绿色建筑与暖通空调设计研究

摘 要 随着生态文明建设的推进，绿色建筑成为建筑业的重要方向，遵循可持续、绿色环保理念的建筑师们对暖通空调设计提出了更高要求。本文从绿色建筑与暖通空调设计的节能控制、循环利用、绿色环保的三大原则出发，分析了绿色建筑与暖通空调设计结合的必要性，梳理了以能源再生技术为基础的主动式设计、被动式设计以及地源热泵技术、热回收技术、水冰蓄冷设计，最后对绿色建筑与暖通空调设计行业的未来发展进行了展望。

关键词 绿色建筑;暖通空调;设计;节能

党的十八大将生态文明建设作了重要部署，自此之后，各项针对生态文明体系建设的文件开始实施，其中与人民生活最密切相关的就是绿色发展理念。为实现建筑业绿色发展理念，绿色建筑的建设被提上了日程，而建筑设计中的暖通空调设计往往对建筑能耗和资源消耗方面起到较为重要的影响。因此，将暖通空调设计同绿色建筑结合，进行节能优化研究，是实现建筑绿色、环保、节能的重要手段[1]。

1綠色建筑与暖通空调设计概述

1.1 绿色建筑与暖通空调设计的原则

（1）节能控制。在建筑总能耗中，暖通空调占有较高的比例。对于可再生能源的利用从一方面限制了不可再生资源的浪费，但从能源使用者的角度来说，可以从节能控制的角度避免能源浪费。首先，在设计层面，可根据现有暖通空调的运行数据，对不同地区、不同暖通设备、不同建筑类型的参数进行记录和分析，在拥有大量翔实数据的基础上，利用建筑能耗模拟分析软件进行暖通空调能耗分析，从建筑使用年限内的综合能耗数值出发，以低能耗、高效果为目标进行不同类型的暖通空调设计。如变频技术便是通过控制系统将空调运行功率进行调节，不同温度环境下的功率不同，从而降低整体暖通空调系统能耗。而变频技术的应用往往针对长时间的空调设备运行较为有效，对于短时间的使用，通过实践和模拟参数可知，定频空调具有较好的节能效果。因此，不迷信新技术，应用辩证的、发展的眼光进行暖通空调设备的绿色节能控制[2]。

（2）循环利用。暖通空调系统是一个复杂的系统，无论是产品设备还是管线布置都离不开普通构件的组合。以目前的技术来说，相对于建筑生命周期，暖通空调构件的寿命要低得多，因此，在维护期内进行整体、部分更换再说难免。那么对于易损件，在设计阶段可以进行分段设计，减少连带损失，通过模块化、标准化的构件制造工艺满足易损件物料的循环再利用，符合绿色建筑理念的核心内涵。

（3）绿色环保。由于暖通空调设备关系着每一个建筑使用者的呼吸环境，其材料的选取必须遵循绿色环保的原则。对于需要循环利用的构件，应选取方便循环使用的材料，如无法循环利用，则应选择可降解的绿色环保材料。绿色环保材料能够最小化建筑材料污染，从长期看能够降低建筑能源损耗，符合绿色建筑理念的核心内涵。

1.2 绿色建筑与暖通空调设计的必要性

生态文明建设的方针要求其贯穿于经济、社会、文化、政治建设中，在我国目前的国情下，发展经济依然是第一要务，因此对生态文明建设、绿色建筑工作的推进离不开经济发展的支持。当然，以往仅追求经济效益的粗放式发展模式已经收到了生态效益上的恶果，对于日后的暖通空调设计，采用绿色环保的节能设计的同时应考虑其经济性，在经济性和绿色设计之间寻求平衡[3]。

2绿色建筑与暖通空调设计的优化措施

2.1 基于再生能源应用的设计

基于再生能源应用的设计可分为两种，主动式设计和被动式设计。

（1）主动式设计。暖通空调设备的使用，主要针对的是建筑室内温、湿度的失调，对于某些气候宜人的地区，往往无须安装暖通空调设备。基于此，在某些地区的过渡季节或早晚时段，可以通过主动式通风减少暖通空调的使用时间，从而降低能源损耗。如增加建筑通风、增加保温隔热层厚度、增设建筑物侧面保温层、采用变频设备降低启停损耗等等。其中变频技术的使用将传统暖通空调的能耗降低了约44%，因此在循环水泵等相关设备中配置变频设备，可以实现电机耗电量的降低。

（2）被动式设计。被动式的暖通空调设计主要指的是加强对可再生能源的有效利用，从而降低暖通空调系统的能源损失，如太阳能等。对于太阳能的有效利用目前一般通过太阳能板的设置，太阳能板对于太阳能的转化效率除技术因素外还与太阳能板的设置位置和角度有关，因此设计能随季节转动、保持太阳直射的太阳能板有利于太阳能的转化。其次，太阳能对电能的转换效率较低，一般可考虑太阳能转换为热能，并通过热能的储存满足冬季采暖需要。太阳能-热能转换系统一般包括控温仪器、喷淋设施、地暖设备等，具体控制流程为：太阳能-热能-导热系统-换热中心-控温仪器-建筑内部环境。同时，对于太阳能资源随天气、季节变化大的地区，可以考虑太阳能系统和市政供热系统的便捷切换设计，保障建筑内居民的全天候采暖需求。随着材料科学技术的发展，出现了一种在大型建筑中使用的双层玻璃隔热产品，通过玻璃贴膜对太阳的长波辐射进行阻断，并在两层玻璃间通过填充隔热气体的形式阻断室内、室外热交换，达到节能目的。随着建筑智能化技术的发展，近些年来，出现了越来越多的智能设备，如智能窗，这种最早使用在飞机舷窗上的技术可以通过检测太阳辐射在玻璃表面上的能量强度进行透明度调节，再如通风窗，结合了暖通空调系统，将纯被动式的惰性气体填充的双层玻璃改造成为了可以及时填充空调回风的装置，实际上拓宽了暖通空调回风系统的使用用途，让室内、室外能量得到充分利用[4]。

2.2 基于地源热泵技术的设计

随着城市地下空间建设的日益成熟，对地下空间温湿度的研究也井喷式发展，目前较为成熟的地源热泵技术便是基于地下恒温的物理特性开发出的一种暖通空调系统。地源热泵将换热器深入地下三十到一百米的位置，通过地上、地下温度差，（冬季建筑室内温度低、地下温度高，夏季建筑空间室内温度高、地下温度低）实现建筑室内和地下空间的热交换，从而使得建筑空间内部温度无限接近于地下换热器所在土层温度，间接减少主动式暖通空调的能耗，达到绿色建筑的评价标准。地源热泵空调对于传统暖通系统中的中央空调、地暖系统、热水系统进行了集成，并可与主动式暖通空调系统进行综合设计，完成地热能可再生利用。

2.3 基于熱回收技术的设计

根据现有技术，通常意义上讲的热回收技术指余热回收。对于暖通空调系统，在消耗电力的同时往往无法避免设备发热，造成热损失。将余热进行再利用符合资源循环利用的理念，是绿色建筑设计中的重要一环，在空调系统调节室温的同时，可将余热回收，作为建筑室内照明电力的补充，特别是建筑面积较大的公共建筑，对于暖通空调的余热回收再利用能够获得较高的资源循环利用率[5]。

2.4 水蓄冷设计和冰蓄冷设计

针对水力发电资源的时效性，国家制定了峰谷用电的政策，鼓励夜间谷时用电，避免电力资源浪费。那么在暖通空调设计领域，利用水的物理性质进行蓄能的方式称为水、冰蓄冷设计。水冰蓄冷设计的原理是在夜间电价较低时通过双工况电制冷机进行蓄冷作业，将冷水存贮于保温设备中，等到白天用电高峰时段，利用冷水与建筑室内空间的热交换进行制冷作业。水冰蓄冷设计结合国家政策，针对我国水力资源丰富的现状，将蓄能装置分配到每一个用电单位，大大降低了峰时用电量，避免了电力资源的浪费，间接降低了国家水利、电力工程的投入。但是，水冰蓄冷设计因其依靠水体储能，需考虑水体稳定性，在设计阶段应结合建筑实际情况进行水力平衡设计，通过平衡阀门降低水压和水体波动，保障机组的稳定作业。同时，由于水的物理特性，在冰、水蓄能的分配需特殊设计，如夜间冰蓄冷拥有较高的COP值，节能效果优越，对制冷效率的要求低。其次，在某些特定模式，如低温送风模式，可通过控制水体温度的形式降低风机动能损失，一般来说，在低温送风模式下的水体温度应控制在1℃到4℃之间。总体来说，由于冰的蓄冷量高于水的蓄冷量，尽管其物理体积大于水，但同样蓄冷量的水体和冰块，冰蓄冷所需要的体积要小于水蓄冷需要的体积，因此在容器的选择上可以节约空间，这也减少了容器表面散失的热量，实现了能源的有效节约[6]。

3结束语

综上所述，绿色建筑的理念下，暖通工程师们已经在暖通空调设计领域进行了有益的探索，不同技术的推陈出新，其大方向都是绿色、环保和节能，如何在快节奏的行业环境中求变、求新，成为每一位暖通工程师需要思考的问题。

参考文献

[1] 叶大法.浅谈公共建筑空调冷热源的绿色节能设计[J].暖通空调，2017（8）：60-65.

[2] 傅晓耕.绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计的应用[J].自动化与仪器仪表，2017（8）：204-205.

[3] 聂瑞，郭歌.绿色环境保护节能建筑的设计与实现研究[J].环境科学与管理，2018（2）：22-26.

[4] 冉利梅，侯景鑫.绿色节能技术在暖通空调系统中的应用[J].自动化与仪器仪表，2016（12）：266-267.

[5] 宋高举，张英沛，孔文，等.工业建筑通风绿色设计主要影响因素分析[J].暖通空调，2018（11）：1-6.

[6] 宋聪，刘艳峰，王登甲，等.西北居住建筑分时分区热环境设计参数研究[J].暖通空调，2020（2）：29-34.

作者简介

罗秀芳（1983-），女;学历：本科，职称：工程师，现就职单位：湖南尊丰机电科技有限公司，研究方向：暖通。