绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的应用

刘圣伟

（国家税务总局大连市税务局，辽宁 大连 116021）

0 引言

随着科技的不断进步，我国生产力获得了较大程度的提升，绿色环保节能建筑代替传统建筑成为建筑业发展方向。绿色环保节能建筑就是将绿色理念应用于建筑建设多个模块的建筑，污染因子较少，可以更好地保护人类生存环境。在高科技时代，暖通空调系统大量应用于建筑中，绿色理念的提出为暖通空调系统节能设计提供了良好的契机。因此，探究绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的应用非常必要。

1 绿色理念及其在建筑暖通空调系统节能设计中应用中的重要性

1.1 绿色理念的含义

绿色理念是21世纪生态建设的指导理念，源于历史非理性发展对人类自身生存以及周边生态环境的威胁。从本质上而言，绿色理念是以回归自然、保护环境、节约资源为宗旨的设计理念，其强调维护自然生态，最大程度利用资源，带动相关参与者在与自然协调变化更新的前提下，主动践行更为恰当、更加科学的生活模式，进而形成高尚的行为道德观以及适度的消费心理，为生产模式、产业经济结构的优化调整提供助推力。

1.2绿色理念应用于建筑暖通空调系统节能设计的重要性

1.2.1 实现商业、理念与环保的均衡协调

绿色理念在建筑暖通空调系统节能规划设计中应用的根本原则是：利用现代科学技术助推建筑的能源节约效果，让特定空间内居住者认识到生态环保的重要价值。在上述原则的指导下，建筑暖通空调系统的节能规划设计不单是居住功能的要求，还与商业、环保与生活理念产生了紧密的联系。通过将绿色理念应用于建筑暖通空调节能规划设计，可以最大程度地发掘建筑内部、外部多个模块蕴含的节能环保潜力，促使特定空间内居住者享受绿色生态环境的幸福，并由此改变生活理念，最终实现商业、理念与环保的均衡协调。

1.2.2 降低诸多类型能量因子的无价值损耗

在现代市场经济变化更新进程中，绿色材料、设备作为绿色理念的载体得到了快速发展。通过将上述载体应用于建筑暖通空调系统节能规划设计中，可以在更好地解决系统节能规划设计问题的同时，促使暖通空调系统规划设计结构呈现出多样化能量因子无价值损耗特征。比如，前沿性的电力能量因子高价值应用灯泡，可以在规避电力能量因子无价值或低价值损耗的同时，保证光源照亮面积与要求相符；而低危险程度且耐用的新型材料的引入，可以节省建筑暖通空调系统后期运行阶段维护修理频次，保证建筑暖通空调整体运行经济效益维持在较为合理的水平。

2 应用分析

2.1 工程概况

A建筑总面积为1.156×105m2，总高度为228m，为地下2层+地上50层结构。地下2层为地下车库、设备用房，地上1层为大堂，地上2，3层为商业，地上4层为餐饮，地上5～50层为办公区。在办公区层，地上7，21，36层设置设备层区、避难区。

A建筑暖通空调系统节能规划设计包括办公区、餐饮区、商铺区3个功能室，根据季节的差异，各功能区对温湿度有不同的要求。其中，夏季办公区温度要求为24.0～25.1℃、湿度要求45.0%～55.0%，冬季办公区温度要求为21.0～23.0℃、湿度要求为30.0%～40.0%；夏季餐饮区温度要求为26.0～28.0℃、湿度要求为55.0%～65.0%，冬季餐饮区温度要求为19.0～21.0℃、湿度没有要求；夏季商铺区温度要求为26.0～28.0℃、湿度要求为55.0%～65.0%，冬季商铺区温度要求为21.0～23.0℃、湿度没有过多要求。

2.2 应用要点

由于A建筑为超高层建筑，暖通空调系统存在极大的无价值能量因子损耗，甚至占据整个建筑全年能量因子损耗的一半以上，减少暖通空调系统能量因子损耗对于降低A建筑整体能量因子损耗意义重大。因此，需以空调设备、通风设备为重点，依据设定的能效比进行优化设计规划。拟设定离心式冷水机组能效比、水冷螺杆式冷水机组国标能效比分别在5.46、5.10以上，风机的单位风量耗功率、空调水系统最大输送能效比分别在0.420、0.024以上。同时引入双重控制系统，以机房就地控制为主体、以中控室监督管控为辅助模块，或者以中央控制为主、就地控制为辅助模式的方式，实现冷水机组与冷却水泵、冷水泵连锁。这一模式可以根据供水与回收总管道流量信号、温度信号进行系统实际空调负荷的实时核算，达到冷水机组、暖通空调水泵轮时启动的效果。配合供回收总管道之间平衡管以及蒸发器出水管上水流开关、温控器、二氧化碳探测器、电动二通阀的设置，可以根据服务水环路最不利用水点的供水、回水管之间压力差距，开展变频调控下的暖通空调水系统节能运行。

依据上述设计规划参数，可以将二次泵变流量模式、变频调速模式分别应用于空调水系统、循环水泵。其中，根据距离制冷站远近程度差异、功能区域划分要求，可以将二次泵系统划分为空调中区一次水、裙房商业区、空调高区一次水、空调低区几个区域，并根据各个区域负荷转变情况，进行循环水泵流量调控，以便最大程度约束水泵无价值或低价值能量因子损耗。同时，考虑到以往按工作压力分区的空调水系统规划设想方式，基于导致高层空调系统管材、设备承受水静压上升到一个极高的水平，一旦相关参数达到2.00MPa，就会致使对应设备、管材建造价格上升到一个极高的水平。因此，在分区阶段，可以从竖向出发，将地下2～21层划分为低区，将地上22～36层划分为中区，将地上37层至顶层划分为高区，在地上21层避难层进行承压1.60MPa的中区换热站与承压1.80MPa的高区换热站设置。对应管路、配件承压则在2.00MPa左右。在此基础上，设定冷冻水供回水系统温差为65.00℃，低区供回水由制冷机房提供，为冷冻水一次性直供模式，温度为5.45～10.45℃；中区、高区则由避难层21层换热站换热器机组提供，为冷冻水二次回收模式，温度在75.00～132.00℃，在保证低温对冷水机组制冷效率低干扰的同时，避免高区空调系统二次水源供应温度过高导致能量损耗。

对于空调风系统，可以引入基于排风的新风预先冷却、预先加热处理模式，达到能量因子回收利用目的。以设置在地上7，21，36层的避难层为节点，配合塔楼屋面机房内部设置的全热回收机组，经新风竖井，向各层传输新风。而对于排风系统，则可以竖井分段为中转站，向避难层、塔楼屋面机房内全热回收机组排放。除此之外，为了避免过渡季节空调风机运行能量无价值或低价值损耗，可以在塔楼屋面上方全热回收机组处进行旁通管的另行设置，新风、排风均不经过热回收装置。同时鉴于A建筑内部疏散距离较长，可以将机械排烟系统全部设置在办公区、内部走廊，朝向西南主导风向下风向平行。并在防烟楼梯间自垂式百叶风口、出口分别进行分量调节阀、止回阀增设，避免送风量不均对系统运行效率的不利影响。

鉴于A建筑暖通空调峰值冷负荷为11 698kW，按1kW冷负荷每小时产生0.45kg的冷凝水计算，估算可回收冷凝水为每小时5 126kg，回收后的冷凝水可作为冷却塔的补水。同时考虑到A建筑建设高度处于一个较大的数值，受到热压、室外风速、太阳辐射强度等诸多因素的较大干扰，因此，在绿色设计规划时，应基于空调冷热负荷核算准确度要求，进行相关因子影响的逐一修正。对于热压，可基于冬季热压下室外冷空气向室内渗透特点，在首层出入口应用旋转门，同时在楼梯间应用弹簧门，配合首层大堂地板辐射暖源供应系统设置，修正热压影响。对于室外风速，可基于其与建筑外表面放热系数的紧密联系，以及风速与高度、周边旋涡气流、围护结构外表面放热系数呈正相关的特点，以16层作为竖向分区，将17～31层冬季热负荷计算所用的外结构放热系数均增加4.50%，32～46层冬季热负荷计算所用的外结构放热系数均增加9.00%，47层至顶层冬季热负荷计算所用的外结构放热系数均增加13.50%。对于太阳辐射强度，可基于建筑高度与太阳辐射强度呈正相关的原则，结合A建筑护结构为玻璃幕墙的特点，设定西侧房间夏季空调负荷、冬季空调负荷分别增加10.00%和减少5.00%；北侧房间冬季空调负荷增加8.00%，夏季与标准要求一致。

3 结语

绿色建筑是建筑业的发展方向，也是人们倾心追求的绿色理念的重要载体。通过在建筑暖通空调系统节能规划设计阶段应用绿色理念，不仅可以降低对生态环境的污染程度，而且可以为特定空间内居住者的幸福生活提供保障。因此，相关人员应明确绿色理念与建筑暖通空调系统节能规划设计的联系，将绿色理念应用于暖通空调系统节能设计的各个方面，为绿色生态环境建设提供支持。