绿色建筑暖通空调设计研究

巨怡雯

西藏民族大学信息工程学院

1 引言

暖通空调是建筑采暖、通风和调节空气质量的关键系统，关系到建筑的宜居性和舒适性，且暖通空调系统能耗较高，约为建筑能耗的50%，直接影响绿色建筑建设成果。就此，设计单位应提高对暖通空调重视，严格按照绿色建筑建设要求，合理设计暖通空调，实现绿色、环保、自然等建筑发展目标。

2 绿色建筑暖通空调设计要求

基于暖通空调在绿色建筑中的重要性，设计人员在实施暖通空调设计工作时，应满足绿色建筑建设要求，具体如下。

（1）绿色环保。自然、舒适、环保是绿色建筑的核心，暖通空调设计应满足绿色环保要求，从材料选择、系统运行、技术应用三方面入手，节约资源，减少污染。如减少氯氟烃的应用，配置静压箱、引进新能源等，在确保暖通空调具备各项功能的基础上，减少制冷剂等材料的污染，削弱暖通空调运行产生的噪声，提高暖通空调运行生态效益[1]。

（2）节能降耗。暖通空调在采暖、降温、通风等过程中，存在较大能耗，加剧我国能源枯竭现象。为应对该问题，设计人员应在暖通空调设计时，应用可再生能源，如太阳能、地热能等，节约能源。同时，设计人员可引进变频技术，根据建筑环境与气候条件，智能调节暖通空调的运行参数，避免暖通空调始终保持全负荷运行状态，降低运行效率，减少能耗。

（3）循环利用。设计人员可将暖通空调系统划分为不同功能区，实施独立设计，在某个功能区的构件出现故障或老化后，不会对其他功能区运行产生影响。在老化构件报废后，对其进行回收再利用，提高暖通空调材料的利用率，节约能源，降低成本[2]。

3 绿色建筑暖通空调设计方法

为推动绿色建筑发展，设计人员应结合建筑特点，在满足上述要求的基础上，选择适合绿色建筑的暖通空调设计方法，本文总结如下代表性设计方法，供设计人员参考。

3.1 基于建筑本身的设计方法

从建筑本身入手，设计人员可实施主动式设计，根据绿色建筑所在地区的气候条件，大力开发自然资源，构建自然主动式暖通空调系统，利用过渡季节的风能，为暖通空调提供运行能源，在夏季，提高绿色建筑的散热能力；在冬季，提高绿色建筑的保暖能力，进而降低暖通空调运行负荷，增强建筑通风效果，实现节约能源、减少损耗、自然舒适的目标。

3.2 基于水冰蓄冷的设计方法

在暖通空调设计中，水冰蓄冷是指以水为载体，在暖通空调的换热管和机组两个结构间传递冷量与热量，实现热量交换，发挥其采暖、制冷作用。和常规暖通系统相比，以水为基础传递能量，提高电网运行效率，减少电能损耗，为暖通系统创造良好运行条件，实现长期稳定运行。细化来说，水冰蓄冷技术由蓄能装置实现，在用电低谷期，暖通空调表现为双工况运行模式，利用电能制冷，将冷水存储于蓄能装置中，实现冷量的存储；在用电高峰期，将存储的冷量释放，降低暖通空调的负荷，减少能耗。为保障水冰蓄冷技术作用发挥，设计人员应做好水力平衡管理，根据暖通空调运行要求，配置静态水力平衡阀或动态水力平衡阀，降低暖通空调系统的压力变化或水量变化，提高暖通空调运行稳定性。

3.3 基于太阳能的设计方法

在暖通空调设计中，太阳能的应用属于被动式设计，设计人员需对绿色建筑进行人工被动式设计，根据当地光照条件与建筑结构，在合适位置安装太阳能接收板，采集太阳能，将其转化为热力能源，供绿色建筑采暖。细化来说，在基于太阳能的暖通空调系统中，应配置温度控制器、热导循环系统、换热设备等硬件，在太阳能转换为热能后，通过热导循环系统将热能传输至换热设备，再通过温度控制器调节室内温度，营造舒适建筑环境。在阴雨天气，建筑的暖通空调系统自动切换至常规供热设备，实现建筑稳定、长期供暖。另外，对于大型绿色建筑，设计人员可优化建筑结构，利用太阳能优势，将常规窗户玻璃更换为内置惰性气体的双层玻璃，吸收室内热量，减少暖通空调的使用，节约能源，满足节能降耗要求。

3.4 基于地源热泵的设计方法

和太阳能相比，地源热泵在暖通空调系统中的功能更为多样，兼备制冷、采暖作用，设计人员可在暖通空调系统中配置地源热泵，通过与换热器的协调配合，调节建筑内部温度。通常来说，地源热泵安装于地下30m～100m的位置，不会影响地表建筑运行或地下水流动。在夏季，地源热泵负责存储换热器传输的热量，降低建筑内部温度；在冬季，地源热泵负责将热量通过换热器传输至建筑，提高建筑内部温度，以此减少暖通空调的运行负荷，节约能源。在基于地源热泵的暖通空调系统设计时，设计人员需充分发挥其优势，全面整合地板采暖系统、中央空调系统与生活热水系统，提高地热能的利用率，满足节能减排、循环利用要求。

4 绿色建筑暖通空调设计实践

在明确常规绿色建筑暖通空调设计方法后，设计人员需结合建筑特点与暖通空调需求，合理规划暖通空调的各个部分，切实落实设计要求，凸显设计优势，降低能耗，节约资源。本文以某绿色建筑工程为例，总结其绿色建筑暖通空调设计实践经验，以供参考。该绿色建筑为高层办公建筑，共10层，设计人员实施基于建筑本身、水冰蓄冷的暖通空调设计，具体内容如下。

4.1 冷热源设计

在暖通空调系统的冷热源设计中，设计人员根据建筑特点与采暖制冷需求，准确计算暖通空调系统负荷，在保障建筑内部环境舒适的基础上，优化配置冷热机组，使暖通空调系统在高效、低负荷工况下运行。就此，设计人员根据《冷水机组能效要求等标准规范》（GB 19577—2015），按照如下设计配置冷热源。

（1）暖通空调系统包括冷水机组、水冷一体化、多联式机组三部分，其中，冷水机组选用离心式冷水机组为螺杆式冷水机组，负责该建筑的低层区域制冷；水冷一体化机组负责建筑机房的冷源；多联式机组为VRV 多联机系统，负责建筑高层区域制冷。

（2）在能源输配中，中央空调部分设计一次泵系统，分别在建筑的低层和高层区配置不同分集水器，负责不同环路；24h 空调部分配置两管制一次泵系统；高层办公区直接通过多联式机组输配。

（3）在暖通空调系统末端，大厅配置全空气系统，低层办公区配置风机盘管+新风系统；高层办公区配置多联机+新风系统。

4.2 水系统设计

在基于水冰蓄冷的暖通空调设计中，水为暖通空调系统的载冷剂，水输送环节的能耗控制，是降低暖通空调能耗的关键。在该高层建筑中，水系统设计内容如下。

（1）在一级泵空调水系统中，将所有水泵选为变频水泵，根据暖通空调运行需求，调节水泵运行参数，减少水泵能耗；在二级及以上泵系统中，将负荷侧的水泵全部更换为变频水泵。

（2）将水系统设计为闭式循环系统，优化配置阀门与冷却塔，尽最大限度减少阀门的使用，降低阀门阻力，减少水泵系统的扬程。结合暖通空调设计要求，选择高效冷却塔，并配置软胶或减振设备，降低冷却塔运行噪声，避免噪声污染或热污染的出现，降低耗电比控制在0.09kW（m³∕h）。

（3）在空调系统中，配置过滤、阻垢、防腐措施，提高空调水质量。同时，应用高位开式膨胀水箱进行暖通空调定压操作，提高水泵运行效率。

4.3 风系统设计

在暖通空调风系统设计时，设计人员需按照节能标准规范规定的风量要求，在满足建筑室内空气标准的基础上，减少暖通空调能耗。对于该高层建筑，设计人员按照如下思路设计暖通空调风系统：优化设计送风、排风方式运行；使暖通空调在过渡季节实施全新风运行；使全空气空调系统的新风比可调；在集中空调系统中实施热交换；回收利用余热。结合该思路，风系统的设计要点如下：

（1）优化选择硬件设备。暖通空调风系统的所有风机均选用变频风机，组合机组的运行总效率高于60%，并在新风段安装空气过滤设备，使其过滤效果达到MERV13级别。

（2）在建筑一层大厅中设计全空气系统，在风柜房内，整合新风与回风，使二者遵循一定比例混合后在传输至室内，比例调节由新风阀开度决定。在过渡季节，新风比为50%，实现新风比可调目标。

（3）通过排风和新风间的热交换，回收暖通空调风系统内的废弃热量。在高层建筑的每层暖通空调风系统中，安装排风热回收机组，负责新风的预冷∕预热工作，实现废弃热量的回收再利用，降低新风能耗。同时，设计人员在热回收机组内配置变频器与静电除尘器，前者可根据室内二氧化碳含量，调节新风送风量，减少暖通空调能耗；后者可清理新风携带的灰尘，避免污染物进入建筑内，实现绿色环保目标。

4.4 控制系统设计

在绿色建筑暖通空调运行中，控制系统是调节各项参数的关键，直接影响暖通空调的节能效果，设计人员应提高重视，优化设计。在该高层建筑中，设计人员实施的控制系统设计工作如下。

（1）明确控制系统功能。结合暖通空调系统运行特点与绿色建筑要求，设计人员分析控制系统应具备的功能，为软硬件设计提供指导。要求控制系统全面采集暖通空调系统参数，涵盖冷热源、水系统与风系统等各个部分，并根据各个部分硬件设备的运行要求与运行工况，遵循设定逻辑智能调节设备参数，使暖通空调系统保持高效运行，降低能耗。

（2）合理配置控制设备。设计人员在排风热回收机组中安装温湿度传感器，在排风量超过5000m³∕h时，采集暖通空调系统温湿度，实现废弃热量的全面回收。同时，在会议室等人流密集区，设置二氧化碳传感器，根据室内二氧化碳浓度，智能调节新风量，提高室内空气质量；在地下车库等相对封闭区域，设置一氧化碳传感器，根据实时监测结果，不定期开启地下车库排风机，优化地下车库环境。

（3）调整计量检测标准。为评估暖通空调系统能耗，持续改进暖通空调，设计人员将高层建筑不同系统的电量进行分项计量，高层建筑的冷热源部分、照明系统、输配电系统等部分，单独计量电能，实时掌握暖通空调系统能耗。在高层建筑暖通空调系统能耗增加后，可立即评估暖通空调各个部分的电力使用状况，了解能耗增加的硬件，调整其运行参数或更换高效设备，进而降低暖通空调能耗。

4.5 设计实践效果

在该高层建筑暖通空调设计完成后，施工单位严格按照设计要求进行暖通施工，配置高效硬件设备。系统投入使用后，冷热水系统的输送能效比为0.0195，暖通空调的能耗为83.28kW·h∕㎡，低于当地建筑节能标准要求的能耗，满足绿色建筑建设要求。可见，上述暖通空调设计方案可行且合理，可在绿色建筑工程建设中推广应用。

5 结论

综上所述，在绿色建筑暖通空调设计中，设计人员应遵循绿色环保、节能降耗、循环利用原则，围绕建筑本身、水冰蓄冷、太阳能或地源热泵实施暖通空调设计，合理规划暖通空调的冷热源、水系统、风系统及控制系统，发挥暖通空调功能基础上，减少暖通空调能耗与污染，满足绿色建筑建设要求。