绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计的应用

管洪玉

摘要：绿色建筑具有低能耗和低排放特征，节能技术对建筑物的供暖、通风和空调系统尤为重要。建筑暖通空调系统节能设计既关系到建筑室内冷热环境的改善和建筑整体性能的提高，还关系到空调系统的能耗与使用经济性。本文论述了绿色建筑暖通空调系统的节能设计原则，在分析当前建筑暖通空调系统节能设计不合理之处的基础上，提出在设计建筑暖通空调系统时，应充分分析与研究建筑结构、功能、布局、朝向等，尽可能使用清洁能源与自然风，优化空调水循环系统与冷冻水系统，并积极引入新风系统、变频技术等降低建筑暖通空调系统的实际运行能耗，提高建筑暖通空调系统的节能性。

关键词：绿色理念；暖通空调；建筑

建筑业具有工期长、高能耗等特性，在节能减排、绿色环保的发展态势下，将绿色建筑理念贯穿在建筑设计中，是推动建筑业良性健康发展的关键。绿色理念是全球的共同认知，建筑节能已成为我国节约能源战略的重点项目，当前建筑工程中的建筑材料与技术在经济性上有所突破、在节能性上尚存不足，是建筑业节能减排的重要改革与优化方向。暖通空调系统是建筑工程实施的重要构成部分，现有暖通空调系统设计大多沿用与参照民用建筑设计规范，其绿色理念渗透不够，节能技术应用仍处于探索阶段。本文立足绿色建筑理念，对暖通空调系统的节能设计要点以及应用实践加以梳理，在满足暖通空调系统设计要求的同时，降低系统的能耗，提高系统投运的经济性与节能性。

一、绿色理念在建筑暖通空调系统中应用的意义

作为可持续发展理论的重要衍生理念，绿色理念在有序平衡经济发展带来的环境污染、生态破坏问题以及人们对美好生活需求之间的关系方面具有重要意义。将绿色理念与建筑暖通空调系统相结合，在暖通空调系统选型与应用过程中充分利用绿色材料技术与节能减排技术，可以有效缓解建筑行业的高能耗问题，减少有害物质对大气、土壤、水环境造成的污染，提高暖通空调系统的能源利用效率，促使现代建筑向绿色化、节能化等先进方向转型升级。

（一）提升节约环保效能

在暖通空调系统节能设计中，以节约资源、绿色环保为目标，检测与分析建筑暖通空调的运行状况，通过动态检测系统是否正常运转，更换检测不达标的设备零部件。暖通空调系统节能设计应重视使用过程中产生的废水废气，严格控制排出的有害物质，避免破坏当地的生态环境，使自然生态环境稳定、可持续、高质量运行。将污水控制技术等绿色技术应用在暖通空调系统中，可以从污染源头、污染途径、污染扩散面等方面有效降低对环境的污染。例如，利用净化装置对暖通空调中产生的废水进行过滤、清洁处理，避免废水在地表漫流影响周边水质与土壤土质。通过将上述绿色技术科学、巧妙、因地制宜地应用到建筑暖通空调系统设计中，严格控制运行状况，通过废水废气处理工艺、管道输送材料、冷却剂等，减少对周边环境的污染，提高建筑暖通空调的环保效益。

（二）促进暖通空调技术创新

传统暖通空调系统的使用会破坏自然生态环境、带来能源浪费，与当前着力推进的现代化、智能化、信息化、节能化建筑发展方向背道而驰。暖通空调系统技术创新升级已成为行业改革与发展的重要内容，例如，根据不同用户需求选用适当数量的冷凝制热水器或热管式采供暖方式。绿色工艺与技术同样是推动相关技术改革与创新的重要动力，为改革注入了绿色理念，为技术革新与应用场景多元化提供了全新的方向与可行路径。

二、建筑暖通空调系统节能设计存在的问题

建筑暖通空调系统的节能设计直接关系到人们对制冷供热等日常生活需求能否得到满足，也关系到暖通空调系统设计的经济性与设备的使用寿命。当前，建筑暖通空调系统设计大多沿用与参照民用建筑设计规范，绿色理念渗透不够，节能技术应用仍处于探索阶段，节能设计存在诸多不合理之处。例如，暖通空调的进风口与排风口是设计的关键，会直接影响空气分布系统气流扩散效果和噪声指标，进风口与排风口将室外新鲜空气输送到室内，再将室内相对密闭环境下的污浊空气输送至室外，实现室内外气体交换，为住户营造健康且舒适的空气环境。但不少设计人员认知不足、理解有误，可能出现进风口与出风口安装位置与当地主流风向相反、进风口与排风口位置靠得过近、风口设计不标准等问题，导致室内相对污浊的空气难以快速且顺利排出，或排风口排出的污浊空气重新从进风口回流、输送到室内，造成二次污染，进一步降低室内的空气质量。

此外，如果建筑暖通空调的制冷采暖性能与当地气候条件以及建筑类型不相符，在实际投入使用后，会导致室内出现大量的热能消耗，造成极大的能源浪费，不利于节能环保与减排低耗要求。一些设计师在设计与配备建筑暖通空调时，通常会选取容量较大的制冷机，造成实际投运后的能源浪费。同时，在暖通装饰材料方面，设计人员较少运用节能环保材料，未能有效阻隔室内暖空气流失与室外冷空气侵袭，导致室内外的热传导效应增加，影响采暖制冷效果以及使用经济性。

三、绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的具体应用

（一）使用清洁能源与可再生能源

建筑暖通空调系统的供能是关键。考虑到空调供能的节能性、环保性与便利性，应尽可能使用清洁能源与可再生能源。例如，建立太阳能光伏发电系统作为建筑室内的采暖热源，充分借助太阳能清洁、长久、无污染、经济的特点以及太阳能光伏技术安装维护方便、长期运行无费用等优点，太阳光辐射到光伏系统组件中，组件将吸收到的太阳辐射转为电能，为暖通空调系统提供源源不断的清洁电能。同时，太阳辐射能量也可为热力管道中的水加热，为供暖工作提供源源不断的热水。由于建筑规格不同、结构不同，利用太阳能作为建筑暖通空调系统供能时，需根据建筑特性布置不同规格、不同朝向的光伏阵列，通过光伏阵列将太阳能转变为电能，经单能逆变器汇流、多台逆变器集中汇总，形成用电与暖气供给方式，以良好的土地利用效能以及相对低廉的发电系统投运成本为建筑暖通空调系统提供经济、可靠、清洁的电能与热能供给模式。除太阳能外，地热能、风能、水能等清洁能源均可用于为建筑暖通空调系统供能，减少空调系统对不可再生资源的消耗。

（二）空调冷冻水系统优化设计

冷冻水系统是建筑暖通空调系统的重要构成部分，也是暖通空调系统节能设计的重要优化环节。当前，暖通空调系统多采用两管制水或四管制水，两管制水利用自然循环与专户为室内制冷供热，无需其他供能，这种冷冻水系统虽能耗低，但无法根据住户实际需求提供良好的冷热随时交替使用模式，无法满足住户对不同分区制冷与供热加以控制以提高室内舒适性的需求。因此，需要优化空调冷冻水系统，采用四管制水，如图1所示，以便空调系统调节空间内的温湿度，住户可自行设置不同分区的供热与制冷模式以及温湿度参数，不同片区的空调系统独立工作、相互无干扰，更好地适配住户多样化的需求，空调系统的独立运行也减少了工作能耗，提高了暖通空调系统的节能性。

（三）空调水循环系统优化

空调水循环系统是冷却水换热并经降温再循环使用的给水系统。空调水循环系统中的管道选材以及布设安装会影响暖通空调系统的节能性。在管道材质选择方面，应根据实际运行时的水压与温度，科学测算管道的耐腐蚀性等规格参数，选择适宜的管道材质。同时，为避免建筑后期使用时管件安装产生的各类矛盾，可将所需的测压装置配件和风管等采用预埋安装的方式，从暖通设计层面减少后续施工中不必要的重复工序，确保预埋管件稳定运行。管道的坡度、走向、高度等设计也应结合建筑结构以及室内布局情况优化设计，减少水循环失效现象。此外，应定期清理空调水循环系统，并按照污水排放标准对空调水循环系统排放的污水进行处理与管控，以良好的水循环水质与合理的管道布局提高建筑暖通空调系统的节能性。

（四）自然风的应用

良好的通风设计是建筑暖通空调系统节能优化设计的重要环节，可提高空气的流通性，保障人们生活的舒适度。在设计时应充分借鉴与利用自然通风的优势，在符合自然风力与风向的标准下设计通风口的位置、朝向与大小，以良好的进气与排气交换达到更强通风换气的目的。同时，设计也应充分借助通风辅助设备，结合当地气候特征、气流走向与气团分布、周边建筑层高与空间分布等因素布设通风设备，促使通风设备的风道走向与建筑局部区域的风向一致，减少风向相逆给通风设备带来的负载压力，降低通风辅助设备的运行能耗。

（五）新风系统的热回收

新风系统是现代建筑中常用的通风换气系统，通过良好的循环与过滤机制将室内污浊的空气排放到室外，并将室外的空气吸取、过滤后收入高效热回收器中，实现室外空气的粉尘过滤，整个过程不消耗其他能源，还可以实现室内外的通风换气，始终保持室内空气的洁净度与新鲜度。新风系统中增加电子除尘器，可以捕捉非常小的颗粒灰尘，灰尘的范围内大部分是细菌、病毒、烟尘或异物，通过电子除尘器过滤掉上述灰尘与异味。同时，新风系统的加湿设备可以达到40%左右的相对湿度，为住户提供舒适的环境。建筑暖通空调系统节能设计时，应更多引入新风系统以及高效的热回收机制，减少暖通空调系统通风换气的能源消耗。

（六）变频技术的应用

在现代化暖通空调系统中，变频技术的应用具有较强的必然性。通过变频技术，既可弥补空调系统的工艺问题，也可减少能源消耗，降低运行成本。一般情况下，空调系统仅按照事先设计的额定功率运行，在负荷较低的情况下，如果设备仍以额定功率实行全负荷运行，必然会浪费能源。通过在暖通空调系统中应用变频技术，可实现空调设备的输出功率随着负荷的变化情况而有所调节，发挥节能减排作用。

四、结语

节能设计是现阶段实现建筑领域可持续发展的重点。随着城市高层建筑的规模化发展，大量建设企业在逐步推进绿色建筑、节能降耗理念的应用。将绿色理念渗透与应用到建筑暖通空调系统节能设计中，从设计细节着手，充分关注暖通空调系统的采暖供能、水循环系统、自然风应用、新风系统以及变频及技术的应用，能切实满足建筑暖通空调系统实用性、经济性与节能性等多重需求。

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