基于绿色建筑理念的暖通设计技术研究

黄飞翔

（吕梁市建筑勘察设计院，山西 吕梁 033000）

0 引言

暖通设计位于房屋建设之中，其建筑品质对住宅舒适度有直接作用。供热系统和燃气通风与空调技术，涉及采暖、通风和空气调节3 个领域，但由于受诸多原因干扰，在使用中耗费的能源也较高，与节能降碳的要求相违背。因此根据已有资料，本章主要从通风工程设计、可再生能源利用、热水蓄冷技术工程设计、空气调节工程设计的角度介绍了绿色技术的发展新点，同时也指出了暖通设计的工艺重点，通过介绍新型工艺，能有效减少由于工艺问题而引起的返料现象，从而提高了暖通设计水平。

1 绿色建筑以及暖通节能科技的发展概况

自改革开放以来，城市建设得到了突飞猛进的发展和进步。随着城市化与工业化步伐逐步加速，人民的收入水平也日益增加，随之其对城市生活质量的需求也越来越高，现代住宅建筑如雨后春笋般在大中型都市涌现，但由于城市建设资源紧缺、道路拥挤、工业废水排放对环境污染也比较严重，与人民要求提高城市生活质量存在着很大的矛盾。绿色建筑顾名思义就是指无污染、零耗能的一种建筑设计方式，是指在房屋的寿命内，人们能够在所使用的环境中能够最大程度地节约能源使用、节水、省钱、保护环境和降低环境污染的建筑设计方式，目的在于为现代居民创造一种与大自然和谐共处的低碳生活模式，并由此达到“可持续发展”的目的[1]。而总的来说，绿色建筑就是指在不污染自然环境的情况下，与大自然和谐共处的低碳房屋。而绿色建筑在室内布置和使用等方面都非常的科学合理，要尽量地采用节能环保的材料，并适当地运用太阳光、雨水等资源，来创造一种舒适人居的环境。近年来，中国绿色建筑发展非常快速，由于中国人口众多，对住宅的需求也非常的大，所以从20 世纪90 年代随着绿色建筑走进我国开始，国家对这方面发展也非常关注，并且由于国家各种优惠政策的支持，绿色建筑已经开启了大规模的建设，但在绿色建筑的发展进程中，由于资金、工艺和材料等多个方面原因，还存在着很多困难。由于中国经济的高速增长及人均收入的日益增加，暖通中央空调拥有率和使用量也日益增加，而暖通中央空调的应用环境中产生的二氧化碳等污染物对空气质量的危害非常大，且对人们的健康也存在着很大的威胁。利用暖通节能设计在绿化建设中的运用，能够降低对自然环境的损害以及对人们健康的影响。绿化建设中的暖通节能设计不但能够有效地改变住宅的使用方式，还能够减少消费者的使用成本，是一举两得的方式。

2 绿色建筑定义

所谓绿色建筑就是合理使用最有效的物质和能量资源，亲和大自然，尽量不损害大自然，以维护人们的身心健康，并充分体现环境可持续发展和人们回归自然的思想。绿色建筑的出现，给暖通空调科技的提高与发展，带来了前所未有的契机。由于暖通空调科技的持续提升，也带动了住宅的可持续发展。所以绿色建筑对室内环境质量予以了格外的关注。室内质量涉及声、光、电等多种自然与物理因子，和室内质量中的多种物理与生化因子。所以绿色建筑室内环境必须要和自然环境和谐相融。“以人为本”的室内环境首先必须符合自然界的生态特征，即资源节约和环境保护并不能以损害人的身体健康，或者减少工作效率为代价[2]。

3 绿色建筑中暖通工程的关键技术

3.1 太阳能技术

太阳光属于最重要的洁净型再生能源，可利用热能交换系统把太阳辐射转化为电力和热力，且取之不竭，已成为暖通建筑应用的主要再生能源。在绿色建筑工程中，太阳光热工水力技术现已获得了相当程度的应用，主要利用太阳光和其他辅助加热的燃料，利用集热器吸收太阳光对水予以加温，并给予加热装置一定的能量，借助这些措施，就可以充分发挥太阳光，从而有利于节约能源，降低水污染[3]。

3.2 蓄冷技术

蓄冷技术可采用削峰调谷的方法，提高电网运营效能。在空调机组设计阶段，应把蓄能设备安置在水冷机内，通过双工况对制冷机组进行室温冷却，然后再储存在冷水中蓄冰，在室内需要冷却的情形下，蓄冰设备可以在用电最高峰时把储存的水冷量释放出来，从而减少了中央空调工作负载，保证发电机组平稳工作。该技术以水能为载体，利用水能在对流换热管道和发电机组之间的循环进行冷热转换。或者通过电力减少温度，在用电最高峰，减少中央空调使用功率。在设计阶段，为节省发电机组能耗，可把水力平衡设备布置在空调系统内，再按照实际状况调整稳定控制系统，并利用水力平衡阀控制系统中的水和气压，使发电机组功能状态始终平稳可靠[4]。

3.3 地源热泵设计

绿色建筑设计中，还可使用地源热泵控制系统进行暖通设计。该控制系统同时具备了冷却、供暖两种功能，可完全满足暖通设计需求。而在建筑设计过程中，地源热泵控制系统安装于地面底层约30～100m，不仅能调节地面温度，还可以维护地面生态环境。当夏季来临后，利用地源热泵的换热体系，可把室内外热能传送到地面底层并积蓄起来，作为冬季热能转换，此举既可使室内外气温始终舒适，还能降低中央空调控制系统的使用，有效节约能源利用。和中央空调体系一样，地源热泵技术空调也是具备多种用途的综合系统，包含地板采暖、生活专用热水体系等，运用最先进的热泵技术和暖通空调技术，可进行地热能源的开发与再利用。该体系中冷热源相对固定，能使中央空调体系始终保持较大的工作效能[5]。

3.4 风系统节能

选择不同的热风系统，既能够高效节电，又能够提高室内质量。

（1）替换式送风系统。其有3 个类型，采取下送风或桌面送气模式，用于中央空调的地面送气工作之中，中下送风在绿色建筑中使用最为普遍，例如，联邦德国法兰克福企业的写字楼局部便是使用了地面送气空调系统。

（2）冷辐射吊顶控制系统。辐射方式热能够平衡出房屋内的设备、灯光等所带来的热能量，而实践也证明了辐射加冷能够改善人们的生活舒适度，所以冷辐射方式有着良好的环保性能优势，而冷吊顶中央空调控制系统有着优异的节能优势。

（3）蓄冷低温送风系统。该控制系统目前已在空调设计中被普遍使用，还需利用结构自身的蓄冷也有广泛应用。

（4）使用地面送风的方法。该种送风方法由于保持了地面的温暖状况，所以能够提高人们的舒适度。而针对夏季地面中央空调送风，通过地面送风余压的自由对流，通常能够把冷风控制在规定标高下，进而促使地面冷气负载减少，从而有效地实现了中央空调系统的节能。

3.5 水系统节能

根据空调负载的变化对供水实施节电管理，对中央空调节电工作有着非常关键的意义。

（1）通过变频器调压代替制冷水循环中的调整阀，局部负载时在规定区域内减小制冷水流速，辅以冷却塔风机的通断控制或改变传动，将极大减少制冷供水的消耗。

（2）针对各种制冷方式的冷水机组，可按照设备具体工作特点选择各种管理策略，与机器人实现自动结合，调整冷却水泵，以达到最佳的节电运行工况。

（3）冷冻用水通过直接改变流速控制系统，也能很有效地降低从空调系统中供给单一制冷剂时所需要的运行费用，所以目前工程中冷冻用水回路大部分使用了二级水泵通过改变流速控制系统来降低冷冻用水回路的运行费用，但也有通过一级水泵控制系统直接改变蒸发器中冷冻水流速使用的。

3.6 其他节能技术

（1）蒸发冷却中央空调体系。蒸发冷却中央空调技术是一种绿色仿生空调系统技术，包括直接蒸发冷却（DEC）和间接蒸发冷却（IEC）。控制系统采用环保的自然工质——水，对环境无污染；另外，蒸发冷却制冷不需消耗压缩机功，因此它的COP 值比机械制冷大得多。目前已在美国的西南部、澳大利亚及我国新疆等西部地区的大型工业及商业建筑中得到广泛应用。此外，太阳能液体除湿蒸发冷却中央空调体系（DECS）除具有以上环保优点外，其节能性主要体现在：有效利用可再生能源（太阳能等）和充分利用如工业生产中废弃余电等的低品位电阻热；有效的蓄能力，有助于使用侧电动调荷——“移峰填谷”的负载调整技术。

（2）去湿空调。利用去湿空调，有利于提高中国绿色建设所需要的新风量以及对室内空气温湿度的要求，同时由于其所利用的固态去湿剂的回收再生，还能够利用太阳等能源或洁净能源，对周围环境也没有产生环境污染。另外，地源热泵系统、太阳能热泵技术系统等的应用充分发挥了宝贵的自然资源，既可节省常规能耗，又可维护自然环境，所以具备了很好的前景。

4 绿色建筑的暖通节能设计策略

4.1 加大宣传力度

加大对现代绿色建筑供暖中央空调节能科技的宣传推广力度，可采取举办论坛、在规定街区范围内进行知识讲座和示范宣传以及观看小视频等措施，增强群众对现代绿色建筑的供暖中央空调节能科技的认识和认可。并建议群众利用节能型的供暖空调设备，如今变频器科技对于人类来说早已不陌生了，而变频空调则是利用调节风力来维持房间的恒定室温，而风机的输出功率在特定条件下也是受整个系统总送气量的直接影响。也就是说控制系统送风量一旦降低，那么，风力发动机的输入能量就会相应降低。在供暖空调系统中应用变频器科技，能够在一定程度上达到降低消耗的功效。

4.2 提升暖通节能技术人才的素养与能力

暖通技术及中央空调建筑环保科技的合理使用，是绿色建筑反映其对环境意义的关键因素。为此，工程设计人员必须针对绿色建筑的实际状况，严格遵循暖通技术及中央空调建筑节能技术设计的客观规律，不可由于工期或是费用问题而任意改变暖通及中央空调系统的设计方案。最为关键的是施工单位必须通过各种手段提升绿色建筑暖通节能的设计工作人员的素养和专业技能，并通过采用业务培训或者知识讲座、演讲会等不同方式提升工程设计人员的知识水平和素养，从源头上防止了不合理的暖通技能技术方案的产生。绿色建筑符合人们生活和工作需求，从其本质上来说，应具备两个最根本的特点，就是与人类环境友好以及让人们生活安全、舒适。而暖通空调技术就是由人和环境之间这对矛盾对立统一关系发展演变而成的新的环境科学技术。如今，暖通空调科技正承担着以下任务：本着“以人为本”的要旨，通过科学的环保控制技术，为人们创造一个卫生、健康而又充满价值的室内环境，从而解决了现代人在日常生活、工作及其他行为中对室内环境质量日益增长的要求。现代暖通空调科技将以提高人居环境舒适度、安全、维护生命环境和合理使用资源为基础，从而在让其在新的维度上加快技术优化。

4.3 自然通风技术

自然通风是最简单有效的方法。能够改善室内环境的舒适度和空气质量，而不会浪费任何能源和造成环境污染。因此，保护环境意义重大。在目前的科技水平下，如何才能达到自然通风的目的，从而改善人们的生活条件。因此，应加大自然通风技术的推广力度，结合各地区实际需要，制定完善自然通风技术选用标准机制，当选择采用自然通风方式后，必须通过风压实现空气交换，给人类以更绿色环境的生存条件，与此同时，要科学选择建筑选址，合理安排建筑设计和施工场地，明确建筑的方位和形式。根据当地风向而加以调节，以获得最佳的通风效果。同时，还需要借助热量和压力的原理使不同的空气循环，使热空气和冷空气有条不紊地进行交换。建筑设计时，应在屋顶设置可调节的开口，以快速释放室内热量，促进自然通风的效果能够高效地实现。

4.4 新技术研发与新能源利用

在绿色建筑暖通系统的正常运行中，蓄冷技术的应用能够将系统中储存的冷空气转化为能量，使空调系统在降低暖通技术运行成本的基础上减少能源选用，使绿色建筑中选用HVAC 系统既环保又经济。在绿色建筑的暖通空调技术改造采用冷库改造方案后，由于中央空调在夜间使用的能耗较低，在中央空调设备进入冷却状态后，其产生的冰或水分会被冷能方式储存起来。在白天长时间使用中央空调，耗电量增加后，可以使储备的冷能自动产生，既节约了成本，也实现了节能保护的目的。而且夜间的蓄冷方式，可以使中央空调的冷却模式维持在正常状况，如此可以减轻城市使用负担，保证电力供应，达到资金效率最优化。

5 结语

经济的高速增长也对生态造成了巨大的损害。随着人类对环境保护意识日益增强，环保工程不断涌现。遵循可持续发展的战略目标，能够提高资源利用率。尤其是在绿色建筑的暖通空调设计中，始终要以节能减排为目标，使非再生能源真正达到高效节能的目的。