綠色建筑暖通空調(diào)設(shè)計的技術(shù)研究

楊　健（湖南省建筑科學研究院，湖南 長沙 410000）

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綠色建筑暖通空調(diào)設(shè)計的技術(shù)研究

楊?。ê鲜〗ㄖ茖W研究院，湖南 長沙 410000）

綠色建筑是指依據(jù)建筑選址所在地的自然環(huán)境，通過運用生態(tài)學、建筑學等基本原理和采用現(xiàn)代科技手段，科學合理的安排和組織建筑同其他因素之間的關(guān)系，在最大程度上節(jié)約資源能源、保護環(huán)境及減少污染，為人們提供健康、清新、舒適的生活空間以及與大自然和諧共生的建筑。作為綠色建筑的重要組成部分，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當充分遵循和體現(xiàn)綠色建筑的設(shè)計理念。筆者從綠色建筑理念與設(shè)計、變頻技術(shù)在綠色建筑暖通空調(diào)的應(yīng)用以及風機能耗等方面探討了綠色建筑暖通空調(diào)設(shè)計技術(shù)，以期能夠為暖通空調(diào)設(shè)計技術(shù)的完善和優(yōu)化提供有價值的理論依據(jù)。

綠色建筑；暖通空調(diào)；變頻技術(shù)；風機能耗

引言

就建筑而言，暖通空調(diào)是指負責室內(nèi)采暖、通風與空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備。該系統(tǒng)能夠有效地控制室內(nèi)空氣的溫度、濕度，提高室內(nèi)環(huán)境舒適度，是大型建筑中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。暖通空調(diào)是實現(xiàn)綠色建筑、功能建筑、環(huán)保建筑和低碳建筑的重要基礎(chǔ)，因此，應(yīng)當在暖通空調(diào)設(shè)計環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)“綠色、環(huán)保、低碳”理念，使其始終貫穿于暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)和部位，切實反映出綠色建筑發(fā)展理念。在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)當明確綠色建筑設(shè)計基本理念，掌握綠色建筑內(nèi)容，善于把握綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計原則，從而在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中以各種節(jié)能環(huán)保技術(shù)來降低暖通空調(diào)的能耗，充分體現(xiàn)綠色建筑設(shè)計理念。

1　綠色建筑理念與設(shè)計

1.1綠色建筑理念

為了構(gòu)建綠色社會，實現(xiàn)社會和國家的可持續(xù)發(fā)展，綠色建筑設(shè)計理念應(yīng)運而生，這對于能提高建筑的環(huán)保和節(jié)約等性能具有重要意義。從目前來看，綠色建筑設(shè)計理念已經(jīng)成為建筑行業(yè)的重要理念，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展指明了前進道路和方向。綠色建筑設(shè)計理念的核心內(nèi)容為：以充分尊重自然規(guī)律和綜合經(jīng)濟發(fā)展等其他因素為基礎(chǔ)，在建筑過程中最大程度上使用環(huán)保資源和環(huán)保材料，降低使用不可再生資源，盡可能實現(xiàn)避免或者在最小程度上破壞生態(tài)環(huán)境。

1.2綠色建筑設(shè)計

綠色建筑設(shè)計是綜合設(shè)計與動態(tài)設(shè)計的有機結(jié)合，應(yīng)當遵循以下幾方面原則：①良好的室內(nèi)環(huán)境；②有效利用能源；③使用節(jié)能環(huán)保材料；④注重環(huán)保形態(tài)；⑤設(shè)計科學。因此，綠色建筑設(shè)計對建筑設(shè)計師提出了更高的要求。因此，暖通空調(diào)設(shè)計人員應(yīng)積極學習相關(guān)專業(yè)知識，例如了解流體力學、數(shù)控邏輯以及能耗分析等，掌握和豐富專業(yè)及相關(guān)理論，提高專業(yè)技能與素養(yǎng)，從而從能源、環(huán)保和經(jīng)濟等方面去把握項暖通空調(diào)設(shè)計的思路與方法。

2　綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計原則

作為建筑的重要組分之一，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當充分遵循和體現(xiàn)綠色建筑的設(shè)計理念。綠色建筑注重高效利用、節(jié)能循環(huán)、綠色環(huán)保等原則的實現(xiàn)，作為建筑重要組分的暖通空調(diào)的設(shè)計也應(yīng)當遵循上述原則。

2.1綠色環(huán)保原則

為了設(shè)計和建造暖通空調(diào)系統(tǒng)，選材方面必須充分遵循綠色環(huán)保的要求，避免使用質(zhì)量較低、污染嚴重及不可再生的原材料。在暖通空調(diào)設(shè)計過程中，科學的選用綠色環(huán)保原材料具有重要的環(huán)保意義，不但能夠大量節(jié)約各種能源，而且還能夠有效的降低對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。同時，在選用原材料選的過程中，設(shè)計人員應(yīng)當綜合考慮各種原材料的回收利用以及日常維護等問題，這不但能有效的降低建筑成本，而且有利于實現(xiàn)能源節(jié)約和生態(tài)保護的目的。

2.2節(jié)能性原則

綠色建筑設(shè)計理念意味著暖通空調(diào)設(shè)計應(yīng)當遵循節(jié)能性原則，這不只是構(gòu)建綠色暖通空調(diào)系統(tǒng)的根本目的，更是實現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。截止到現(xiàn)在，我國的不可再生資源使用和破壞已經(jīng)非常嚴重，甚至已經(jīng)瀕臨耗盡的狀態(tài)。暖通空調(diào)作為極其耗能的系統(tǒng)，在通風、采暖以及制冷等方面均會大量耗能。鑒于此，在暖通空調(diào)的設(shè)計過程中，應(yīng)當充分遵循節(jié)能性原則，這是綠色建筑設(shè)計理念的根本要求和重要目標。

2.3循環(huán)使用原則

一般情況下，在使用過程中空調(diào)系統(tǒng)會把剩余能源直接排掉，這在一定程度上浪費了大量能源。因此，為了充分有效的利用各種能源，在暖通空調(diào)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)當充分遵循循環(huán)使用原則，及時回收和二次利用空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)使用不充分和并未使用的剩余能源，這不但有效的提高能源利用效率，而且還極大的降低了能源利用成本，這對于生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用和影響。

3　變頻節(jié)能技術(shù)在綠色建筑暖通空調(diào)中的應(yīng)用

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中科學應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)具有重要的意義，不但能夠在最大程度上減少系統(tǒng)能夠，而且還可以通過靈活選擇運行的模式來實現(xiàn)降低運行成本的目標，同時還能夠完善和優(yōu)化暖通控系統(tǒng)，從而彌補暖通空調(diào)系統(tǒng)所存在的工藝不足。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)已成為必然發(fā)展趨勢，采用該技術(shù)的主要原因包括：①在設(shè)計暖通空調(diào)過程中，為了降低系統(tǒng)的運行壓力和延長系統(tǒng)的使用壽命，通常保留一定余量（20～25%）；②室外溫度、濕度、氣候變化、建筑本身使用狀況以及室內(nèi)人員實際要求的差異等因素均會對暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行負荷產(chǎn)生影響。然而，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中科學應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)能夠從室內(nèi)人員的實際需求出發(fā)，選擇合理的系統(tǒng)工作頻率，有效避免暖通空調(diào)處于全負荷工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)節(jié)約能源的目的；③由于出租率較低、功能變化等使用情況的變化，建筑功能會發(fā)生變化，相應(yīng)的建筑物負荷也會發(fā)生變化。

根據(jù)暖通空調(diào)的負荷來改變水流量或風流量對于實現(xiàn)節(jié)能目的具有重要作用。變風量空調(diào)系統(tǒng)是利用末端裝置來補償建筑物室內(nèi)負荷的變動，以調(diào)節(jié)室內(nèi)送風量來維持室內(nèi)溫度。與定風量系統(tǒng)相比，變風量系統(tǒng)通?？梢怨?jié)約能源50%。與定流量系統(tǒng)相比，變水量系統(tǒng)是利用控制水量的途徑來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)電能的節(jié)約。隨著變頻器在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的逐漸應(yīng)用，變頻控制調(diào)節(jié)水流量、風量及主機等，能夠產(chǎn)生非常明顯的節(jié)能效益。

4　暖通空調(diào)風機耗能

4.1風機能耗大和效率低的原因

目前，暖通空調(diào)具有多方面的優(yōu)勢，其在建筑中的應(yīng)用越來越普遍，但是風機仍然存在能耗大和效率低等不足之處，主要原因包括：①風機選型不合理，導致風機在運行過程中偏離高效區(qū)，致使風機效率降低，在很大程度上增加了能耗。在風機選型過程中，僅僅是按照風量、風壓以及廠家產(chǎn)品樣本來選擇。然而，風機樣本的性能參數(shù)往往是根據(jù)特定的條件而確定，如果實際使用情況發(fā)生變化，風機的實際性能也會相應(yīng)的發(fā)生變化，因此，如果忽視了不同使用條件下風機參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，往往會使風機運行工況偏離高效區(qū)。另外，受設(shè)計周期限制和管道局部阻力部件阻力系數(shù)選取準確度的影響，設(shè)計人員常常估算管路水力，致使確定的風機全壓偏高。②所選取的與風機相配套的電動機容量偏大，導致輸配能耗變大。在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，由于會考慮到管道可能會存在漏風問題，設(shè)計人員往往會在系統(tǒng)所需風量和風壓的基礎(chǔ)之上乘以相應(yīng)的安全系數(shù)，以確定風機的風量和風壓。同時，由于風機功率與風量、風壓之間均呈正比關(guān)系，如果風量、風壓或者兩者偏大，均會導致風機功率過高，從而造成電能的浪費。③管路布置不當會增加系統(tǒng)阻力和浪費能源，大大降低風機效率。④由于風機用閥門消耗動力設(shè)備冗余能量，不但導致風機調(diào)節(jié)效率降低，而且還大大的浪費了能量。

4.2提高風機效率和降低能耗的方法

4.2.1掌握暖通空調(diào)風機特點

暖通空調(diào)風機主要包括前向多翼、后向和軸流3種類型。作為暖通空調(diào)系統(tǒng)的專用風機，不但要求風機外形美觀和結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，而且還要求風機材質(zhì)既能防潮、防銹又能安全平穩(wěn)運行，同時還要求風機性能精良。一般情況下，常用最高效率點的壓力、流量、內(nèi)功率以及比聲壓級等指標來評價和衡量風機的性能。作為暖通空調(diào)系統(tǒng)的動力源，空調(diào)風機應(yīng)當與暖通空調(diào)系統(tǒng)以及各種運行工況相匹配。此原因包括：①由于晝夜以及季節(jié)的不同，所需風量或壓力也有所不同；②暖通空調(diào)設(shè)備使用年限不同，系統(tǒng)阻力也會相應(yīng)的有所不同；③如上文所述，在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，風機的流量留有一定的余量。因此，通常情況下，風機的工作點很可能不在最高效率點，而是以最高效率點為中心在較大的范圍內(nèi)產(chǎn)生變化，所以，空調(diào)風機應(yīng)當具有較大的穩(wěn)定流量范圍，且在該范圍內(nèi)具有較為平緩的效率——流量曲線，從而保證風機具有較高的運行效率。

4.2.2確定暖通空調(diào)風機的送風方式

大型建筑的氣流、溫度等變化明顯，因此，合理的送風方式就顯得尤為重要。所謂上送下回的送風方式是指將風從建筑頂部送至建筑下部，再由建筑底部進行回風。側(cè)送下回的送風方式一般是指將送風口的高度設(shè)置約為3m，這必須根據(jù)裝修設(shè)計來合理的安排風口位置?，F(xiàn)階段，在建筑工程建設(shè)過程中，絕大多是采用可以調(diào)節(jié)風量和射程的風口，以提高冬季的送風風速。另外，設(shè)計人員應(yīng)當精準組織與計算空調(diào)氣流。

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楊 ?。?980-），男，工程師，本科，主要從事暖通設(shè)計工作。

TU831

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2095-2066（2016）16-0138-02

2016-5-21