綠色建筑在暖通空調(diào)方面的節(jié)能措施

楊 一 帆

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

綠色建筑在暖通空調(diào)方面的節(jié)能措施

楊 一 帆

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

總結(jié)了綠色建筑的相關(guān)重要政策，強(qiáng)調(diào)了暖通空調(diào)節(jié)能的重要性，并從設(shè)計(jì)、技術(shù)、管理三方面，介紹了綠色建筑在暖通空調(diào)方面的節(jié)能措施，在降低建筑能耗的基礎(chǔ)上，滿足了人們對(duì)室內(nèi)熱舒適性的要求。

綠色建筑，暖通空調(diào)，節(jié)能，運(yùn)營管理

改革開放以來隨著我國城鎮(zhèn)化水平的提高和人們對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境的熱舒適性要求的提高，建筑能耗與日俱增。在全球能源危機(jī)日益加劇的背景下，國務(wù)院辦公廳于2013年1月1日轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《綠色建筑行動(dòng)方案》；住建部于2015年1月1日正式實(shí)施GB/T 50378—2014綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；2016年9月3日中國批準(zhǔn)加入《巴黎氣候變化協(xié)定》對(duì)我國的節(jié)能減排又提出了更新的要求。綠色建筑的特點(diǎn)是“四節(jié)一環(huán)?！?，“節(jié)能”是其核心，暖通空調(diào)能耗又是建筑能耗中的主要部分，因此降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗具有很強(qiáng)的社會(huì)意義與經(jīng)濟(jì)效益，其能耗降低的具體方法可以從設(shè)計(jì)、技術(shù)、管理三個(gè)方面來思考。

1 設(shè)計(jì)角度

1.1 采暖

1)體形系數(shù)與窗墻面積比的確定。在設(shè)計(jì)建筑時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇合理的體形系數(shù)和窗墻面積比。體形系數(shù)大，同體積的建筑，外表面積越大，在相同條件下通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量也越大，增加建筑的冬季采暖能耗。因此應(yīng)當(dāng)盡量減小建筑物的體形系數(shù)；某一朝向上的窗墻面積比越大，則該朝向上的開窗面積越大，窗玻璃的傳熱系數(shù)一般較相應(yīng)墻體的傳熱系數(shù)大得多，實(shí)際施工中窗與墻接縫處保溫效果一般也較差，窗縫數(shù)增多還會(huì)增加房間的冷風(fēng)滲透，因此增大窗墻面積比也會(huì)增加建筑物能耗，但是開窗過少會(huì)影響建筑物的采光、通風(fēng)，因此窗墻面積比也不宜過小。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，暖通專業(yè)應(yīng)當(dāng)與建筑學(xué)專業(yè)溝通，嚴(yán)格按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)建筑物的體形系數(shù)、窗墻面積比、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)進(jìn)行綜合考量。

2)熱負(fù)荷計(jì)算。一般的民用建筑，在施工圖設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)每個(gè)房間進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算，計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意各類附加和不同采暖系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算時(shí)的差異，不可熱指標(biāo)直接計(jì)算，因其計(jì)算結(jié)果往往偏大，會(huì)直接影響后續(xù)的系統(tǒng)、設(shè)備選型，增加建筑物能耗與運(yùn)營成本。

3)系統(tǒng)形式選擇。在能采用重力循環(huán)系統(tǒng)的前提下，應(yīng)選擇重力循環(huán)系統(tǒng)；系統(tǒng)的選擇還應(yīng)便于分戶計(jì)量，因此常選用雙管系統(tǒng)或單管跨越系統(tǒng)，同一住戶的各個(gè)房間最好還應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度獨(dú)立調(diào)節(jié)；應(yīng)當(dāng)加大供、回水溫差，減小水流量實(shí)現(xiàn)節(jié)能；低溫?zé)崴椛涔┡到y(tǒng)比傳統(tǒng)的散熱器對(duì)流散熱器供暖系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度低2 ℃～3 ℃，因此可優(yōu)先選擇低溫?zé)崴椛涔┡到y(tǒng)，降低供暖耗能。

4)熱源選擇。加強(qiáng)集中供熱基礎(chǔ)理論研究，大力推廣集中供熱技術(shù)，優(yōu)先采用城市熱網(wǎng)熱量，取代傳統(tǒng)的小鍋爐房，提高燃料的燃燒效率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。對(duì)于有條件利用工業(yè)余熱或熱電聯(lián)產(chǎn)余熱的地區(qū)，可以采用余熱鍋爐，減少傳統(tǒng)化石能源的燃燒。農(nóng)村地區(qū)，可以采用生物質(zhì)鍋爐、沼氣鍋爐等特種鍋爐作為建筑熱源，充分利用當(dāng)?shù)氐纳镔|(zhì)資源代替煤炭。

1.2 通風(fēng)

常見的通風(fēng)方式從通風(fēng)動(dòng)力上可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩類。自然通風(fēng)的動(dòng)力是由溫差引起的熱壓和建筑物外氣流引起的風(fēng)壓，不需要借助風(fēng)機(jī)的動(dòng)力，因此更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分利用建筑物自然通風(fēng)。

1.2.1 平面布置

對(duì)于一定區(qū)域內(nèi)多棟建筑的布置，采用斜列式或錯(cuò)列式的布置更有利于將自然通風(fēng)的氣流導(dǎo)入建筑群內(nèi)部，故應(yīng)優(yōu)先考慮這兩種布置形式。

1.2.2 自然通風(fēng)形式的確定

在炎熱地區(qū)，應(yīng)減少房間相對(duì)通風(fēng)洞口之間的隔斷，充分利用穿堂風(fēng)，但也應(yīng)同時(shí)考慮人體熱舒適性的要求；在寒冷地區(qū)，尤其針對(duì)于公共建筑，應(yīng)采用中庭進(jìn)行自然通風(fēng)，如果對(duì)中庭的氣流組織設(shè)計(jì)有較高要求時(shí)，還可用CFD輔助建模模擬計(jì)算。

1.2.3 自然通風(fēng)動(dòng)力

當(dāng)自然通風(fēng)動(dòng)力不足時(shí)，除了增大風(fēng)壓、熱壓外，還可減小窗扇的局部阻力系數(shù)(如使用平開窗)來強(qiáng)化自然通風(fēng)。

1.2.4 通風(fēng)量

通風(fēng)量大小的確定應(yīng)兼顧室內(nèi)空氣品質(zhì)和建筑物能耗兩方面的要求，當(dāng)采用機(jī)械通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)量過大勢必引起建筑物能耗增加。對(duì)于通風(fēng)量的選擇設(shè)計(jì)則應(yīng)遵照國家規(guī)范和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，若國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有涉及的問題，還可以參考ASHRAE Standard 62.1等相關(guān)國外標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充。

1.3 空調(diào)

首個(gè)現(xiàn)代空調(diào)自20世紀(jì)初由美國開利公司發(fā)明至今已有100多年的歷史。空調(diào)可直接調(diào)節(jié)室內(nèi)熱濕環(huán)境的溫度、濕度、空氣流速、潔凈度，比傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)更具優(yōu)越性，無論使中央集中式空調(diào)還是家用空調(diào)器都得到了廣泛的應(yīng)用，但高能耗也是其應(yīng)用過程中不可忽視的問題。

1.3.1 室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇應(yīng)嚴(yán)格遵照國家相關(guān)規(guī)范。其值的確定一要考慮人體對(duì)熱濕環(huán)境的反應(yīng)，常用預(yù)測平均評(píng)價(jià)(PMV)進(jìn)行評(píng)估；二要考慮節(jié)能要求，避免過冷、過熱使空調(diào)用電能耗過大；三要考慮建筑物的實(shí)際運(yùn)營工況，對(duì)不經(jīng)常使用的房間降低負(fù)荷和溫、濕度要求，減少使用能耗?！毒G色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中將“人員短期逗留區(qū)域空調(diào)供冷工況室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)宜比長期逗留區(qū)域提高1 ℃～2 ℃，供熱工況宜降低1 ℃～2 ℃”作為控制項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。

1.3.2 中央空調(diào)節(jié)能

對(duì)于工業(yè)建筑的中央空調(diào)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一套中央空調(diào)能效管理平臺(tái)，一般包括：冷機(jī)智能控制系統(tǒng)、水泵變頻智能控制系統(tǒng)、空調(diào)箱變頻智能控制系統(tǒng)、冷卻塔變頻智能控制系統(tǒng)，使中央空調(diào)系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)負(fù)荷變化，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意空調(diào)空氣壓縮機(jī)余熱的回收利用，降低使用能耗；對(duì)于民用建筑，也要注意中央空調(diào)的自控調(diào)節(jié)，以酒店為例，ASHRAE 189.1—2014中要求“客人離開后30 min內(nèi)在設(shè)定溫度基礎(chǔ)上自動(dòng)調(diào)高3 ℃(供冷工況)或調(diào)低3 ℃(供暖工況)；空房狀態(tài)時(shí)或客人離開時(shí)間達(dá)16 h后自動(dòng)設(shè)定為不低于27 ℃(供冷工況)或不高于16 ℃(供暖工況)?！币罁?jù)房間的負(fù)荷變化，設(shè)置空調(diào)供冷、供暖工況的溫度限值和調(diào)整范圍，對(duì)于降低建筑使用能耗十分有利。

2 技術(shù)角度

2.1 建筑信息模型技術(shù)

建筑信息模型(BIM)技術(shù)是綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一種有效的手段，也是國家今年大力推廣技術(shù)手段，住建部就曾于2015年6月16日印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》。BIM的基本思路是將傳統(tǒng)2D的工程圖轉(zhuǎn)化為3D的模型，再轉(zhuǎn)化為可用于分析的BIM模型。BIM技術(shù)的核心是BIM軟件，國外常用的BIM軟件有Revit，Achicad等，國內(nèi)常用軟件有綠建斯維爾等。國外軟件技術(shù)相對(duì)成熟，但對(duì)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的支持往往較差；國內(nèi)軟件起步較晚，但是對(duì)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)支持較好，也符合國內(nèi)設(shè)計(jì)者的操作習(xí)慣。對(duì)于暖通設(shè)計(jì)，借助于已建好的BIM模型，可進(jìn)行熱工類分析：能耗計(jì)算、暖通負(fù)荷、采暖、空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)；風(fēng)環(huán)境模擬：室外各季節(jié)風(fēng)環(huán)境模擬、室內(nèi)自然通風(fēng)模擬、通風(fēng)氣流組織設(shè)計(jì)模擬；暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制監(jiān)測模擬；檢查管道碰撞等。通過計(jì)算機(jī)仿真模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理，切實(shí)做到“四節(jié)一環(huán)?！薄?/p>

2.2 可再生能源利用技術(shù)傳統(tǒng)

可再生能源是相對(duì)于煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源的新能源，包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能、生物質(zhì)能等。傳統(tǒng)化石能源不僅燃燒效率低、污染大，而且是不可再生能源?，F(xiàn)在的建筑用能主要以直接燃用煤或用電為主，而用電多來源于火力發(fā)電廠，二者均屬于直接或間接利用化石能源。隨著能源危機(jī)的加劇，可再生能源因其可再生、污染小也成為了建筑用能的一個(gè)方向。

對(duì)于暖通專業(yè)，常用的可再生能源有：太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能。

2.2.1 太陽能

可以將太陽能作為熱源，通過太陽能集熱器，利用收集的太陽能對(duì)水加熱，熱水一方面可以滿足部分生活用水的需要，另一方面可以作為太陽能低溫?zé)崴椛洳膳到y(tǒng)的熱媒，滿足冬季供暖需要。將光伏元件與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可利用太陽能，使光伏建筑一體化，供給建筑物的生活用電的需要，緩解城市電網(wǎng)壓力，節(jié)約能源。從通風(fēng)角度看，還可在建筑物內(nèi)設(shè)計(jì)太陽能煙囪，利用太陽輻射造成的溫差，增大自然通風(fēng)的熱壓，強(qiáng)化自然通風(fēng)。

2.2.2 地?zé)崮?/p>

本專業(yè)中地?zé)崮艿膽?yīng)用主要是通過地源熱泵系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，將土壤、地下水、地表水中的低位地?zé)崮芾脽岜棉D(zhuǎn)化為高位能；冬季提取地?zé)崮?，用于室?nèi)采暖；夏季將熱量釋放到地下，為室內(nèi)制冷。地源熱泵系統(tǒng)還可以和太陽能系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用，將地?zé)崮芘c太陽能同時(shí)作為建筑物供冷供暖的熱源，既有助于恢復(fù)土壤溫度，提高熱效率，又可以克服天氣變化對(duì)太陽能系統(tǒng)的影響，滿足室內(nèi)負(fù)荷的要求。

2.2.3 風(fēng)能

我國具有豐富的風(fēng)能資源，但風(fēng)能資源的利用受地區(qū)與季節(jié)的影響很大，推廣起來有一定難度。對(duì)于風(fēng)能利用，一方面可以選擇合適的風(fēng)場，建立一定規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠，供給建筑用電；也可以直接利用城市樓群風(fēng)，將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與建筑物本身相結(jié)合，供給其內(nèi)的建筑設(shè)備用電。歐美等國還利用風(fēng)力制熱技術(shù)，將風(fēng)能利用直接或間接的手段轉(zhuǎn)化為熱能，滿足家庭用熱需要。

3 管理角度

從建筑的這個(gè)生命周期來看，暖通空調(diào)系統(tǒng)的管理包括兩個(gè)部分：施工管理、運(yùn)營管理。

3.1 施工管理

建筑設(shè)備施工時(shí)應(yīng)采用綠色施工技術(shù)與方案，其核心同綠色建筑一樣依然是“四節(jié)一環(huán)保”。應(yīng)當(dāng)依據(jù)施工能耗指標(biāo)，進(jìn)行合理的施工組織設(shè)計(jì)和施工進(jìn)度規(guī)劃。在進(jìn)行管道及相關(guān)設(shè)備的安裝時(shí)，首先考慮電能消耗較少的方式；對(duì)需進(jìn)行保溫的管道，應(yīng)注意臨界絕緣直徑的大小，合理控制保溫層厚度。對(duì)于工地的臨時(shí)宿舍和辦公場所，要注意外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫，以控制冬季采暖能耗；臨時(shí)場所的位置應(yīng)選在便于自然通風(fēng)的位置，充分利用自然通風(fēng)，減少夏季空調(diào)、風(fēng)扇耗能。

3.2 運(yùn)營管理

暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要在設(shè)備的運(yùn)營過程中產(chǎn)生。暖通空調(diào)系統(tǒng)本身是許多屋宇設(shè)備的集合，為了便于人們控制，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使設(shè)備能夠靈活適應(yīng)負(fù)荷變化，提高設(shè)備的能效比；對(duì)設(shè)備應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定期的清理維護(hù)，延長設(shè)備的使用壽命，同時(shí)提高設(shè)備的運(yùn)行效率；對(duì)物業(yè)管理人員做好專業(yè)培訓(xùn)，再先進(jìn)的系統(tǒng)也是由人創(chuàng)造的，更離不開人的管理，操作者水平的高低會(huì)對(duì)系統(tǒng)的長期運(yùn)行能耗產(chǎn)生重要的影響。

[1] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50189—2015,公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB/T 50378—2014，綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 葉 凌,柯尊友,王清勤.ASHRAE 189.1—2014《高性能綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》簡介[J].暖通空調(diào),2015(7):53-58.

[5] 龍惟定.物業(yè)設(shè)施管理與暖通空調(diào)[J].暖通空調(diào),1998(4):27-31.

[6] 陸耀慶.使用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[7] 王崇杰，蔡洪彬，薛一冰，等.可再生能源利用技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2014.

[8] 丁云飛，李風(fēng)雷，董重成,等.建筑設(shè)備工程施工技術(shù)與管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

On energy-saving measures of green buildings in heat and ventilation air-conditioner

Yang Yifan

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper sums up the related important policies of the green building, emphasizes the importance of the heat and ventilation air-conditioner energy-saving, introduces the energy-saving measures of the green buildings in the aspect from the heat and ventilation air-conditioner from the design, techniques, and management, so as to meet the demands of residents for the heat comfort based on lowering the architectural energy consumption.

green building, heat ventilation air-conditioner, energy-saving, operation management

1009-6825(2017)05-0207-03

2016-12-08

楊一帆(1994- )，男，在讀本科生

TU201.5

A