綠色建筑中暖通空調節(jié)能控制方法研究

李祥

（哈爾濱工業(yè)大學建筑設計研究院）

1 引言

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，科學技術不斷創(chuàng)新的同時，節(jié)能成為人們目前重點關注的問題，尤其是在建筑行業(yè)，綠色建筑的發(fā)展需要節(jié)能方法的不斷研究，才能最大化的提高綠色建筑的節(jié)能環(huán)保理念，從根本上提高綠色建筑的節(jié)能效果。在節(jié)能環(huán)保的理念下，強化綠色建筑的生態(tài)保護效果，為綠色建筑的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展提供強有力的動力[1]。

為了強化綠色建筑的節(jié)能效果，要對影響綠色建筑節(jié)能效果的各方因素進行詳細的研究，才能實現綠色建筑中暖通空調節(jié)能的良好控制，提高綠色建筑的整體節(jié)能效果，并完成綠色建筑壽命的提高。隨著全球能量損耗的不斷提高，各國政府相繼出臺了環(huán)保相關法律，指導各個行業(yè)進行節(jié)能、環(huán)保的推進。針對綠色建筑行業(yè)來講，最為嚴重的能量消耗由暖通空調產生，甚至在部分綠色建筑中，降低暖通空調的能量損耗即是降低綠色建筑的整體能量損耗，因此暖通空調節(jié)能控制方法研究對于降低綠色建筑能耗具有重要的作用[2,3,4]。

綠色建筑中暖通空調的作用為：采暖、通風與調節(jié)室內空氣。在綠色建筑的總體能量消耗中，暖通空調所占的比例是相當高的，有些綠色建筑中的暖通空調能耗可達總能耗的52%。根據目前的暖通空調能耗占比，研究暖通空調節(jié)能控制方法，降低綠色建筑中暖通空調的能耗，即大幅度降低綠色建筑的整體能耗，緩解日益緊張的能量供求關系[5,6]。

2 綠色建筑與暖通空調

2.1 綠色建筑

所謂綠色建筑是指能夠達到節(jié)能減排目的的建筑物，確保在其全生命周期內，滿足居住者工作、生活中空間需求的同時，也滿足人們對健康居住的需求，并在最大程度上實現人與自然的和諧共生。綠色建筑具有健康、舒適、節(jié)能環(huán)保的有特點，是符合可持續(xù)發(fā)展理念的新式建筑[7]。

2.2 暖通空調

暖通空調可以調節(jié)室內空氣、為建筑通風、為建筑提供供暖，為建筑中工作、生活的人們提供健康、舒適、節(jié)能的居住環(huán)境。對綠色建筑中的暖通空調進行節(jié)能控制，可以降低綠色建筑的能耗[8]。

3 綠色建筑中暖通空調節(jié)能控制原則

3.1 節(jié)約原則

綠色建筑中最為重要的原則就是節(jié)約原則，因此研究暖通空調節(jié)能控制方法，要遵循節(jié)約的原則，并強化暖通空調的能量利用率。綠色建筑有別于其他普通建筑的特征點就在于能量消耗較低，這正決定了綠色建筑中暖通空調的控制方法的研究方向，在降低能量消耗的基礎上，提高能源的利用效率。保證綠色建筑中的暖通空調具有較高的經濟環(huán)保效益，降低綠色建筑整體的運行成本[9,10]。

3.2 循環(huán)利用原則

在綠色建筑中暖通空調的實際應用效果會受到多重因素的影響，導致暖通空調的節(jié)能效果存在差異，循環(huán)利用原則可以提高暖通空調的利用效率。例如余熱循環(huán)利用，將熱量通過多個回路分開，在運行中產生余熱并留下對其再利用。可實現能源的循環(huán)利用，促進供暖裝置，提高熱量的使用率。符合循環(huán)利用原則，使綠色建筑的能耗情況逐漸完善。

3.3 生態(tài)環(huán)保原則

在不同的地域環(huán)境中，環(huán)境溫度不同導致對暖通空調的需求也是不同的。在炎熱的地區(qū)夏季要求暖通空調具有良好的制冷能力?？紤]綠色建筑的特點，研究暖通空調的節(jié)能控制方法要考慮環(huán)境效益，盡量降低溫室氣體的排放量，不僅做到綠色建筑自身能耗低，更要保護生態(tài)環(huán)境。在使用暖通空調的過程中，確保暖通空調的能耗不高于國家和地方建筑節(jié)能標準規(guī)定值的80%，達到綠色建筑暖通空調的節(jié)能標準。

4 綠色建筑暖通空調的節(jié)能控制方法

4.1 綠色建筑中暖通空調的能耗分析

綠色建筑中構建的暖通空調系統，其工作程序會涉及到對環(huán)境溫度、濕度、通排風的多重循環(huán)往復地交換，其換熱站原理如圖1所示。

當室外溫度與室內溫度存在溫差時，由室外溫度傳感器將信息傳遞給氣候補償器，氣候補償器根據提前設定調節(jié)關系曲線，向三通閥輸出調節(jié)信號，改變供回水混合比例，達到預設溫度。氣候補償依據室外環(huán)境溫度變化，通過調節(jié)一次供回水側的冷/熱媒流量，控制出水/送風溫度，自動調整一次側供水流量，間接控制二次側供水溫度。綠色建筑中特殊構造的暖通空調系統因其特殊結構設計而區(qū)別于傳統暖通的空調系統的能量消耗而達到節(jié)能目的，但實際應用中能耗因這些因素影響而產生變化：

圖1 換熱站原理圖

①硬件設計中，未能注重整體平衡機型設備的選擇，在配置設計上選用了不合適的能耗比造成系統對資源能耗的浪費，產生不恰當的能源損耗，同時也損害了節(jié)能效果。

②因暖空調系統的工作原理本來就的涉及到對環(huán)境中溫度、濕度等因素的調控，當這些因素超出平均水平時，會造成能源的過度浪費，不符合節(jié)能理念。

4.2 負荷的合理計算

對負荷的評估在系統的設計中占據重要地位，只有在得出負荷范圍的情況下才能對設備進行合理的選擇，不因過高而造成能量損耗，無端增加成本，也防止因為過低而嚴重影響實際使用效果。負荷的計算方式是對影響建筑內溫度的整體環(huán)境因素都考慮進去，比如建筑結構造成的熱損失情況，所處地區(qū)的緯度影響的太陽直射強度，氣候因素造成平均的溫度、濕度等，將它們納入計算的范疇，統計其對負荷影響的權重，得出負荷范圍。

4.3 節(jié)能控制方法

提高能源使用效率需要根據實際生活的需求進行及時的調整，比方說根據環(huán)境溫度調整房間設定溫度，而非一成不變。善用冷熱量回收、濕熱轉換等方式合理運行暖通空調以達到節(jié)省能源等。

①將蓄冷(熱)技術應用于暖通空調節(jié)能控制，有利于提高綠色建筑暖通空調節(jié)能控制的效果。因為暖通空調中的電負荷呈線性波動，將暖通空調中的負荷高峰轉移至負荷低谷，進行填谷操作，可以提高電能量的利用效率，緩解城市用電壓力。由于目前采用的是分時計算電費的方式，對于暖通空調使用者來講填谷操作可以降低電費開銷，降低整體的運營成本。暖通空調中使用的蓄冷(熱)技術主要包括：蓄冷(熱)設備、制冷(熱)設備、管道連接設備、控制中心、暖通空調循環(huán)控制設備，根據數字顯示對暖通空調進行直接控制。在暖通空調節(jié)能控制中使用DDC控制器技術，可以實現的主要暖通空調控制功能有：比較暖通空調中的回水與冷凍水溫度，通過溫度公式計算出暖通空調系統的冷凍水負荷值。根據暖通空調的冷負荷確定空調的最佳節(jié)能狀態(tài)，調節(jié)綠色建筑中暖通空調的制冷運行機組數量，在保證建筑環(huán)境舒適的情況下，使節(jié)能效果最優(yōu)。綠色建筑中暖通空調的冷水泵含有兩個運行機組，DDC控制器可以對暖通空調冷水泵機組的運行時長進行統計，根據時長啟動冷水泵中的某一個機組，以保證暖通空調系統具有充足的水量。并且降低暖通空調的故障以及不能運行狀況，提高了暖通空調的使用效果。

②對綠色建筑的室內溫度信息進行采集，依據采集的溫度信息設置暖通空調的溫度，以及暖通空調新風與出風量。通過室內溫度，根據溫度計算公式獲得暖通空調的啟動次數與啟動時長，并根據計算結果合理控制暖通空調中的運行控制器，提升暖通空調的節(jié)能效果。根據綠色建筑的溫度需求與通風情況，適時的調節(jié)暖通空調的新風與出風閥門，并且在暖通空調停止運行時，所有通風閥門均關閉。暖通空調的風機與冷水閥進行配合控制，在室內外風溫度接近時，開啟新風閥門大量引入新風，風機停止時同時關閉暖通空調冷水閥。在暖通空調的新風管上設置溫度傳感器，新風溫度與設定室內溫度進行比較，并將比較結果以電信號的形式輸出便于觀察，調節(jié)空調回水管上水閥以控制暖通空調的水流量，使回風溫度始終保持在設定室內溫度范圍內。

③采用循環(huán)熱源提取的熱泵技術。熱泵技術相比傳統一次性熱能源技術，優(yōu)越性十分突出：可利用能源豐富多樣，有效利用工業(yè)排放熱氣、城市生活產生溫室氣體、城市土壤、地下水、排放污水多種能源實現廢物再利用生成熱能，實現環(huán)保目標；可節(jié)約能源成本，傳統能源如煤、石油、天然氣，無論對環(huán)境還是其本身代價頗為高昂，為不可再生能源，而本文針對的低溫熱能為可再生低稀有度能源，可行性較強；可一體兩用，熱泵技術是一種充分利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置。一般情況下，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體中去，卻不能自發(fā)地沿相反方向進行。熱泵的工作原理就是以逆循環(huán)方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體的機械裝置，它僅消耗少量的逆循環(huán)凈功，就可以得到較大的供熱量，可以有效地把難以應用的低品位熱能利用起來達到節(jié)能目的。地源熱泵是陸地淺層能源通過輸入少量的高品位能源(如電能)實現由低品位熱能向高品位熱能轉移的裝置。地源熱泵供暖空調系統主要分三部分：室外地源換熱系統、地源熱泵主機系統和室內末端系統。具備可再生、節(jié)省空間、使用壽命長、污染小等優(yōu)勢。

④綠色建筑中暖通空調系統的主要工作就是進行室內采暖，空氣、水等，暖通空調運行的冷熱承載物質的需求量也是不斷變化的。在暖通空調系統中應用變流量技術，可以針對室外不同季節(jié)的溫度變化以及一日內不同時間段的溫度需求，動態(tài)調節(jié)暖通空調的負荷，使暖通空調的整體能耗最大程度的降低。暖通空調中的冷凍水循環(huán)、熱水供暖以及排風系統等都可以運用變流量技術進行控制，可以較大幅度降低暖通空調的能耗，即降低綠色建筑的整體能耗，有利于綠色建筑的節(jié)能理念的發(fā)展。

⑤綠色建筑節(jié)能要求在建筑圍護結構(包括屋頂、外墻、門窗等)中使用綠色建材作為保溫、隔熱材料以節(jié)約能源?？梢詼p少基本建筑材料的用量，減輕圍護結構的自重，而且在保證建筑物的室內空氣品質的同時，采用可調節(jié)室內溫度、濕度的新型墻體材料，可以大幅度節(jié)能降耗，推動建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5 暖通空調節(jié)能控制在綠色建筑節(jié)能中的意義

暖通空調節(jié)能設計方法的制定和實施，可以為綠色建筑建設中節(jié)能降耗戰(zhàn)略目標的實現提供可靠的保障。綠色建筑發(fā)展過程中的核心理念就是節(jié)能降耗，具體體現在節(jié)水、節(jié)電、少污染等方面，并能提高室內環(huán)境品質。作為建筑物能耗的重要電氣，暖通空調在實際的應用中的能耗消耗量是非常大的，對室外空氣質量也有著一定的影響。因此，有必要研究暖通空調節(jié)能控制方法，為綠色建筑節(jié)能降耗目的的實現提供可靠的保障，完善綠色建筑的服務功能，增強綠色建筑物的生態(tài)效應。

6 結語

在綠色建筑中實現建筑節(jié)能，暖通空調系統的能耗耗費比的綜合控制占據重要的位置。充分、合理的控制暖通空調，不僅可以保證暖通空調系統的正常運行，實現資源的節(jié)約，同時，對暖通空調系統的控制方法進行研發(fā)和實施是綠色建筑系統節(jié)能的基礎，合理的使用暖通空調節(jié)能控制方法，為綠色建筑節(jié)能做出突出貢獻。