探究暖通空調(diào)中綠色建筑的設(shè)計(jì)研究

黃坤斌

（福建十建建筑設(shè)計(jì)有限公司廈門(mén)分公司， 福建 廈門(mén) 361006）

現(xiàn)代化社會(huì)背景下，人們物質(zhì)生活水平的提升也帶動(dòng)了生態(tài)自然保護(hù)意識(shí)的提升，環(huán)保、節(jié)能成為了當(dāng)前建筑行業(yè)的重要詞匯，建筑行業(yè)以“綠色建筑”實(shí)現(xiàn)著建筑節(jié)能目標(biāo)，暖通空調(diào)作為建筑中主要的耗能設(shè)備，與綠色建筑理念背道而馳，因此更需要在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)理念，以綠色建筑為原則，注重節(jié)能設(shè)計(jì)，減少暖通空調(diào)的能源損耗，真正實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、環(huán)保[1]。

1 暖通空調(diào)與綠色建筑的概述

暖通空調(diào)是具有采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)功能的空調(diào)器，在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)是重要的組成部分，能夠起到調(diào)節(jié)建筑結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷、冷負(fù)荷、濕負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷的作用[2]。現(xiàn)代化建筑設(shè)計(jì)中，更加趨向于人性化設(shè)計(jì)，相較于過(guò)去無(wú)暖通空調(diào)設(shè)備的建筑結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用暖通空調(diào)的建筑物中，夏季能夠起到較好的降溫效果，冬季能夠起到良好的保暖效果，且對(duì)于建筑物內(nèi)通風(fēng)換氣，調(diào)節(jié)建筑空氣濕度、溫度也具有良好作用。因此在現(xiàn)代建設(shè)設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)處于重要地位，但與此同時(shí)，也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與應(yīng)用下帶來(lái)的多種危害。暖通空調(diào)是建筑結(jié)構(gòu)中能耗較為嚴(yán)重的設(shè)備，為了能夠維持建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)條件，暖通空調(diào)的運(yùn)行持續(xù)損耗能源，這不僅造成了建筑能源損耗量的不斷增大，也會(huì)造成環(huán)境污染、能源結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，構(gòu)建節(jié)能、環(huán)保的綠色建筑造成不良影響[3]。

綠色建筑指的是在全壽命周期內(nèi)，以節(jié)約能源、減少污染、保護(hù)環(huán)境為目的，為人們提供宜居、健康的居住環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑。綠色建筑理念的提出為現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)新的發(fā)展方向，建筑業(yè)作為能源損耗較大的行業(yè)，在綠色建筑理念的指導(dǎo)下，向著節(jié)能、環(huán)保、綠色發(fā)展的方向改進(jìn)建筑理念，創(chuàng)新建筑設(shè)計(jì)，能夠較好的減少建筑能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保[4]。因此在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中，更需要適應(yīng)現(xiàn)代建筑新的設(shè)計(jì)理念，特別是在綠色建筑理念下，更需要轉(zhuǎn)變暖通空調(diào)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的節(jié)能化、環(huán)?；?，減少暖通空調(diào)能源損耗，促進(jìn)暖通空調(diào)能源應(yīng)用的高效化。

2 暖通空調(diào)中綠色建筑的設(shè)計(jì)原則

綠色建筑作為當(dāng)前建筑行業(yè)的新理念，應(yīng)能夠應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，也需要融合綠色建筑理念，減少能源損耗。因此在暖通空調(diào)中，需要遵循綠色建筑設(shè)計(jì)的幾個(gè)原則，具體如下。

2.1 節(jié)約材料原則

綠色建筑設(shè)計(jì)中，不僅需要減少建筑能耗，建筑材料的使用量也需要盡可能減少，因此在綠色建筑理念下，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)需要從原材料的使用角度上形成節(jié)約意識(shí)，包括暖通空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)等原材料的使用，應(yīng)以暖通空調(diào)系統(tǒng)的整體利用確定原材料的使用情況。例如在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除系統(tǒng)本身，還需要考慮暖通空調(diào)系統(tǒng)與建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)、室內(nèi)照明的相關(guān)性，盡可能在設(shè)計(jì)過(guò)程中節(jié)約建筑材料，減少建筑材料損耗[5]。

2.2 回收再利用原則

暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑結(jié)構(gòu)中，各個(gè)部分具有一定的獨(dú)立性，因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，不同組成部分的設(shè)備是可以單獨(dú)拆卸的，也就是說(shuō)在遇到某一運(yùn)轉(zhuǎn)零件或設(shè)備故障、需更換的情況下，可以單獨(dú)更換零件，不需要進(jìn)行整體更換。另外，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，部分非運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備及材料，具有再利用的性質(zhì)，在設(shè)備更換后，可將可回收零件、設(shè)備拆卸、維修、保養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)再利用，能夠減少建筑材料損耗。部分報(bào)廢設(shè)備及零件，在專(zhuān)門(mén)工廠中還能夠?qū)崿F(xiàn)再生，因此在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)可再回收、再利用的設(shè)備做好設(shè)計(jì)，減少不可回收、不可再利用設(shè)備如玻璃鋼等的使用量，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用的節(jié)能屬性[6]。

2.3 能源高效利用原則

現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排利用多種新型技術(shù)手段，如太陽(yáng)能技術(shù)、地源熱泵技術(shù)等，對(duì)減少建筑能耗起到關(guān)鍵作用。暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，也應(yīng)有效結(jié)合多種節(jié)能技術(shù)，與節(jié)能技術(shù)手段相適宜，在建筑結(jié)構(gòu)中起到相互配合作用，從而更高效應(yīng)用能源，提高能源利用率，減少建筑能源損耗。例如當(dāng)前較為常見(jiàn)的太陽(yáng)能技術(shù)與暖通空調(diào)的結(jié)合，以采集太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能，由暖通空調(diào)熱傳導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)輸熱能至換熱中心，應(yīng)用到采暖系統(tǒng)中，能夠減少暖通空調(diào)不可再生能源的使用，提高太陽(yáng)能的利用率。

3 暖通空調(diào)中綠色建筑的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與綠色建筑理念的結(jié)合，對(duì)減少暖通空調(diào)系統(tǒng)能源損耗，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、減排、綠色、環(huán)保具有重要意義，因此在綠色建筑理念中，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變與設(shè)計(jì)內(nèi)容的優(yōu)化，主要可以通過(guò)以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。

3.1 蓄冷技術(shù)的應(yīng)用

蓄冷技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保技術(shù)，技術(shù)原理主要是于用電低谷期制冷，并將冷能量?jī)?chǔ)存在蓄冷設(shè)備中，供用電高峰期使用，從而減少用電高峰期制冷設(shè)備的開(kāi)啟與能源損耗[7]。當(dāng)前在暖通空調(diào)中，更多是利用電能轉(zhuǎn)化為暖通空調(diào)系統(tǒng)中制冷設(shè)備、制熱設(shè)備等所需的能源，而城鎮(zhèn)化建設(shè)與用電量的不斷提高，對(duì)高峰期用電提出了難題，所以在用電高峰期，可能出現(xiàn)電能緊張，暖通空調(diào)無(wú)法有效制冷等情況。因此以蓄冷技術(shù)與暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相結(jié)合，能夠較好的滿(mǎn)足暖通空調(diào)制冷需求，同時(shí)也能夠減少用電量，不僅起到 節(jié)約電能，減輕發(fā)電廠發(fā)電壓力，減少環(huán)境污染的作用，也能夠保障建筑設(shè)計(jì)中暖通空調(diào)的常態(tài)化運(yùn)行，避免設(shè)備用電問(wèn)題造成居民生活的影響。

3.2 地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用

地源熱泵技術(shù)是以土壤為蓄熱體，形成對(duì)熱量存儲(chǔ)與釋放的蓄熱技術(shù)。與蓄冷技術(shù)相似，地源熱泵技術(shù)能夠起到蓄熱作用，為建筑設(shè)備提供能源，減少建筑能源的無(wú)序損耗。地源熱泵技術(shù)包括空氣源熱泵技術(shù)、水源熱泵技術(shù)，在技術(shù)的應(yīng)用上其實(shí)存在一定限制性條件，如需要較大面積的地下空間，同時(shí)需要保持地下空間的冷熱均衡，從而實(shí)現(xiàn)蓄熱，減少由于蓄熱不均勻造成的電力損耗。所以在地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用上，難免需要做好更多的地下空間建設(shè)工作，提高了建筑造價(jià)。但綠色建筑理念下，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)能夠結(jié)合建筑能源損耗、建筑施工損耗等形成綜合設(shè)計(jì)，在能源節(jié)約與建筑造價(jià)兩個(gè)條件下，暖通空調(diào)系統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合施工規(guī)模與方法選擇適宜的地源熱泵技術(shù)，發(fā)揮該技術(shù)的蓄熱功能，為暖通空調(diào)熱能利用提供更多便利，減少暖通空調(diào)能源損耗，從而減少建筑能源總損耗，起到節(jié)約建筑成本的作用，也滿(mǎn)足居民用暖、生活熱水的需求，減少電能的使用與損耗。

3.3 太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用

太陽(yáng)能節(jié)能是較早提出的節(jié)能技術(shù)與理念，能夠一定程度上滿(mǎn)足生活與工業(yè)用電不足時(shí)的能源需求。太陽(yáng)能節(jié)能技術(shù)以采集太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)化為人們需要的熱能達(dá)到減少暖通空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷作用，綠色建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)。太陽(yáng)能作為高效節(jié)能環(huán)保的可再生能源，具有其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如在屋頂設(shè)計(jì)太陽(yáng)能供暖裝置，采集太陽(yáng)能以熱導(dǎo)循環(huán)導(dǎo)入換熱中心，為房屋實(shí)現(xiàn)暖氣供應(yīng)，為燃?xì)忮仩t設(shè)備等補(bǔ)充熱水。但是太陽(yáng)能技術(shù)也具有其劣勢(shì)，即容易受到自然氣候條件的影響，一旦出現(xiàn)陰天、雨雪天，太陽(yáng)能采集設(shè)備對(duì)于太陽(yáng)能的獲取存在較大難題，因此難以有效持續(xù)性為建筑結(jié)構(gòu)、暖通空調(diào)系統(tǒng)提供熱能，所以在綠色建筑中，暖通空調(diào)與太陽(yáng)能技術(shù)的結(jié)合，還需要配合其他節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在任何氣候條件下的熱能轉(zhuǎn)化。

3.4 自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

暖通空調(diào)系統(tǒng)中，通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)屬于重要組成部分，對(duì)改善建筑物內(nèi)空氣條件，實(shí)現(xiàn)有效通風(fēng)起到關(guān)鍵作用，而通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)中損耗的能源也是造成建筑能源損耗的一個(gè)關(guān)鍵的，因此在通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)中也需要與節(jié)能技術(shù)相結(jié)合。自然通風(fēng)技術(shù)以能耗分析軟件、流體力學(xué)軟件為建筑通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同季節(jié)過(guò)度時(shí)期的空氣調(diào)節(jié)，從而減少暖通空調(diào)的啟動(dòng)與能源損耗。在自然通風(fēng)技術(shù)中，以降低暖通空調(diào)能源損耗、調(diào)節(jié)建筑物內(nèi)溫度、提供新鮮空氣為目的，在技術(shù)的具體應(yīng)用上，包括幾點(diǎn)。一是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保暖、隔熱作用，通過(guò)外遮陽(yáng)設(shè)施設(shè)計(jì)，利用外遮陽(yáng)設(shè)施降低太陽(yáng)輻射，降低建筑物對(duì)太陽(yáng)輻射熱的吸收，從而減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的使用。二是通過(guò)夜間自然通風(fēng)，降低建筑物蓄熱量。建筑蓄熱主要體現(xiàn)在建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑物內(nèi)設(shè)備中，通過(guò)夜間自然通風(fēng)，能夠有效降低蓄熱量，起到調(diào)節(jié)建筑溫度的效果。三是通過(guò)設(shè)置通風(fēng)換氣口，帶走建筑物內(nèi)熱空氣，保持建筑物內(nèi)溫度、濕度的恒定，改善建筑物內(nèi)小氣候環(huán)境。例如以煙囪設(shè)計(jì)，能夠很好的起到通風(fēng)效果，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟與能源損耗有積極作用，能夠較好滿(mǎn)足暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的綠色、環(huán)保屬性。

3.5 空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

新風(fēng)系統(tǒng)是暖通空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)有效補(bǔ)充，能夠?qū)崿F(xiàn)減少暖通空調(diào)系統(tǒng)能源損耗的作用。從應(yīng)用的模式上看，新風(fēng)系統(tǒng)是管室內(nèi)外換氣的，空調(diào)是管是室內(nèi)冷暖的，所以在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中，結(jié)合空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)，能夠較好的在保障空氣品質(zhì)的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能源損耗的控制。一般在建筑設(shè)計(jì)中，室內(nèi)新風(fēng)量需要根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度確定，而在室內(nèi)二氧化碳濃度較高的情況下，需要增加新風(fēng)量，起到保障室內(nèi)空氣品質(zhì)的作用，但這同樣也造成了能源的更大損耗。因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)，以減少新風(fēng)量，降低系統(tǒng)能源損耗為目的，可以通過(guò)設(shè)計(jì)新風(fēng)比例的方式，在滿(mǎn)足室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下減少新風(fēng)量。

3.6 熱回收技術(shù)的應(yīng)用

暖通空調(diào)在能源損耗量上較大，而其中造成能源損耗的一大因素是暖通空調(diào)運(yùn)行時(shí)余熱的浪費(fèi)。以暖通空調(diào)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，在運(yùn)行過(guò)程中，回風(fēng)冷卻至送風(fēng)狀態(tài)的回風(fēng)處理中，需要消耗大量的能量，且其余的回風(fēng)直接排出室外，這個(gè)處理過(guò)程中，排出室外的回風(fēng)中攜帶的能量相當(dāng)于浪費(fèi)的能量。所以在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，以有效的熱回收技術(shù)的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的有效利用，減少能源損耗。以熱回收式空氣處理機(jī)組的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)中能量的回收，如下圖1。在該回收裝置中，通過(guò)利用排氣處理的余熱處理新鮮空氣，能夠使得能量得到高效利用，同時(shí)使得排出室內(nèi)的氣體更接近室外自然溫度狀態(tài)，也減少暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室外環(huán)境的影響。另外，剩余能量的利用還可通過(guò)熱交換器，提供給暖通空調(diào)系統(tǒng)中需熱能或冷能的部位，提高能源利用效率。

圖1 熱回收式空氣處理機(jī)組工作原理

4 結(jié)語(yǔ)

綠色建筑是現(xiàn)代化社會(huì)背景下建筑行業(yè)發(fā)展的一個(gè)新理念，是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，減少建筑能源損耗的重要理念。在綠色建筑理念下，做好建筑設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)能減排需要形成統(tǒng)一的理念，暖通空調(diào)作為建筑能源損耗的關(guān)鍵設(shè)備，在綠色建筑理念下需轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念，遵循綠色建筑設(shè)計(jì)原則，把握節(jié)約材料、回收再利用、能源高效利用原則，從蓄冷技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)、自然通風(fēng)技術(shù)、空調(diào)新風(fēng)設(shè)計(jì)、熱回收技術(shù)等多種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)綠色建筑設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，減少暖通空調(diào)的能源損耗，有效節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，減少污染，為綠色建筑可持續(xù)發(fā)展提供良好推動(dòng)力。