綠色建筑暖通空調(diào)設計分析

蚌埠市建筑設計研究院，安徽 蚌埠 233000

1 綠色建筑暖通空調(diào)設計原則

1.1 循環(huán)利用

在綠色建筑暖通空調(diào)設計環(huán)節(jié)，為控制施工成本、減少材料消耗量，必須遵循循環(huán)利用原則，在保證施工質(zhì)量達標、滿足技術(shù)標準的前提下，盡可能使用各類由廢棄材料二次加工形成的，或具備回收利用價值的綠色材料。因此，在開展返工作業(yè)，或材料破損時，可以將所產(chǎn)生的廢料進行二次加工，從根源上減少建筑廢棄物產(chǎn)生總量、控制施工材料的實際用量。

1.2 經(jīng)濟適用

設計人員必須遵循經(jīng)濟適用原則，在制訂建筑暖通空調(diào)設計方案時，應以降低系統(tǒng)施工成本、運行能耗，減少材料消耗量為主要目的，采取合理的設計措施。例如，可選擇在建筑墻體結(jié)構(gòu)中額外鋪設一層新型保溫材料，這雖然會提高建筑工程的前期建設成本，但是可以改善建筑熱工性能，從而在客觀層面上降低建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行負荷、能耗，進而起到降低建筑總體使用成本的設計效果。

1.3 節(jié)約原則

在制訂綠色建筑暖通空調(diào)設計方案時，應遵循節(jié)約原則，在保證暖通空調(diào)系統(tǒng)質(zhì)量達標、穩(wěn)定運行的同時，盡量減少各類施工材料、設備配件的使用量，以及降低系統(tǒng)的實際運行負荷、電能消耗量。為實現(xiàn)這一目標，需要設計人員綜合分析已知工程信息，從暖通空調(diào)系統(tǒng)中的制冷子系統(tǒng)、水泵、風機等角度著手。但是，節(jié)省設計原則并非指節(jié)省個別部件、材料，而是要求設計人員從全局統(tǒng)籌角度出發(fā)，對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)進行整體優(yōu)化設計。

1.4 回用及廣回收原則

回用設計原則是指設計人員應盡量提高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的可拆卸性。如此，在系統(tǒng)長期運行過程中，在單獨部件、設備出現(xiàn)故障問題后，工作人員可以及時切斷故障設備與系統(tǒng)的連接，并對故障設備、部件進行維修或更換處理，從而減少系統(tǒng)運行故障所造成的損失，控制系統(tǒng)使用成本。廣回收設計原則是指設計人員應優(yōu)先配置標準型號的設備、部件與材料，減小非標設備的配置比例。在工程施工階段產(chǎn)生多余或報廢的部件材料時，可以根據(jù)規(guī)格型號單獨管理、回收各類部件、材料，這將起到降低施工成本、獲取更高項目經(jīng)濟效益的作用。

2 綠色建筑暖通空調(diào)設計

2.1 可再生能源利用設計

在早期建筑工程項目中，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)主要以電能為主要消耗能源，而電能在傳輸過程中將產(chǎn)生一定的損耗。同時，我國主要以火力發(fā)電為電能的主要生產(chǎn)方式，雖然輔以風力發(fā)電、光伏發(fā)電，但在電能生產(chǎn)過程中，仍會對生態(tài)環(huán)境造成污染破壞，這與可持續(xù)發(fā)展理念不符。因此，采取可再生能源設計措施可以同時起到減少電能損耗量、保護生態(tài)環(huán)境的作用。目前，應用較為常見的可再生能源利用技術(shù)包括地源熱泵技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)。

（1）地源熱泵技術(shù)。這項技術(shù)的主要原理為將建筑周邊地層中所分布的地熱資源作為主要供熱、制冷能源。在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，僅需輸入一定的高品位電力能源，系統(tǒng)即可將熱泵所采集地熱資源轉(zhuǎn)換為高溫熱源，從而起到建筑暖通供熱效果。即使是在炎熱的夏季，系統(tǒng)也可以持續(xù)提取建筑室內(nèi)空間所釋放的熱量，完成冷系統(tǒng)、余熱系統(tǒng)之間的功能性轉(zhuǎn)換操作，將多余熱量向建筑周邊地層中釋放，起到控制地層溫度均衡的作用。根據(jù)地源熱能采集方式，可以將地源熱泵系統(tǒng)細分為地埋管地源熱泵、地下水地源熱泵、地表水地源熱泵。此外，在采取地源熱泵技術(shù)時，設計人員可選擇構(gòu)建配套的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)用戶需求控制所轉(zhuǎn)換高溫熱源的具體溫度，確?？梢詽M足用戶個性化使用需求。同時，采取防漏保護措施可以避免地源熱泵系統(tǒng)在長期運行過程中出現(xiàn)泄露安全事故。在我國北方區(qū)域，由于氣溫溫度較低，地源熱泵系統(tǒng)很難從地層中采集到充足的地熱資源，因此應額外設置輔助供熱設備。

（2）太陽能發(fā)電技術(shù)。這項技術(shù)的原理是在建筑屋頂?shù)葏^(qū)域放置若干數(shù)量的太陽能發(fā)電板，當發(fā)電板吸收太陽光時，由于半導體或金屬材料存在溫差，因此可以持續(xù)將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，再轉(zhuǎn)換為電能，進而向建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)供電。與其他發(fā)電技術(shù)相比，太陽能發(fā)電技術(shù)具有可以儲備多余電能、使用成本低廉、適用范圍廣、節(jié)能環(huán)保、能源蘊藏豐富等優(yōu)勢。設計人員利用太陽能發(fā)電技術(shù)時，需要考慮以下問題：①光伏發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較差，受到氣候條件影響，電壓時常出現(xiàn)劇烈波動現(xiàn)象，故對運維管理水平提出了較高的要求；②受到制造工藝限制，當前常用的單晶硅太陽能電池板的使用壽命較短，且廢棄電池板會對生態(tài)環(huán)境造成污染破壞，故太陽能發(fā)電系統(tǒng)的前期建設成本高；③部分地區(qū)的年發(fā)電時數(shù)較低、總體發(fā)電量較小，并不適宜采取這項技術(shù)。

2.2 自然通風設計

自然通風方式是將熱壓、風壓作為核心動力提供方式，基于自然空氣循環(huán)原理，可以在無人工、系統(tǒng)干預的情況下取得良好的室內(nèi)通風效果，持續(xù)向建筑室內(nèi)空間吹入自然風、排除室內(nèi)濁氣。在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，自然通風也是最具節(jié)能環(huán)保屬性的通風方式之一，自然通風方式的設計要點如下。

（1）風壓通風。在采取風壓通風方式時，綜合分析建筑結(jié)構(gòu)，如建筑物朝向、各功能區(qū)域分布格局、建筑周邊區(qū)域氣候條件等，采取各項設計措施，減小自然風吹入建筑室內(nèi)空間時所承受的空氣阻力。例如，適當增加建筑門窗構(gòu)件的開口面積，盡量將門窗保持在統(tǒng)一水平線上，安裝百葉窗等具有空氣加速效果的窗體。

（2）熱壓通風。熱壓通風方式是根據(jù)建筑室內(nèi)、室外環(huán)境溫度差與壓力差，起到引導空氣流動、持續(xù)交換冷空氣與室內(nèi)濁氣的作用。因此，為取得理想的自然通風效果，在建筑結(jié)構(gòu)設計環(huán)節(jié)，應盡量采取豎向空腔設計方式，保證室內(nèi)濁氣可以通過建筑頂部向外排放，并在建筑底部持續(xù)流入室外冷空氣。同時，在建筑頂部區(qū)域設置開口，起到調(diào)節(jié)通風效果、控制進風量的作用。

2.3 冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)化設計

與傳統(tǒng)冷系統(tǒng)相比，冰蓄冷系統(tǒng)具有運行能耗低、可以在低能耗運行狀態(tài)下低溫送風、蓄冷量大等優(yōu)勢。例如，在冰蓄冷系統(tǒng)運行過程中，由于蓄冷池容積較小，在客觀層面上起到了減小熱損失的作用。當所儲存冷水溫度保持在2～3℃時，也可開展低溫送風操作，在滿足建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)運行需求的同時，降低風機運行能耗。

2.4 提高綠色材料及技術(shù)應用力度

在傳統(tǒng)建筑施工模式中，一些施工材料的性能較差，具有有害性特征，不但會對周邊生態(tài)環(huán)境造成污染破壞，在暖通空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障問題后，還會泄露有毒氣體，對業(yè)主身體健康造成嚴重威脅，例如氯氟烴制冷劑。因此，在制訂建筑暖通空調(diào)設計方案時，設計人員應適當提高各類綠色施工材料的使用比例，逐漸取代具有有毒性與污染性特征的傳統(tǒng)施工材料。

2.5 改善建筑熱工性能

現(xiàn)階段，在部分建筑工程中，由于建筑結(jié)構(gòu)的熱工性能較差，在暖通空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，建筑室內(nèi)空間的部分熱量持續(xù)泄露至室外環(huán)境中，很難營造恒溫室內(nèi)環(huán)境，客觀層面上加大了建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行負荷、增加了運行總時長。例如，建筑室內(nèi)環(huán)境中的熱量持續(xù)通過建筑圍護結(jié)構(gòu)、門窗構(gòu)件與墻體間隙、管道出入口向外傳遞。因此，設計人員在制訂建筑暖通空調(diào)設計方案時，應重點對建筑熱工性能加以改善，通過強化建筑保溫性能來降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗、縮短運行時長。為實現(xiàn)這一目的，首先，可以提高綠色施工材料的使用比例。例如，可選擇在建筑墻體結(jié)構(gòu)中鋪設一層新型墻體保溫材料，以此強化建筑墻體保溫隔熱性能。其次，對門窗構(gòu)件與建筑墻體結(jié)構(gòu)的間隙進行密封處理，如在間隙內(nèi)填充發(fā)泡膠。再次，優(yōu)先安裝具有良好保溫、氣密性能的窗體，如雙層真空玻璃，在玻璃中間設置一處沒有空氣的空間，起到保溫隔熱作用。最后，對管道出入口進行密封處理。例如，在管道與套管間隔區(qū)域填充密封材料。

2.6 采用變頻調(diào)速技術(shù)

在傳統(tǒng)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，采取的調(diào)速方式比較落后，系統(tǒng)運行能耗較高，需要持續(xù)消耗大量電能完成調(diào)速操作，且水泵、風柜等設備之間不匹配，系統(tǒng)在長期運行過程中容易發(fā)生故障。因此，設計人員可選擇采取變頻調(diào)速技術(shù)，在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中安裝變頻調(diào)速電機。如此，在系統(tǒng)運行過程中，無需設定固定不變的運行負荷，變頻調(diào)速機可以根據(jù)系統(tǒng)實時運行情況、用戶使用需求來調(diào)節(jié)風機、水泵等設備的運行轉(zhuǎn)速，從而起到調(diào)控暖通空調(diào)運行負荷、控制送風量以及水泵循環(huán)流量的作用。最終，可以將建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的實際運行能耗控制在較低程度。

3 結(jié)束語

在當前我國建筑業(yè)發(fā)展過程中，隨著環(huán)保意識的增強，對建筑節(jié)能環(huán)保屬性、暖通空調(diào)系統(tǒng)運行質(zhì)量提出了更高的要求。因此，在綠色建筑暖通空調(diào)設計環(huán)節(jié)，必須嚴格遵循可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與循環(huán)利用、節(jié)約、廣回收等設計原則，落實各項設計措施，提高綠色施工材料與綠色技術(shù)應用比例，促進室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的進一步提高。