基于綠色建筑技術(shù)的暖通設(shè)計(jì)研究

張為

（民航機(jī)場規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司東北分公司，沈陽 110043）

1 引言

暖通工程是建筑建設(shè)項(xiàng)目之一，其設(shè)計(jì)質(zhì)量對居住舒適性有直接影響。暖通技術(shù)包括采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)3 個(gè)方面，因受多種因素影響，在實(shí)際應(yīng)用中消耗能量較多，與節(jié)能降耗目標(biāo)相背離。與現(xiàn)有研究相比，本文從通風(fēng)設(shè)計(jì)、可再生能源利用、水蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)等方面闡述綠色技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)，并提出暖通設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)，通過引入先進(jìn)技術(shù)，可有效避免因技術(shù)問題造成的返工問題，使國內(nèi)暖通設(shè)計(jì)質(zhì)量能夠盡快達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)綠色建筑整體施工質(zhì)量提升。

2 綠色建筑中暖通工程的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 太陽能技術(shù)

太陽能屬于可再生的清潔型能源，可通過能量轉(zhuǎn)換將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電能或者熱能，且取之不盡，成為暖通工程使用的重要能源。在綠色建筑工程中，太陽能熱水技術(shù)已經(jīng)得到一定程度的普及，主要借助太陽能與其他輔助熱源，利用集熱器采集太陽能對水進(jìn)行加熱，并為供暖設(shè)備提供能源[1]。通過上述措施的應(yīng)用，可充分利用太陽能，有助于節(jié)約能源，減少環(huán)境污染。

2.2 蓄冷技術(shù)

蓄冷技術(shù)可通過削峰調(diào)谷的方式提升電網(wǎng)運(yùn)行效率。在空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)期間，應(yīng)將蓄能裝置安裝在水冷機(jī)組內(nèi)，在低谷時(shí)期借助雙工況制冷機(jī)組實(shí)現(xiàn)室內(nèi)制冷，再存儲到冷水中蓄冰，在室內(nèi)需要制冷的情況下，蓄冰裝置可在用電高峰期將存儲的冷量釋放出來，緩解空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。該技術(shù)以水為載體，通過水在換熱管道與機(jī)組間的循環(huán)完成冷熱交換。在用電低谷時(shí)期，依靠電能降低水溫，在用電高峰期，依靠冷水降低空調(diào)能耗。在設(shè)計(jì)期間，為了節(jié)約機(jī)組能源消耗，可將水力平衡設(shè)備安裝到空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng)，通過水力平衡閥控制系統(tǒng)中的水量與壓力，使機(jī)組功能狀態(tài)始終穩(wěn)定可靠。

2.3 地源熱泵設(shè)計(jì)

綠色建筑中還可以利用地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行暖通設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有制冷、供熱兩項(xiàng)功能，可充分符合暖通設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)期間，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)埋設(shè)在地下30～100 m，不但可控制地面溫度，還不會影響地面生態(tài)環(huán)境。在夏季到來后，通過地源熱泵的換熱系統(tǒng)，可將室內(nèi)熱量傳遞到地下儲蓄起來，用于冬季熱交換，此舉可使室內(nèi)溫度始終適宜，還可減少空調(diào)系統(tǒng)的使用，節(jié)約能源。與中央空調(diào)相比，地源熱泵空調(diào)是具有多個(gè)功能的綜合體，包括地板采暖、制備生活熱水等，利用先進(jìn)的熱泵與暖通技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)地?zé)崮艿拈_發(fā)再利用。該系統(tǒng)中冷熱源較為穩(wěn)定，可使空調(diào)系統(tǒng)始終保持較高的運(yùn)行效率。

3 綠色建筑中暖通設(shè)計(jì)的實(shí)施案例

3.1 工程概況

以蘇寧電器基地暖通設(shè)計(jì)工程為例，該項(xiàng)目位于江蘇南京軟件園內(nèi)，屬于蘇寧電器總部的重要部分，建筑面積為221 098 m2，總高度為46.42 m，地上9 層，地下2 層。地下1 層為廚房、車庫與設(shè)備用房等，地下2 層為地庫與相關(guān)設(shè)備用房，1 層為會議中心與餐廳，2～9 層為辦公區(qū)。根據(jù)綠色建筑的要求，以尊重自然生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律、充分利用生態(tài)資源為設(shè)計(jì)原則，爭取以最少的資源消耗，最高的應(yīng)用效率，打造出健康綠色、舒適環(huán)保的宜居環(huán)境。

3.2 綠色技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3.2.1 采光設(shè)計(jì)

餐廳區(qū)域設(shè)置高側(cè)窗，使室內(nèi)采光效果得以改善，可縮短照明設(shè)備的使用時(shí)間，節(jié)約電能。高側(cè)窗面積為542.11 m2，占餐廳面積的5.0%，使就餐區(qū)域采光系數(shù)超過2.8%。該項(xiàng)目外圍為玻璃幕墻，房間進(jìn)深不足22 m，室內(nèi)采光效果良好；VIP大廳設(shè)置采光廊與天窗，主樓多個(gè)位置設(shè)置天窗用于采光。為了達(dá)到遮陽效果，且節(jié)約資金成本，綜合分析不同時(shí)段的遮陽情況，決定在東西方向幕墻設(shè)置可調(diào)節(jié)的外遮陽百葉簾，可緩解夏季太陽直接輻射產(chǎn)生的熱量，節(jié)約空調(diào)能耗。在玻璃幕墻中，每隔1 400 mm 安裝1 塊豎向玻璃翼板，同樣發(fā)揮遮陽效果。

3.2.2 通風(fēng)設(shè)計(jì)

采用CFD 系列軟件進(jìn)行模擬分析，假設(shè)在夏冬兩種環(huán)境下進(jìn)行工況模擬，對室外風(fēng)場分布情況進(jìn)行分析，見表1。

表1 夏冬工況下風(fēng)場分布狀況

在夏季工況下，主要為東南風(fēng)，該項(xiàng)目周圍區(qū)域沒有出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，不會影響周圍空氣質(zhì)量。風(fēng)速控制在0.3～0.4 m/s，等值線距離約在0.31 m/s，滿足行人舒適度要求。該建筑前后壓差最明顯位置在東南角，壓差約為8 Pa，等值線距離約1 Pa，可促進(jìn)室內(nèi)自然通風(fēng)。冬季主要為東北風(fēng)，該建筑周圍風(fēng)速基本在0.3～3.5 m/s，等值線距離約0.32 m/s，滿足行人舒適度要求。該建筑周圍壓差最顯著位置在于東北角，迎風(fēng)側(cè)在1 Pa左右，等值線距離在1 Pa 左右，建筑主體前后壓差相對較低，可為冬季防風(fēng)節(jié)能提供便利。在建筑四周人行位置的風(fēng)速不足5 m/s，不會對建筑通風(fēng)產(chǎn)生不良影響，與綠色建筑的評價(jià)準(zhǔn)則相符合。

3.2.3 蓄冷儲熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)制冷設(shè)備數(shù)量為4 臺，型號為855RT，冷水機(jī)組供回水溫度范圍在4～12 ℃，并額外設(shè)置蓄冷水槽，體積約5 200 m3，蓄冷范圍在4～12 ℃，制冷量為3 343 kW，滿載輸入功率為553.8 kW，COP（能效比）為5.46。蓄冷水池與末端冷凍水依靠板換連接，負(fù)荷側(cè)冷凍水供，回水溫度在7～13 ℃，板換負(fù)荷位置冷凍水泵利用變流量系統(tǒng)，可在多種工況下使用。該項(xiàng)目的可再生能源包括太陽能、光伏發(fā)電兩種，太陽能電池板的面積為1 135 m2，單位面積年均日產(chǎn)熱水量可達(dá)到37 L，為地下1 層廚房區(qū)、淋浴區(qū)進(jìn)行24 h 熱水供應(yīng)；生活熱水的每日用量為37 m3，建筑內(nèi)全部生活熱水均源于太陽能。后者安裝在建筑外側(cè)BUS 站頂棚上，逆變器與計(jì)量柜安裝在地下1 層設(shè)備機(jī)房中，可為地下車庫提供照明電源；設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為40.32 kW，在變壓器裝機(jī)中總?cè)萘康?.53%。

3.2.4 空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目內(nèi)部為大開間設(shè)計(jì)，通風(fēng)口為對稱分布，有助于自然通風(fēng)，滿足室內(nèi)空氣舒適度要求?？照{(diào)末端可靈活調(diào)節(jié)，始終保持舒適溫濕度，在空氣回風(fēng)位置安裝CO2傳感器，在濃度超過設(shè)定值的情況下，自動開啟相應(yīng)的全熱交換新風(fēng)機(jī)，智能控制單元帶有時(shí)間、濃度、消防聯(lián)動、就地遠(yuǎn)程、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能，使室內(nèi)環(huán)境始終舒適良好[2]。

4 節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目根據(jù)DGJ32/J96—2010 規(guī)定進(jìn)行熱工權(quán)衡判斷，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。在額定工況下，冷水機(jī)組的性能、空調(diào)熱源鍋爐效率均滿足規(guī)定要求，在安裝蓄冷水槽后，需冷量可達(dá)到約35%。該建筑安裝能效管理系統(tǒng)，包括采集計(jì)量單元、能效管理站、數(shù)字量表等內(nèi)容。該系統(tǒng)可針對建筑中空調(diào)、照明、動力與新風(fēng)方面的能源消耗量進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)采集能耗信息，并分析能耗波動規(guī)律，將設(shè)備管理系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)等聯(lián)合起來，對設(shè)備控制策略進(jìn)行優(yōu)化，由此提高能源管理效率，達(dá)到降低能耗的目標(biāo)[3]。新風(fēng)量L0的計(jì)算公式為：

式中，n為房間內(nèi)換氣次數(shù)；V為房間體積。送風(fēng)量L的計(jì)算公式為：

式中，Qs為空氣的顯熱量，J；Cp為空氣比熱容，J/（kg·℃）；T1為空氣最初干球溫度，℃；T2為最終干球溫度，℃。全年能耗量見表2。

表2 全年能耗量

該項(xiàng)目實(shí)施新風(fēng)熱回收，對排風(fēng)內(nèi)余熱進(jìn)行充分利用，通過熱交換器使熱量回收率超過60%；回收機(jī)組類型有兩種，規(guī)格見表3。例如，在30 000 m3/h 機(jī)組應(yīng)用中，一個(gè)夏季的電能節(jié)約量在46 314 kW·h，冬季可節(jié)約35 242 kW·h，全年可節(jié)約82 413 kW·h。

表3 全熱回收機(jī)組規(guī)格

5 結(jié)語

綜上所述，在環(huán)保型社會背景下，綠色建筑成為建筑業(yè)發(fā)展的主流趨勢，人們也越來越能深刻體會到綠色建筑帶來的舒適感、安全感。傳統(tǒng)建筑發(fā)展使生態(tài)環(huán)境遭受大量破壞，暖通空調(diào)作為耗能大戶，理應(yīng)在綠色設(shè)計(jì)理念的引導(dǎo)下，通過合理的設(shè)計(jì)通風(fēng)、采暖、空氣調(diào)節(jié)等工序，充分發(fā)揮可再生能源的優(yōu)勢，引入太陽能技術(shù)、地源熱泵、水蓄冷等先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)能源節(jié)約與利用，使暖通工程更加綠色高效。蘇寧易購地基作為綠色建筑，在暖通設(shè)計(jì)中注重通風(fēng)、采暖、可再生能源利用以及空氣調(diào)節(jié)，依靠良好的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)，使熱量回收率超過60%，節(jié)約了大量能源消耗，真正實(shí)現(xiàn)了綠色建筑的設(shè)計(jì)目標(biāo)。