綠色建筑技術(shù)在暖通設(shè)計中的應(yīng)用分析

王玲艷

(深圳市一方建筑設(shè)計有限公司東莞分公司，廣東 東莞 523000)

0 引 言

目前，流通在市場內(nèi)的大部分建筑暖通產(chǎn)品均不符合節(jié)能需求，也十分不利于建筑行業(yè)在市場內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展，盡管我國土地資源較為豐富，能源儲備量較高，但也難以維持社會發(fā)展對于能源的大量開發(fā)需求，甚至一些行業(yè)已經(jīng)在建設(shè)中出現(xiàn)了能源危機[1]。為了改善現(xiàn)狀，本文將使用多種綠色技術(shù)，對建筑工程項目中的暖通設(shè)計展開研究。

1 綠色建筑技術(shù)的應(yīng)用原則

從三個方面，詳細闡述綠色技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用原則。

第一方面，現(xiàn)代化技術(shù)在建筑工程項目暖通設(shè)計中的應(yīng)用，應(yīng)嚴(yán)格遵循綠色、環(huán)保等原則[2]。例如，在工程建設(shè)中，可使用綠色可再生使用的工程材料代替不可再生的能源，強化對綠色設(shè)計理念在建筑工程中應(yīng)用重要性的認識。在進行暖通空調(diào)制冷試劑的選擇時，應(yīng)將材料的環(huán)保性與使用安全性作為主要評價指標(biāo)，不可使用氯氟烴等制冷試劑，避免暖通空調(diào)在運轉(zhuǎn)中釋放的氣體對人體健康與自然環(huán)境造成危害。同時，在節(jié)能建筑的設(shè)計階段，還需要全面考慮材料的易得性問題，對于一些獲取難度較高、運輸較為困難的材料，應(yīng)選擇其他材料代替使用，避免由于材料運輸對社會環(huán)境造成的污染[3]。此外，在建筑工程項目的暖通設(shè)計階段，還應(yīng)根據(jù)項目的需求，合理使用靜壓、消聲箱體，以控制空調(diào)等大型建筑電氣設(shè)備在運行中存在的噪聲，必要情況下可采用在空調(diào)底部加裝軟木或橡膠材質(zhì)底座的方式，以降低環(huán)境噪聲。在進行建筑暖通設(shè)計中必要消耗能源的選擇時，應(yīng)優(yōu)先選擇社會環(huán)境中的可再生能源作為消耗能源，包括生物沼氣等[4]。遵循上述原則進行暖通優(yōu)化設(shè)計，可以在確保對自然環(huán)境資源加以循環(huán)利用的同時，降低高耗能空調(diào)運行對社會大氣環(huán)境的污染，以保證建筑綠色性能達標(biāo)。

第二方面，遵循可循環(huán)、再利用原則進行建筑暖通設(shè)計，以實現(xiàn)對能源保障能力的強化，降低社會環(huán)境的污染[5]。例如，在建筑暖通設(shè)計初期階段，應(yīng)將暖通電氣中各個部位的獨立性作為設(shè)計關(guān)鍵，一旦暖通電氣中某一部位或某個構(gòu)件出現(xiàn)老化或故障問題時，可以采用直接更換的方式進行處理，對于替換掉的構(gòu)件，對其加以維修以便后續(xù)繼續(xù)使用。按照上文提出的拆卸式設(shè)計方式，可以保障建筑暖通在遇到故障問題時的高效處理。此外，還應(yīng)在設(shè)計階段使用多種可循環(huán)材料代替不可再生材料，以降低對能源的消耗。

第三方面，在建筑整體結(jié)構(gòu)中，暖通部分屬于耗能較高的部分，無論是暖通電氣中的制冷與制熱功能，或是通風(fēng)與采暖功能，都將存在較大的能源消耗。為此，在進行此方面內(nèi)容的設(shè)計時，需要將設(shè)備節(jié)能運行作為首要原則，加大對市場中清潔能源的使用，包括潮汐能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，通過對上述提出的能源的利用，降低建筑暖通設(shè)計對不可再生能源的消耗[6]。同時，還可以在設(shè)計中輔助計算機技術(shù)與智能化技術(shù)，利用程序?qū)ㄖㄔO(shè)計全生命周期中耗能的分析，掌握暖通高耗能的階段，采取合理、有效的措施，對其進行能耗優(yōu)化。目前，我國建筑研究領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的節(jié)能設(shè)計技術(shù)有自然通風(fēng)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)，可以輔助自控程序進行暖通在運行中的綜合調(diào)整，避免暖通設(shè)備在運行中長期存在高負荷問題，保證采暖設(shè)備的運行功率隨著溫度的變化而發(fā)生變化，實現(xiàn)對設(shè)備能耗的節(jié)約。

2 綠色建筑技術(shù)在暖通設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 基于變頻調(diào)速技術(shù)的暖通風(fēng)水能耗控制

針對建筑中的暖通設(shè)計，為了滿足建筑綠色可持續(xù)發(fā)展的需要，引入變頻調(diào)速技術(shù)針對暖通結(jié)構(gòu)中的風(fēng)能和水能消耗量進行調(diào)節(jié)和控制。將暖通體系運行過程中，在負荷和空間利用條件均不改變的情況下，不降低能源的利用效率作為設(shè)計目標(biāo)[7]。設(shè)計過程中充分遵循這一目標(biāo)，并在考慮空調(diào)設(shè)備負荷動態(tài)變化特性的基礎(chǔ)上，對空調(diào)體系中的循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)以及空氣處理劑結(jié)構(gòu)進行配置，將其傳統(tǒng)電機用變頻調(diào)速電機替代，并通過調(diào)整水泵和風(fēng)柜的參數(shù)，使其數(shù)值的變換能夠充分負荷空調(diào)運行負荷的變化[8]。在暖通裝置運行的過程中，若其負荷未達到峰值負荷，則可利用變頻裝置對風(fēng)機和水泵的轉(zhuǎn)速進行調(diào)控，以此達到減少送風(fēng)量和降低水泵循環(huán)流量的目的。若在空調(diào)運行過程中，其負荷達到了峰值負荷，則此時可不改變原有風(fēng)機和水泵的轉(zhuǎn)速。通過這樣設(shè)置能夠有效減少暖通體系運行過程中的能耗量?；谏鲜隹刂埔螅O(shè)計如圖1所示的暖通風(fēng)水能耗控制原理圖。

圖1 暖通風(fēng)水能耗控制原理圖

按照圖1中所示的內(nèi)容實現(xiàn)對暖通風(fēng)水能耗的控制與調(diào)節(jié)，在控制過程中為了確保調(diào)控的有效性，需要針對各項運行參數(shù)進行采集，如對二次供水時的溫度以及回水時的溫度數(shù)據(jù)進行采集。按照本文上述論述內(nèi)容，及圖1所示的控制原理實現(xiàn)對暖通風(fēng)水能耗的有效控制。

2.2 基于可再生能源的地?zé)岜眠\行設(shè)計

在實現(xiàn)對暖通風(fēng)能和水能消耗量的控制后，引入可再生能源運用的思想，對地?zé)岜玫倪\行進行優(yōu)化設(shè)計。針對冬季建筑內(nèi)熱源的選擇，可嘗試結(jié)合土壤源熱泵技術(shù)實現(xiàn)對其供熱。這一技術(shù)的運行原理是利用地球表面淺層中存在的天然熱源，通過能量轉(zhuǎn)換的方式為建筑提供能量。在運行過程中，其基本工作原理如圖2所示。

圖2 地源熱泵工作原理示意圖

按照圖2所示實現(xiàn)對建筑暖通的供暖，同時針對各個根據(jù)不同季節(jié)進行開關(guān)的閥門進行合理協(xié)調(diào)配置，能夠使供熱過程中不必要的能源消耗量降低，以此達到綠色環(huán)保的效果。在實際應(yīng)用中，可將傳統(tǒng)暖通設(shè)計中應(yīng)用的空調(diào)冷凝機向土壤更深層次進行延伸，并實現(xiàn)熱交換。在冬季為實現(xiàn)建筑供暖，可直接從土壤當(dāng)中獲取所需的熱量，并將其轉(zhuǎn)化為建筑室內(nèi)所需的能源。同時，地源熱泵不僅可以為建筑提供供暖能力，還能夠?qū)崿F(xiàn)對冷能的存儲。在夏季溫度較高時，可通過熱泵獲取到土壤當(dāng)中存儲的冷能，并將這一部分冷能導(dǎo)入到建筑內(nèi)部，實現(xiàn)供冷。上述將能源儲存并在不同季節(jié)應(yīng)用的方式可實現(xiàn)對能源的充分利用，將其應(yīng)用到暖通設(shè)計當(dāng)中能夠充分滿足綠色建筑的設(shè)計要求。除此之外，針對不同建筑類型，還可選擇在天窗上增設(shè)水噴霧裝置，以此能夠避免玻璃表面受到陽光照射溫度過高的問題產(chǎn)生。一般情況下，設(shè)置水噴霧裝置后，玻璃表面的溫度能夠降低到27～28 ℃，為人們帶來更舒適的居住環(huán)境。同時，通過水噴霧的設(shè)置也能夠起到一定吸附太陽輻射熱的作用，以此降低建筑室內(nèi)空調(diào)的冷負荷。

2.3 基于通風(fēng)技術(shù)的暖通設(shè)計深度優(yōu)化

結(jié)合綠色建筑設(shè)計要求中對利用建筑外部新風(fēng)空調(diào)的要求，針對其暖通設(shè)計時，除了引入上述兩種綠色建筑技術(shù)外，還可采用多元通風(fēng)技術(shù)，利用這一技術(shù)實現(xiàn)對暖通設(shè)計的深度優(yōu)化。多元通風(fēng)技術(shù)可通過三種不同通風(fēng)形式實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的通風(fēng)要求。當(dāng)前現(xiàn)有通風(fēng)形式可分為三種，一種為空氣調(diào)節(jié)交互方式，一種為自然通風(fēng)方式，一種為機械通風(fēng)方式。在建筑全空氣體系的新風(fēng)入口位置以及各個通路上都可以按照新風(fēng)要求完成配置，通過對新風(fēng)、回風(fēng)閥門開度的調(diào)控，按照季節(jié)的變化對最小新風(fēng)運行進行調(diào)節(jié)。以此不僅可以消除建筑內(nèi)部的余熱，同時還能夠在最大限度上降低暖通空調(diào)的運行時間，從而節(jié)約大量能耗。針對季節(jié)變化明顯地區(qū)的建筑內(nèi)部溫度變化進行分析，一般情況下，室內(nèi)的溫度在15～30 ℃的時間約為1 000小時，占整個暖通工作運行時間的九成，個別區(qū)域內(nèi)也存在溫度超過30 ℃的情況。在過渡季節(jié)，例如春天和秋天，建筑內(nèi)部的溫度通常會超過30 ℃，并且每年超出30 ℃的時間約為10 h，并且大部分出現(xiàn)超過30 ℃的時間在中午1:00前后，因此這一階段可以通過增加機械通風(fēng)量的方式，降低室內(nèi)的余熱。而室內(nèi)溫度低于15 ℃時，一般出現(xiàn)在非工作時段，此時可以直接關(guān)停熱泵機組，不需要考慮建筑內(nèi)人體的舒適度要求，以此在滿足建筑內(nèi)熱舒適性要求的同時，實現(xiàn)對能源的節(jié)約。

除了引入多元通風(fēng)技術(shù)實現(xiàn)對暖通設(shè)計的深度優(yōu)化以外，還可以嘗試通過置換通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)對新鮮空氣的傳遞。將溫度小于建筑室內(nèi)活動區(qū)域的新鮮空氣通過較為緩慢的速度傳輸?shù)交顒訁^(qū)域當(dāng)中，并在區(qū)域內(nèi)形成空氣湖結(jié)構(gòu)。當(dāng)送風(fēng)過程中遇到室內(nèi)熱源時，溫度較低的空氣會被動加熱，并逐漸成為建筑內(nèi)的主導(dǎo)氣流，以此能夠使污濁空氣隨著主導(dǎo)氣流方向排出建筑。與傳統(tǒng)混合式的通風(fēng)方式相比，采用新的通風(fēng)方式不需要考慮除活動區(qū)域以外區(qū)域空氣不潔凈的問題，只需要針對活動區(qū)域內(nèi)的空氣進行調(diào)節(jié)。因此，基于這一特點，能夠使建筑內(nèi)部通風(fēng)能耗降低50%左右。除此之外，通過采用置換式通風(fēng)，能夠進一步提升建筑內(nèi)空氣的質(zhì)量，將活動區(qū)域內(nèi)不潔空氣的濃度控制在原有濃度的50%左右，以此既能夠滿足綠色建筑的設(shè)計要求，同時又能夠為建筑內(nèi)人員帶來更高品質(zhì)的空氣和理想的熱舒適度。

3 對比分析

為實現(xiàn)對設(shè)計成果的檢驗與可行性證明，選擇某地區(qū)大型會展中心項目作為本次研究的實例項目。按照本文設(shè)計的內(nèi)容，對項目暖通設(shè)計進行全面優(yōu)化，對比優(yōu)化前后建筑的采暖設(shè)備耗能情況。實驗前，對此項目的概況信息進行描述，見表1。

表1 某地區(qū)大型會展中心項目概況信息

掌握此項目相關(guān)信息后，按照本文提出內(nèi)容，進行綠色建筑技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)此項目的特點與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提出空調(diào)冷熱水設(shè)計方案，見表2。

表2 會展中心項目中空調(diào)冷熱水設(shè)計方案

按照表2進行項目暖通設(shè)計，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的運行可知，空調(diào)冷熱水泵、地源側(cè)循環(huán)水熱水泵、冷卻塔側(cè)水泵的運行效率均在80%以上，空調(diào)整體輸送效能比值約為0.015 9，遠大于“標(biāo)準(zhǔn)”要求。由此可見本文設(shè)計的建筑暖通可行。

在此基礎(chǔ)上，對比建筑中采暖設(shè)備在12 h內(nèi)的耗能情況，將優(yōu)化前后的耗能作為對比指標(biāo)，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 暖通設(shè)計優(yōu)化前后的耗能對比

通過圖3可知，此次研究設(shè)計的成果可以降低建筑中采暖設(shè)備在運行中的耗能。尤其在建筑溫度適宜的條件下，采暖設(shè)備將根據(jù)室內(nèi)環(huán)境溫度的變化，自動調(diào)整到怠速運行模式，避免在運行中出現(xiàn)負載問題。

4 結(jié)束語

市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，建筑暖通耗電與耗能占全國總電量消耗的三成左右。為解決建筑暖通能耗過大造成的環(huán)境溫室效應(yīng)問題，應(yīng)加大對建筑設(shè)計中綠色技術(shù)的投入與使用，通過對建筑暖通的優(yōu)化設(shè)計，降低建筑整體耗能，實現(xiàn)對能源利用率的全面提升，緩解社會能源危機問題。