綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用

李 杰

1 綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用原則

隨著全球變暖、能源短缺和環(huán)境污染等問題的日益凸顯，綠色建筑理念應(yīng)運(yùn)而生。綠色建筑是指在整個(gè)生命周期中盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響、提高資源利用率、改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量以及保障人們身體健康的建筑，主要包括建筑設(shè)計(jì)、建筑施工、建筑使用、建筑維護(hù)和建筑拆除等多個(gè)環(huán)節(jié)[1]。暖通空調(diào)系統(tǒng)作為綠色建筑的重要組成部分，直接影響建筑的節(jié)能性和環(huán)保性。因此，暖通空調(diào)技術(shù)在綠色建筑領(lǐng)域的應(yīng)用和優(yōu)化至關(guān)重要，針對(duì)這一問題的研究也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。下面詳細(xì)介紹下綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)技術(shù)需遵循的原則：

1.1 綠色環(huán)保原則

綠色環(huán)保原則是指在設(shè)計(jì)和施工過程中，應(yīng)盡量選擇易于回收和重復(fù)使用的材料，最大限度減少對(duì)環(huán)境造成的污染，降低能源消耗，延長(zhǎng)建筑的使用壽命。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，應(yīng)選擇環(huán)保的制冷劑和高效的過濾器，減少氟利昂等有害氣體的排放，凈化室內(nèi)空氣，并合理利用可再生能源[2]。

1.2 節(jié)約能源原則

節(jié)約能源原則就是要盡可能減少能源消耗。在綠色建筑中，可以通過改變建筑結(jié)構(gòu)形式、加強(qiáng)保溫、優(yōu)化采光等方式實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。其中，暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)選擇高效節(jié)能的設(shè)備并利用可再生能源等來減少能源浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

1.3 循環(huán)利用原則

循環(huán)利用原則是指應(yīng)盡可能利用已有資源，減少浪費(fèi)。在綠色建筑中，可以通過回收利用廢棄物資等來實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。而暖通空調(diào)系統(tǒng)則可通過蓄熱、蓄冷等技術(shù)將剩余的熱量或冷量?jī)?chǔ)存起來，以便在需要時(shí)使用。

2 綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用

太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)是一種利用太陽(yáng)能對(duì)空氣進(jìn)行加熱、冷卻和除濕的系統(tǒng)，主要由太陽(yáng)能集熱器、蒸發(fā)器、制冷機(jī)組和空氣處理系統(tǒng)等組成[3]。在太陽(yáng)能集熱器的作用下，空氣被加熱并輸送到蒸發(fā)器中，經(jīng)過蒸發(fā)器的冷卻和除濕處理后再進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到降溫的目的。太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)具有高效、環(huán)保與節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種建筑類型，特別是在南方氣候炎熱的地區(qū)，可以大大降低空調(diào)能耗，減少對(duì)傳統(tǒng)電力等能源的依賴。例如，悉尼某高層建筑中采用了太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)建筑的運(yùn)行數(shù)據(jù)得知，該系統(tǒng)的制冷能力為191 kW，制冷效率高達(dá)0.8，夏季平均每天可減少21 t 的CO2排放，極大地提高了建筑的能源利用效率。

太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)安裝過程需要注意以下4 點(diǎn)：

1）太陽(yáng)能集熱器應(yīng)該安裝在能夠充分接受太陽(yáng)輻射的位置，比如屋頂或庭院。

2）蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮儲(chǔ)存容量、保溫性能等因素。

3）制冷機(jī)組的安裝需要考慮周圍環(huán)境溫度、噪聲等因素。

4）空氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑的特點(diǎn)和使用需求來選擇合適的處理設(shè)備。

2.2 自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

自然通風(fēng)技術(shù)是指通過建筑本身的自然氣流來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的更新和室溫的調(diào)節(jié)，減少能耗的同時(shí)提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，是綠色建筑領(lǐng)域中常用的節(jié)能措施之一[4]。在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)設(shè)計(jì)是十分重要的一環(huán)，主要利用自然風(fēng)和氣流調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部的溫度、濕度和空氣質(zhì)量，可以有效降低能耗和環(huán)境污染。在自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用中，需考慮以下因素：

1）建筑形態(tài)。建筑的外形和朝向會(huì)影響自然通風(fēng)的效果，因此需要合理設(shè)計(jì)建筑的朝向、高度和開口面積。

2）開窗設(shè)計(jì)。開窗的位置、大小和數(shù)量需要根據(jù)建筑的用途和環(huán)境條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以便達(dá)到最佳的自然通風(fēng)效果。

3）風(fēng)道設(shè)計(jì)。風(fēng)道是自然通風(fēng)系統(tǒng)中的重要組成部分，需要考慮風(fēng)道的形狀、長(zhǎng)度、寬度和高度，以及出口和進(jìn)口的位置與數(shù)量。

4）排煙設(shè)計(jì)。排煙是自然通風(fēng)系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，需要設(shè)計(jì)合適的排煙口位置和大小，以保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量和人員安全。

為了實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)效果自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可借助計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）模擬軟件進(jìn)行模擬和優(yōu)化。同時(shí)，還需要在實(shí)際建筑中進(jìn)行實(shí)測(cè)和調(diào)試，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性。以某建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，其建筑設(shè)計(jì)參數(shù)、開窗設(shè)計(jì)參數(shù)和風(fēng)道設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。通過合理的自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅可以保證建筑的舒適度，而且能夠降低能耗和改善環(huán)境。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 輻射供暖技術(shù)的應(yīng)用

輻射供暖技術(shù)是一種高效、舒適的供暖方式，主要通過熱輻射直接向人體傳遞熱量，避免空氣對(duì)流傳熱的不足[5]。在綠色建筑領(lǐng)域，輻射供暖技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，主流應(yīng)用方向有以下2 種：

1）電熱膜地暖系統(tǒng)。通過電熱膜進(jìn)行輻射供暖的方式具有較快的響應(yīng)速度、較高的效率和較小的空間占用。電熱膜地暖系統(tǒng)通常安裝在地面以下，因此地面材料需要具備較好的導(dǎo)熱性能，如大理石、陶瓷磚等。研究表明，電熱膜地暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)暖氣相比，能夠節(jié)省30%的能源。

2）輻射板供暖系統(tǒng)。輻射板供暖方式將電加熱元件或管道布置在板底，使板面成為輻射面，從而進(jìn)行輻射供暖。輻射板供暖系統(tǒng)不僅具有較高的效率、舒適性和空間利用率，而且使用壽命較長(zhǎng)。

2.4 蓄冷技術(shù)的應(yīng)用

蓄冷技術(shù)是一種重要的暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)，在綠色建筑中應(yīng)用廣泛。該技術(shù)在低峰電量時(shí)段制冷，將冷量?jī)?chǔ)存于水或其他熱媒介中，在高峰電量時(shí)段釋放冷量，滿足空調(diào)負(fù)荷需求，從而達(dá)到節(jié)能的目的[6]。蓄冷技術(shù)一般應(yīng)用于一些大型商業(yè)建筑，如辦公樓、超市等。例如，北京華潤(rùn)大廈采用地下水源熱泵和蓄冷技術(shù)，在高溫天氣中能夠?qū)⑹覂?nèi)溫度保持在26 ℃左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，華潤(rùn)大廈的蓄冷系統(tǒng)每天消耗的電量不到傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的1/3，能耗降低了約67%，可見蓄冷技術(shù)的節(jié)能效果明顯。

除了商業(yè)建筑外，蓄冷技術(shù)也可以應(yīng)用于住宅建筑。例如，美國(guó)加利福尼亞州的一些高檔住宅采用夜間制冷儲(chǔ)存熱媒介的方式，通過墻體和地板進(jìn)行輻射制冷。該系統(tǒng)可以在夜間將室內(nèi)溫度降至17 ℃，從而減少了白天機(jī)械制冷系統(tǒng)的使用次數(shù)和能耗。

3 綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)選熱源系統(tǒng)

在綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，優(yōu)選熱源系統(tǒng)非常重要。通過優(yōu)選熱源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高效的能源利用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的[7]。

一方面，選擇熱源系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮到能源消耗、運(yùn)行成本和環(huán)保性等多個(gè)方面的因素。一些常見的熱源系統(tǒng)包括燃?xì)忮仩t、地源熱泵和空氣源熱泵等，其中地源熱泵和空氣源熱泵可以利用環(huán)境的低溫或高溫進(jìn)行加熱或制冷，從而實(shí)現(xiàn)更節(jié)能的運(yùn)行。另外，燃?xì)忮仩t也可以通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，如采用低氮燃燒技術(shù)等。

另一方面，在熱源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的匹配和配置，以提高系統(tǒng)的效率。例如：在選擇熱水管道時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)墓軓胶筒牧?，以減少管道阻力和熱量損失；在選擇熱交換器時(shí)，應(yīng)考慮熱傳遞效率和流量阻力等因素，選擇類型和規(guī)格最合適的熱交換器。

3.2 調(diào)節(jié)運(yùn)作方式

調(diào)節(jié)運(yùn)作方式是指在綠色建筑領(lǐng)域暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用中，通過采用科學(xué)合理的運(yùn)作方式來改善熱能系統(tǒng)中熱能利用率較低的問題。

一方面，要做好設(shè)備的定時(shí)啟?？刂?。根據(jù)綠色建筑的實(shí)際情況合理設(shè)置設(shè)備的定時(shí)啟?？刂疲苊庠O(shè)備在無人使用的情況下運(yùn)行，從而浪費(fèi)能源。此外，還可以通過增加節(jié)能控制器和智能化調(diào)節(jié)器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化控制，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和能源利用率。

另一方面，要合理調(diào)節(jié)溫度和濕度。在綠色建筑的設(shè)計(jì)中，可以通過合理的通風(fēng)、隔熱和保溫措施減少熱能的損失。同時(shí)，在暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，應(yīng)定期檢查和維護(hù)設(shè)備，保證設(shè)備的正常運(yùn)行和性能穩(wěn)定，并及時(shí)清潔和更換空氣濾清器，保持良好的空氣質(zhì)量狀態(tài)，以提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度和能源利用率。

3.3 合理使用變頻技術(shù)

變頻技術(shù)是一種通過改變電機(jī)運(yùn)行頻率來調(diào)節(jié)運(yùn)行速度的技術(shù)，可以提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能的目的。具體來講，變頻技術(shù)可以在以下4 個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能：

1）調(diào)節(jié)制冷量。通過變頻控制器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)制冷量，使其與室內(nèi)的溫度需求相匹配，避免制冷過度，浪費(fèi)能源。

2）調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)間。變頻技術(shù)可以精確控制溫度和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，避免空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，造成能源浪費(fèi)。

3）調(diào)節(jié)供回風(fēng)量。變頻技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空調(diào)系統(tǒng)的供回風(fēng)量，保證空氣流通效果的同時(shí)避免不必要的能耗。

4）避免起停頻繁。變頻技術(shù)可以使空調(diào)系統(tǒng)平穩(wěn)啟動(dòng)和運(yùn)行，避免出現(xiàn)頻繁起停的情況，減少了系統(tǒng)能源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用變頻空調(diào)系統(tǒng)可以減少20%～40%的空調(diào)能耗，具有顯著的節(jié)能效果，因此在綠色建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮采用變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。

3.4 做好冷熱量回收

冷熱量回收可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，包括空氣熱泵、熱交換器和熱回收風(fēng)機(jī)等。

首先，空氣熱泵可以從環(huán)境中提取廢熱或廢冷，通過壓縮制熱或制冷再次將其用于暖通空調(diào)系統(tǒng)[8]。例如，夏季空調(diào)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)產(chǎn)生的廢熱可以通過空氣熱泵回收利用，用于加熱室外的水或空氣。

其次，熱交換器是一種常用的冷熱量回收設(shè)備，可以在暖通空調(diào)系統(tǒng)中將廢熱或廢冷傳遞到其他部分，以達(dá)到節(jié)能的目的。例如，空氣處理機(jī)產(chǎn)生的廢冷可以通過熱交換器傳遞給冷卻塔，用于制冷。

最后，熱回收風(fēng)機(jī)通過在室內(nèi)和室外循環(huán)空氣回收利用廢熱和廢冷。例如，熱回收風(fēng)機(jī)在夏季可以排出室內(nèi)空氣并循環(huán)到室外，同時(shí)回收廢熱并加以利用。

3.5 構(gòu)建能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)通過傳感器和儀表收集建筑內(nèi)部和外部的能源消耗數(shù)據(jù)，包括電力、熱能、冷能和水的使用情況。

傳感器可以安裝在各種設(shè)備和系統(tǒng)上，如照明、空調(diào)、電梯和電力配電設(shè)備，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能源消耗。系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)分析和算法處理收集到的能源消耗數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，以確定能源使用的模式和趨勢(shì)，從而評(píng)估建筑的能源效率，發(fā)現(xiàn)能源浪費(fèi)和潛在的改進(jìn)機(jī)會(huì)，并提供報(bào)告和指標(biāo)來跟蹤能源性能?；跀?shù)據(jù)分析和評(píng)估結(jié)果，能源管理系統(tǒng)可以自動(dòng)控制建筑的能源設(shè)備和系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行模式、溫度設(shè)定和照明亮度等參數(shù)，以優(yōu)化能源消耗。

例如，根據(jù)室內(nèi)外溫度和建筑使用情況，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整空調(diào)設(shè)備的工作模式和風(fēng)速，以提供舒適的室內(nèi)環(huán)境并使能源消耗達(dá)到最小化[9-10]。

此外，能源管理系統(tǒng)可以基于能源需求、能源價(jià)格和可再生能源的可用性等因素，制定能源計(jì)劃和優(yōu)化策略，最大限度地降低能源成本和對(duì)環(huán)境的影響。

例如，在高峰電價(jià)時(shí)段，系統(tǒng)可以調(diào)整建筑設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，以避開高能源成本時(shí)段。能源管理系統(tǒng)還提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警功能，以確保建筑能源系統(tǒng)的正常運(yùn)行，檢測(cè)異常能源消耗和設(shè)備故障，并及時(shí)發(fā)送警報(bào)，有助于快速發(fā)現(xiàn)和解決問題，減少能源浪費(fèi)和設(shè)備損壞的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)是綠色建筑發(fā)展的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)綠色低碳建筑的必要手段。本文通過研究和分析綠色建筑領(lǐng)域的暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用廣泛且效果顯著，但還存在一些問題和挑戰(zhàn)，如技術(shù)成本較高、應(yīng)用難度較大以及推廣應(yīng)用困難等。因此，在暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)推廣過程中，需要政府、企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)等各方共同努力，制定相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步，提高該技術(shù)的普及率和可持續(xù)性。