綠色建筑暖通與給排水設(shè)計(jì)節(jié)能措施探討*

宗 梁

(山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東 濰坊 262500)

暖通系統(tǒng)負(fù)責(zé)建筑物采暖以及空調(diào)通風(fēng),給水系統(tǒng)要將市政供水從地面送到高層場(chǎng)所內(nèi),這些建筑物附屬系統(tǒng)都屬于高能耗單元,在綠色建筑設(shè)計(jì)中需對(duì)暖通系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)的節(jié)能水平開展深入研究,采用節(jié)能型設(shè)備、節(jié)能型技術(shù)。

1 綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

供暖通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)是綠色建筑的重要特征,國(guó)家也出臺(tái)了一系列規(guī)范用于指導(dǎo)建筑物暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì),現(xiàn)行規(guī)定包括JGJ173-2009供熱計(jì)量技術(shù)規(guī)程、GB50189-2015公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、GB50736-2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范等,暖通節(jié)能設(shè)計(jì)需符合以上規(guī)范。

1.1 影響暖通系統(tǒng)能耗水平的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素

1.1.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取值

這一參數(shù)指的是建筑物在冬季取暖時(shí)的供暖設(shè)計(jì)溫度以及夏季室內(nèi)供冷時(shí)的設(shè)計(jì)溫度。建筑物供暖和供冷的實(shí)現(xiàn)方式上存在差異,前者主要依靠集中供暖,以熱水為熱源。室內(nèi)供冷設(shè)計(jì)大多是針對(duì)公共建筑而言。結(jié)合工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn),冬季室內(nèi)供暖溫度每提高1℃,整體能耗將增加5%～10%,夏季室內(nèi)溫度每多降低1℃,整體能耗將增加8%～10%。由此可見,在設(shè)計(jì)建筑物供暖或者供冷溫度時(shí),需采用合理的計(jì)算溫度,否則將會(huì)從設(shè)計(jì)層面增加能耗水平[1]。例如,部分省份要求冬季采暖溫度不可超過20℃,公共建筑夏季室內(nèi)集中供冷時(shí)溫度不可低于25℃。

1.1.2冷熱負(fù)荷計(jì)算

這一指標(biāo)的設(shè)計(jì)取值直接影響到建筑物冷熱源裝機(jī)容量、管道直徑、水泵功率以及末端設(shè)備功率等,設(shè)計(jì)取值過小難以滿足使用需求,設(shè)計(jì)取值過大又會(huì)造成以上幾個(gè)方面的工程設(shè)備整體偏大,一來增加了設(shè)備后期運(yùn)行的成本,二來設(shè)備的采購(gòu)單價(jià)也會(huì)因此而增加,導(dǎo)致能源浪費(fèi)和造價(jià)過高。有些設(shè)計(jì)人員計(jì)算冷熱負(fù)荷時(shí)過于死板,不能結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況做出有效的調(diào)整,有可能導(dǎo)致計(jì)算符合過大的問題,此時(shí)也會(huì)在設(shè)計(jì)層面增加能耗[2]。

1.2 采暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

1.2.1 采暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則

(1)采暖系統(tǒng)要盡可能實(shí)現(xiàn)各空間內(nèi)溫度的獨(dú)立調(diào)節(jié),例如,當(dāng)前的住宅建筑可實(shí)現(xiàn)以戶為單位獨(dú)立采暖,未來可朝著房間獨(dú)立采暖而努力。

(2)實(shí)現(xiàn)分戶、分室、分區(qū)熱量分?jǐn)偟墓δ?。?duì)于空間距離較近的區(qū)域,可以實(shí)現(xiàn)熱量分?jǐn)?防止其過度供熱。

(3)減少熱量出口的數(shù)量。建筑物采暖設(shè)計(jì)不僅僅涵蓋供暖系統(tǒng)本身,建筑基礎(chǔ)也是非常關(guān)鍵的因素,在設(shè)計(jì)建筑物內(nèi)外部結(jié)構(gòu)時(shí)要減少門窗等熱量出口的數(shù)量。

(4)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式上推薦采用雙管設(shè)計(jì)。

1.2.2 采暖系統(tǒng)形制

(1)此處以市政集中供熱方式為主要探究對(duì)象,集中供暖是由市政熱力公司供應(yīng)熱水,經(jīng)管路送入住宅建筑或者公共建筑,顯然從熱水源頭到供暖目標(biāo)的管路長(zhǎng)度越短,熱損失就越少,因此,建筑物室內(nèi)供暖推薦采用垂直雙管,垂直管路用于熱水入戶,可減少路程上的熱量損失,有些用戶公用相同的立管,為了實(shí)現(xiàn)不同用戶的獨(dú)立供熱,提升供熱的靈活性,其熱水循環(huán)系統(tǒng)要分開,當(dāng)用戶無(wú)需供熱時(shí)可切斷其熱水管路,這是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要措施[3]。

(2)供暖系統(tǒng)選型。目前主流的供暖系統(tǒng)包括低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)、放射式系統(tǒng)、下分式水平雙管系統(tǒng)、下供下回全帶跨越管的水平單管系統(tǒng)等,其適用場(chǎng)景存在細(xì)微差異。目前新建的住宅建筑大多采用空間占用更小的低溫?zé)崴孛鏌彷椛涔┡到y(tǒng),也就是俗稱的地暖。地暖的節(jié)能設(shè)計(jì)在于管路的密度。如果管路密度過高,會(huì)造成能源浪費(fèi),并且使用體驗(yàn)也相對(duì)較差(如溫度過高),在內(nèi)建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)合理計(jì)算室內(nèi)供暖的溫度取值,并科學(xué)設(shè)計(jì)的暖熱水管路的密度。表1統(tǒng)計(jì)了常見供暖系統(tǒng)及其適用范圍。

表1 常見供暖系統(tǒng)及其適用范圍

1.3 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

1.3.1 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的主要作用是將主機(jī)蒸發(fā)器產(chǎn)生的低溫冷凍水送入室內(nèi)空間,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱量交換,冷凍水通過管道循環(huán),帶走室內(nèi)的熱量,系統(tǒng)中除了管道之外,還包括冷凍泵,其作用是產(chǎn)生管道內(nèi)水循環(huán)的動(dòng)力。空氣要經(jīng)過冷水管道才能實(shí)現(xiàn)熱量交換,系統(tǒng)中依靠室內(nèi)風(fēng)機(jī)將空氣吹到冷水管道處。冷凍水經(jīng)過管道帶走室內(nèi)熱量之后,溫度有所上升,最終流入到主機(jī)蒸發(fā)器,成為回水,以上便是冷凍水系統(tǒng)的工作原理。冷凍水系統(tǒng)的能耗主要來自提供動(dòng)力的冷凍水泵以及實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣流動(dòng)的室內(nèi)風(fēng)機(jī),因?yàn)檫@些設(shè)備都要使用到電能。以冷凍水泵的節(jié)能設(shè)計(jì)為例,水泵可分為定頻和變頻兩種,變頻水泵在工作時(shí)可根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)工作頻率,達(dá)到降低水泵運(yùn)行能耗的作用,當(dāng)系統(tǒng)中存在多臺(tái)水泵時(shí),可根據(jù)進(jìn)水溫度調(diào)整水泵開啟的臺(tái)數(shù),以設(shè)計(jì)閾值為標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到或接近時(shí)水泵全開,進(jìn)水溫度較低時(shí)可關(guān)閉一臺(tái)水泵[4]。

1.3.2 空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

冷凍水從室內(nèi)循環(huán)出來之后溫度會(huì)上升到一定程度,原因是其帶走了室內(nèi)的熱量,但冷凍水的循環(huán)作用,因而其溫度始終較低,其帶走的熱量經(jīng)由主機(jī)制冷劑傳遞給冷卻水,冷卻泵將吸熱升溫后的冷卻水送入冷卻塔,使其自然降溫,之后再送回冷凝器?？照{(diào)冷卻水系統(tǒng)的核心設(shè)備是冷卻水塔和冷卻泵,管道起到輸水作用。從節(jié)能角度看,冷卻塔中的水吸收了熱量,溫度較高,如果使其在塔內(nèi)與空氣熱交換降溫,那么這些熱量就流失到自然界,未能被利用。因此,在節(jié)能設(shè)計(jì)中要對(duì)這一部分能量進(jìn)行回收利用,推薦采用空調(diào)冷卻水全熱回收技術(shù),辦法是設(shè)計(jì)一個(gè)具備熱回收功能的冷凝器,使其取代傳統(tǒng)的冷凝器。

2 綠色建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 以分區(qū)供水方式節(jié)能

建筑物主要依靠市政供水獲取水源,而市政供水的壓力通常在0.2～0.4 MPa,這種壓力只能滿足4～6層的供水壓力需求,居民住宅建筑的高度大多在7～32層,城市中還存在一定數(shù)量的超高層建筑,市政供水的壓力難以滿足高層及超高層建筑的全部供水壓力需求,因而6層以上通常要進(jìn)行二次加壓。顯然這一過程中使用電力機(jī)械設(shè)備對(duì)水加壓,使其克服重力作用,以一定的壓力進(jìn)入住戶家中,二次加壓會(huì)造成較高的能耗,為了進(jìn)一步提升二次加壓的精確控制,降低其節(jié)能效果,應(yīng)采用分區(qū)供水方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能。其原理是凡市政供水可滿足供水壓力的樓層,一律采用市政供水,將市政供水的壓力充分利用起來。

對(duì)于市政供水壓力不足的樓層,以分區(qū)二次加壓的方式供水,至于要分成多要區(qū)段,則要結(jié)合建筑物的整體高度來確定,通常住宅建筑7～19層采用二次加壓,19層以上的采用三次加壓。分區(qū)加壓供水不僅考慮到了能耗的問題,還有利于節(jié)約水資源,因?yàn)榧夹g(shù)上完全可以利用一次加壓達(dá)到供水壓力需求,但靠近加壓設(shè)備的低樓層會(huì)因此而出現(xiàn)超壓的現(xiàn)象,其水流速度過快,造成水源的嚴(yán)重浪費(fèi),合理設(shè)置分區(qū)樓層可在很大程度上避免這一問題[5]。

2.2 采用節(jié)能型給水加壓設(shè)備

二次加壓作為建筑中高層給水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),其能耗控制直接決定了給排水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì),除了分區(qū)供水之外,還要提高給水加壓設(shè)備本身的節(jié)能效果。

從原理上看,二次加壓系統(tǒng)的主要設(shè)備包括生活水箱,通常設(shè)計(jì)在地下室內(nèi),然后以水泵加壓的方式將其送入住戶家中,水泵是主要的能耗設(shè)備,宜采用變頻式水泵。另外,隨著技術(shù)的進(jìn)步,無(wú)負(fù)壓供水方式成為當(dāng)前高層建筑二次供水的主要方式,此類設(shè)備的水源為市政管網(wǎng),也就是直接將無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備與市政管網(wǎng)連接在一起,管網(wǎng)本身具有一定的余壓,可將這種余壓與供水設(shè)備產(chǎn)生的壓力疊加使用,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能供水。無(wú)負(fù)壓供水方式的特點(diǎn)是根據(jù)二次供水的壓力缺口靈活的產(chǎn)生壓力,達(dá)到了“差多少、補(bǔ)多少”的效果,并且此類設(shè)備為全密封結(jié)構(gòu),不會(huì)污染水源[6]。

2.3 排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑排水系統(tǒng)通常無(wú)需設(shè)計(jì)動(dòng)力加壓設(shè)備,依靠重力作用即可實(shí)現(xiàn)有效的排水,因而其能耗水平并不高,但需要注意的是污廢水管道,此類排水管道中存在一定量的廢物、污物,有可能引發(fā)管道堵塞的問題,如果設(shè)計(jì)不合理,后期使用過程中需經(jīng)常性地疏通管道,造成一定的能源和資金消耗。在設(shè)計(jì)廢污水管道時(shí)應(yīng)就近排放,否則較遠(yuǎn)的排放點(diǎn)會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn),有可能產(chǎn)生加壓需求,提升能耗要求。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)和給水排水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)是綠色建筑設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),暖通系統(tǒng)主要包括建筑物采暖和空調(diào)通風(fēng)兩個(gè)部分,其節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是室內(nèi)溫度取值、冷熱負(fù)荷計(jì)算、節(jié)能型設(shè)備應(yīng)用以及余熱回收等。給水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的受到建筑物高度、市政供水壓力等因素的影響,通常采用二次加壓和無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制,在排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要全面利用重力排水技術(shù),尤其要重視廢污排放點(diǎn)的就近設(shè)計(jì)。