綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)下的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

【摘要】文章研究探討了綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)下暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵策略，旨在提升建筑的能源效率、環(huán)境友好性和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。通過分析高效設(shè)備選型、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量控制、智能化與自動化控制以及可再生能源利用等方面的策略，提出了綜合的設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保和健康的目標(biāo)。研究結(jié)果表明，合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅可以顯著降低建筑能耗和碳排放，還能改善居住者的舒適性與健康水平。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；暖通空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能設(shè)計(jì)；智能化控制；可再生能源

【中圖分類號】TU831.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0015-03

0 引言

暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑能耗的主要部分，其設(shè)計(jì)策略直接關(guān)系到綠色建筑的能源績效與環(huán)境效益。因此，研究綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)下的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，不僅具有學(xué)術(shù)意義，更具有實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。

研究通過對國內(nèi)外綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的深入分析，探討不同標(biāo)準(zhǔn)對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求，并結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展，提出一系列節(jié)能、環(huán)境質(zhì)量控制和智能化管理的設(shè)計(jì)策略。同時(shí)，本研究還從可持續(xù)發(fā)展的角度，分析暖通空調(diào)系統(tǒng)的生命周期成本和效益，為綠色建筑設(shè)計(jì)提供理論支持與實(shí)踐參考。本文的研究不僅有助于提高建筑行業(yè)的綠色化水平，也為開發(fā)商和設(shè)計(jì)師在推廣綠色建筑時(shí)提供了科學(xué)依據(jù)和實(shí)用策略。通過本研究，期望能夠?yàn)榫G色建筑領(lǐng)域的研究者和從業(yè)者提供有價(jià)值的見解和工具，進(jìn)一步推動綠色建筑技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)與暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 綠色建筑的定義與發(fā)展

綠色建筑通過設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的全生命周期優(yōu)化，最大限度地節(jié)約資源，減少污染，提供健康、舒適的環(huán)境，其核心理念是可持續(xù)發(fā)展[1]。全球逐漸推行LEED、BREEAM等綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，推動建筑業(yè)向低碳、節(jié)能、環(huán)保的方向轉(zhuǎn)型。

1.2 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)概述

1.2.1 LEED標(biāo)準(zhǔn)

LEED標(biāo)準(zhǔn)由美國綠色建筑委員會制定，涵蓋了建筑的能源、水資源、材料等可持續(xù)性因素，通過評分系統(tǒng)對建筑進(jìn)行認(rèn)證[2-3]。LEED標(biāo)準(zhǔn)的推廣加速了全球綠色建筑的普及，成為行業(yè)的標(biāo)桿。

1.2.2 BREEAM標(biāo)準(zhǔn)

BREEAM（Building Research Establishment Environmental Assessment Method）是由英國建筑研究院（BRE）于1990年推出的全球首個(gè)綠色建筑評估體系[4]。BREEAM通過對建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等各階段進(jìn)行評估，涵蓋了能源、水、材料、廢棄物管理、健康與福祉、污染控制、交通、生態(tài)與用地管理等多個(gè)維度[5]。該標(biāo)準(zhǔn)通過定量的評分系統(tǒng)，對建筑的環(huán)境影響和可持續(xù)性進(jìn)行評級，認(rèn)證等級從“通過”到“卓越”不等。BREEAM不僅適用于新建建筑，還可用于評估既有建筑和社區(qū)。作為一種全面且靈活的評估工具，BREEAM被廣泛應(yīng)用于全球各類建筑項(xiàng)目中，推動了綠色建筑實(shí)踐在國際上的發(fā)展和普及。BREEAM標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)建筑的環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的綜合效益，鼓勵(lì)創(chuàng)新，并為建筑物的整個(gè)生命周期提供可持續(xù)發(fā)展指導(dǎo)，因此在全球建筑行業(yè)中具有很高的認(rèn)可度和影響力。

1.2.3 國內(nèi)綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要指GB/T 50378《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，由中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布并逐步完善，旨在推動建筑行業(yè)向低碳、環(huán)保、可持續(xù)的方向發(fā)展[6]。該標(biāo)準(zhǔn)從土地節(jié)約與室外環(huán)境、能源節(jié)約與利用、水資源節(jié)約與利用、材料資源節(jié)約與利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和運(yùn)營管理等多個(gè)方面對建筑進(jìn)行全面評估，并根據(jù)建筑物的綜合表現(xiàn)劃分為一星、二星和三星三個(gè)等級。該標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于新建建筑，也涵蓋了既有建筑的改造和運(yùn)營管理。與國際標(biāo)準(zhǔn)相比，國內(nèi)的綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加注重本土化，考慮到中國氣候、資源、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展?fàn)顩r的特殊性，具有更強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)性。通過實(shí)施這一標(biāo)準(zhǔn)，中國的綠色建筑實(shí)踐得到了大幅度推進(jìn)，為減少建筑能耗、改善環(huán)境質(zhì)量、提升人居健康水平作出了重要貢獻(xiàn)，也為實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)提供了重要支持。

1.3 暖通空調(diào)系統(tǒng)在綠色建筑中的重要性

暖通空調(diào)系統(tǒng)在綠色建筑中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗怯绊懡ㄖ芎暮褪覂?nèi)環(huán)境質(zhì)量的核心因素之一。作為建筑能耗的主要來源，暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行直接關(guān)系到建筑的能源效率、碳排放量以及使用者的健康與舒適度。通過采用高效節(jié)能的設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用可再生能源，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以大幅降低建筑的能源消耗，減少環(huán)境污染，同時(shí)確保室內(nèi)空氣質(zhì)量、溫濕度和環(huán)境的良好控制，提升居住者和使用者的健康與舒適感。此外，智能化控制技術(shù)的引入使得暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求動態(tài)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，從而進(jìn)一步提高能源利用效率。正因如此，在綠色建筑設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是確保建筑達(dá)到綠色標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證的重要條件。

1.4 綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求

綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格而全面的要求，旨在最大限度地提升能源效率、減少環(huán)境影響，并確保室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量[7]。首先，在能源效率方面，標(biāo)準(zhǔn)要求暖通空調(diào)系統(tǒng)采用高效節(jié)能的設(shè)備和技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以降低能源消耗和碳排放。其次，在環(huán)境保護(hù)方面，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)減少制冷劑等溫室氣體的使用，鼓勵(lì)采用可再生能源，如地源熱泵或太陽能輔助系統(tǒng)，以減少對化石燃料的依賴。此外，標(biāo)準(zhǔn)還對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量提出了高要求，要求暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠有效控制溫濕度、空氣流通和空氣質(zhì)量，減少有害物質(zhì)的排放，確保居住者的健康和舒適。同時(shí)，綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)還鼓勵(lì)采用智能化和自動化控制系統(tǒng)，使暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高能源利用效率并延長設(shè)備的使用壽命。這些要求綜合起來，使得暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在綠色建筑中不僅要滿足基本功能，還需實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和健康的綜合目標(biāo)。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

2.1 節(jié)能設(shè)計(jì)策略

2.1.1 高效設(shè)備選型

高效設(shè)備選型是暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響建筑的能效與運(yùn)行成本。選用變頻空調(diào)、高效鍋爐、節(jié)能水泵等高效節(jié)能設(shè)備，能夠減少能耗和碳排放，提升全生命周期效益。通過選用節(jié)能認(rèn)證設(shè)備，可降低運(yùn)營成本，符合綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展要求。

2.1.2 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)通過精確計(jì)算負(fù)荷、優(yōu)化管道布局和利用控制技術(shù)，可以顯著提升暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效。分區(qū)控制、需求響應(yīng)和熱回收技術(shù)能夠動態(tài)調(diào)整運(yùn)行，減少能源浪費(fèi)，提高系統(tǒng)性能，延長設(shè)備使用壽命，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益的雙贏。

2.1.3 可再生能源利用

可再生能源利用是降低暖通空調(diào)系統(tǒng)碳排放的重要手段。通過太陽能輔助供熱、地源熱泵供暖制冷及風(fēng)能發(fā)電等方式，能有效減少對傳統(tǒng)能源的依賴，提升能源自給率，推動綠色建筑發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的低碳目標(biāo)。

2.2 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量控制策略

2.2.1 溫濕度控制

溫濕度控制是暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其目的是保持室內(nèi)溫度和濕度在舒適范圍內(nèi)，避免因過熱、過冷或濕度過高、過低而影響居住者的舒適感和健康。在綠色建筑中，溫濕度控制不僅要滿足基本的舒適需求，還應(yīng)注重節(jié)能效果。通過采用變頻空調(diào)機(jī)組、智能恒溫恒濕控制系統(tǒng)，以及引入新風(fēng)換氣裝置，系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)外溫濕度變化自動調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，既保證了舒適性，又減少了能源浪費(fèi)。此外，結(jié)合建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱設(shè)計(jì)，可以有效減少因外界環(huán)境變化帶來的溫濕度波動，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的能效。

2.2.2 空氣質(zhì)量控制

空氣質(zhì)量控制是確保室內(nèi)環(huán)境健康的重要方面，特別是在密閉性較高的綠色建筑中更為關(guān)鍵。為保證良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量，暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置高效過濾和新風(fēng)系統(tǒng)，以有效去除空氣中的有害物質(zhì)，如粉塵、二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）等。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)保證新風(fēng)量的配置合理，通過精確的通風(fēng)控制，使室內(nèi)外空氣交換達(dá)到最佳平衡，避免空氣過度稀釋或不足。此外，考慮到不同功能空間的需求差異，分區(qū)控制技術(shù)可以更精準(zhǔn)地管理各區(qū)域的空氣質(zhì)量，確保各類空間在使用過程中始終保持最佳的空氣清新度和健康水平。

2.2.3 噪聲控制

噪聲控制是提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要因素，特別是在高密度城市建筑中，噪聲問題對居住和工作環(huán)境的舒適性影響尤為顯著。暖通空調(diào)系統(tǒng)中的噪聲主要來自設(shè)備運(yùn)行、管道氣流和建筑結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)等方面。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，噪聲控制策略包括選用低噪聲設(shè)備、優(yōu)化管道布局、采用隔音材料和消聲器等措施。通過合理設(shè)計(jì)設(shè)備機(jī)房的位置和隔音結(jié)構(gòu)，可以有效降低設(shè)備運(yùn)行噪聲對室內(nèi)環(huán)境的影響。此外，在管道系統(tǒng)中，采用消聲彎頭、消聲器和柔性連接等技術(shù)，可以減少氣流噪聲的傳播。綜合這些措施，暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠在不影響系統(tǒng)性能的前提下，將噪聲控制在舒適范圍內(nèi)，創(chuàng)造一個(gè)寧靜、舒適的室內(nèi)環(huán)境。

2.3 智能化與自動化控制策略

2.3.1 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是暖通空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)，其目標(biāo)是通過集成先進(jìn)的傳感器、控制器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。智能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境條件、使用者需求和建筑使用情況，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行模式。例如調(diào)節(jié)空調(diào)的供冷供熱能力、風(fēng)量和新風(fēng)比例等，從而保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性和能效達(dá)到最優(yōu)效果。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)還可以通過學(xué)習(xí)和預(yù)測算法，分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)信息，提前預(yù)判可能的環(huán)境變化或需求變化，進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，避免能源浪費(fèi)。這種主動式的智能控制不僅提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和運(yùn)行效率，還能夠延長設(shè)備壽命，降低維護(hù)成本。

2.3.2 自動化監(jiān)測與管理

自動化監(jiān)測與管理是智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，通過對暖通空調(diào)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動化管理，確保系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。自動化監(jiān)測系統(tǒng)利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)收集溫濕度、空氣質(zhì)量、能耗數(shù)據(jù)等關(guān)鍵參數(shù)，并通過中央控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和故障診斷?；谶@些信息，管理系統(tǒng)可以自動調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如切換運(yùn)行模式、啟動備用設(shè)備或優(yōu)化運(yùn)行時(shí)間表，確保系統(tǒng)始終在高效、節(jié)能的狀態(tài)下運(yùn)行。此外，自動化管理系統(tǒng)還能夠生成詳細(xì)的運(yùn)行報(bào)告和能耗分析，為運(yùn)營管理人員提供決策支持，并通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。這種全面的自動化監(jiān)測與管理，不僅提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和安全性，還為建筑的可持續(xù)運(yùn)營提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

2.4 系統(tǒng)的可持續(xù)性與生命周期成本分析

系統(tǒng)的可持續(xù)性與生命周期成本分析是綠色建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要考量要素，旨在評估系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響和資源消耗情況。可持續(xù)性分析主要關(guān)注系統(tǒng)的長期能源效率、環(huán)境友好性以及對自然資源的依賴程度，通過引入高效設(shè)備、可再生能源和智能控制技術(shù)，最大限度地減少系統(tǒng)的碳足跡和對環(huán)境的影響。生命周期成本分析則包括初始投資、運(yùn)營維護(hù)成本、能源消耗費(fèi)用以及設(shè)備更換和報(bào)廢處理成本等。通過綜合考慮這些因素，設(shè)計(jì)者可以選擇最具成本效益的解決方案，確保在滿足綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。合理的生命周期成本分析不僅有助于控制建筑的長期運(yùn)營成本，還能提高系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，推動綠色建筑的廣泛應(yīng)用和推廣。

3 結(jié)語

本研究通過對綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)下暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略的深入探討，系統(tǒng)地分析了高效設(shè)備選型、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量控制、智能化與自動化控制以及可再生能源利用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的重要性和實(shí)施方法。研究表明，合理的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅能夠顯著降低建筑的能耗和碳排放，還能提升室內(nèi)環(huán)境的舒適性與健康性，符合綠色建筑可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。展望未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和綠色建筑理念的深入推廣，暖通空調(diào)系統(tǒng)將更加智能化、環(huán)?；?，進(jìn)一步推動建筑行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。同時(shí)，未來的研究應(yīng)繼續(xù)關(guān)注新興技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，如人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等，以實(shí)現(xiàn)更高效、更智能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為應(yīng)對全球環(huán)境挑戰(zhàn)提供更全面、更創(chuàng)新的解決方案。

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[作者簡介]王樺烽（1996—），男，福建閩清人，本科，助理工程師，研究方向：暖通空調(diào)系統(tǒng)。