綠色建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)研究

邵峰

山東樺辰工程咨詢有限公司 山東 東營(yíng) 257000

引言

隨著全球氣候的不斷變暖，環(huán)境污染和能源消耗等問題越來越引起人們的關(guān)注和重視，國(guó)家也極力推動(dòng)保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的相關(guān)政策，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的不斷改善。對(duì)此，本文從綠色建筑暖通空調(diào)的技術(shù)措施方面出發(fā)，首先對(duì)綠色建筑進(jìn)行相應(yīng)的概括；其次對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的三點(diǎn)原則進(jìn)行了分析，并從太陽能節(jié)能技術(shù)、自然通風(fēng)技術(shù)、水源熱泵技術(shù)三方面進(jìn)行了相應(yīng)的論述。希望廣大設(shè)計(jì)師嚴(yán)格遵守國(guó)家的法律法規(guī)，努力推動(dòng)綠色建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，促進(jìn)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的進(jìn)一步提高，提高人們的生活條件，并保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源，為促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的綠色協(xié)調(diào)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 綠色建筑的概括

建筑應(yīng)該滿足人類居住工作生活的舒適度，與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑全壽命周期內(nèi)的資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，為人們提供健康、適用和高效的使用空間。也就是在建筑設(shè)計(jì)中，要遵循綠色保護(hù)原則和環(huán)境保護(hù)要求，充分利用有限資源，將資源做到最大的利用，并采取高科技手段來提高能源和材料的利用率，滿足循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的要求，這就對(duì)于建筑設(shè)計(jì)師的技術(shù)水平有較高的要求。建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該在生活和工作當(dāng)中，對(duì)于建筑行業(yè)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行了解，并在設(shè)計(jì)當(dāng)中不斷發(fā)揮創(chuàng)造性，盡量減少能源的消耗，得以保護(hù)能源和環(huán)境的保護(hù)，在建筑暖通空調(diào)的過程中，如何做到建材的最大利用化和減少建材使用率體現(xiàn)了設(shè)計(jì)師的水平。通過對(duì)暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以有效減少建筑材料，達(dá)到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源，因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)該重視自己工作的重要性，在設(shè)計(jì)過程中提高責(zé)任感，做好本職工作，達(dá)到綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)水平[1]。

2 綠色建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要求

基于暖通空調(diào)在綠色建筑中的重要性，設(shè)計(jì)人員在實(shí)施暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)滿足綠色建筑建設(shè)要求，具體如下。①綠色環(huán)保。自然、舒適、環(huán)保是綠色建筑的核心，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足綠色環(huán)保要求，從材料選擇、系統(tǒng)運(yùn)行、技術(shù)應(yīng)用三方面入手，節(jié)約資源，減少污染。如減少氯氟烴的應(yīng)用，配置靜壓箱、引進(jìn)新能源等，在確保暖通空調(diào)具備各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上，減少制冷劑等材料的污染，削弱暖通空調(diào)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲，提高暖通空調(diào)運(yùn)行生態(tài)效益。②節(jié)能降耗。暖通空調(diào)在采暖、降溫、通風(fēng)等過程中，存在較大能耗，加劇我國(guó)能源枯竭現(xiàn)象。為應(yīng)對(duì)該問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用可再生能源，如太陽能、地?zé)崮艿龋?jié)約能源。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員可引進(jìn)變頻技術(shù)，根據(jù)建筑環(huán)境與氣候條件，智能調(diào)節(jié)暖通空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)，避免暖通空調(diào)始終保持全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，降低運(yùn)行效率，減少能耗。③循環(huán)利用。設(shè)計(jì)人員可將暖通空調(diào)系統(tǒng)劃分為不同功能區(qū)，實(shí)施獨(dú)立設(shè)計(jì)，在某個(gè)功能區(qū)的構(gòu)件出現(xiàn)故障或老化后，不會(huì)對(duì)其他功能區(qū)運(yùn)行產(chǎn)生影響。在老化構(gòu)件報(bào)廢后，對(duì)其進(jìn)行回收再利用，提高暖通空調(diào)材料的利用率，節(jié)約能源，降低成本[2]。

3 建筑暖通設(shè)計(jì)中存在的問題

3.1 建筑暖通設(shè)計(jì)較為落后傳統(tǒng)

建筑暖通設(shè)計(jì)需要充分貼合此后的應(yīng)用需要，重點(diǎn)考量設(shè)計(jì)方案的必要性以及可行性。首先要判定的是，當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案是否能夠有效地貼合地方標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)規(guī)定，諸如其對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響以及安全系數(shù)等。除此以外，還需要綜合考慮供電以及供熱等多方面的內(nèi)容，這樣才能夠行之有效的保障建筑暖通工程的有效建設(shè)，滿足長(zhǎng)時(shí)間的使用需要，為地方生態(tài)環(huán)境的建設(shè)奠定下良好的基礎(chǔ)。但是就目前的實(shí)際狀況來看，發(fā)現(xiàn)許多單位在開展建筑暖通設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，仍然存在著相應(yīng)的問題，這就要求相關(guān)的設(shè)計(jì)人員能夠充分結(jié)合現(xiàn)有狀況，做出優(yōu)化完善處理，以此來為后續(xù)安裝提供鋪墊[3]。

3.2 建筑暖通綠色設(shè)計(jì)思想不足

我國(guó)北方地區(qū)在進(jìn)入到冬天以后，氣溫會(huì)迅速降低，同時(shí)由于地理環(huán)境等因素的制約，導(dǎo)致人們?cè)谑褂萌济哄仩t的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種各樣的廢氣污染問題，這不僅僅會(huì)影響到地方生態(tài)文明的發(fā)展，同時(shí)更會(huì)導(dǎo)致人們的切身健康受到影響。鑒于此，完全可以要求部分水源充足的地方利用水源熱泵機(jī)組，用于從根本上減輕對(duì)環(huán)境造成的污染，有效地貼合生態(tài)文明思想需求，為現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境的良好建設(shè)提供幫助，從根本上避免對(duì)人們的身體健康造成威脅。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性不夠

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率影響重大，建筑物的采光、通風(fēng)、墻體保溫效果都會(huì)影響空調(diào)的運(yùn)行能耗。建筑結(jié)構(gòu)以及墻體材料的選擇至關(guān)重要，不僅要符合美觀設(shè)計(jì)要求，還要注重材料的綠色環(huán)保。當(dāng)前，很多建筑在設(shè)計(jì)時(shí)選用了玻璃幕墻，整體玻璃幕墻采光效果好、美觀大方，但是保溫隔熱效果差，容易造成室內(nèi)溫度冷熱不均和能量流失，加大了空調(diào)的運(yùn)行能耗，不利于提高能源效率[4]。

4 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法措施

4.1 自然通風(fēng)技術(shù)

自然通風(fēng)是最為原始并且有效的方法，可以用于改善室內(nèi)的舒適度和空氣質(zhì)量資源，通風(fēng)不消耗任何資源，沒有任何的污染，因此，對(duì)保護(hù)環(huán)境有著非常明顯的效果，那么在現(xiàn)階段的科技水平該如何實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，用于提高人民的居住生活條件呢。對(duì)此，應(yīng)該加強(qiáng)自然通風(fēng)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，根據(jù)不同地區(qū)綠色環(huán)保建筑的實(shí)際需求，建立健全自然通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范機(jī)制，促進(jìn)暖通空調(diào)的有效設(shè)計(jì)與安裝。例如，在自然通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用方面，應(yīng)該借助風(fēng)壓進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)建筑的空氣流通，為人民群眾提供更加綠色環(huán)保的生存環(huán)境，促進(jìn)呼吸順暢與心情舒暢。對(duì)此，應(yīng)該對(duì)于建筑的位置進(jìn)行科學(xué)的選擇，將施工設(shè)計(jì)和施工地點(diǎn)進(jìn)行有效的安排，明確建筑朝向和格局的要求，按照當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向進(jìn)行下風(fēng)向的適配，從而能夠?qū)崿F(xiàn)最好的通風(fēng)效果。同時(shí)應(yīng)該有效地借助熱壓原理，實(shí)現(xiàn)不同空氣密度之間的循環(huán)，將熱空氣和冷空氣進(jìn)行有序交換，對(duì)此，在進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該在房間頂部設(shè)置帶有可調(diào)節(jié)性的開口，目的就是將室內(nèi)的熱氣排出，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。

4.2 地源熱泵設(shè)計(jì)

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，地源熱泵的節(jié)能效果十分明顯，采用這種設(shè)計(jì)方法可以提升建筑的節(jié)能效果。在設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)時(shí)，要考慮到地源熱泵設(shè)備是否會(huì)影響周邊的環(huán)境，尤其是對(duì)地下水的影響。在再生能源應(yīng)用方面，該設(shè)計(jì)方式較為典型，尤其是在制冷和供暖上具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。采用地源熱泵技術(shù)能夠?qū)⒖照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)自然環(huán)境的影響降低。在具體設(shè)計(jì)過程中，為了緩解設(shè)備對(duì)土壤溫度過度影響，通常會(huì)將換熱器的埋設(shè)方式設(shè)計(jì)為豎直埋設(shè)。由于換熱器性能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效果，所以，保障換熱器性能時(shí)刻處于最佳狀態(tài)能夠減少能源消耗，同時(shí)也可以使得土壤溫度保持在穩(wěn)定的水平。此外，借助于輔助設(shè)備優(yōu)化調(diào)整地源熱泵也能降低能源的消耗，在一些夏季炎熱的區(qū)域一般會(huì)應(yīng)用冷卻塔進(jìn)行冷卻處理，如果位于寒冷區(qū)域一般會(huì)應(yīng)用供熱設(shè)備維持設(shè)備溫度，進(jìn)而保障設(shè)備性能的穩(wěn)定[5]。

4.3 運(yùn)用變頻節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)的暖通空調(diào)運(yùn)行依據(jù)的是系統(tǒng)預(yù)設(shè)的功率，當(dāng)室外環(huán)境溫度過低或過高的時(shí)候就會(huì)影響空調(diào)的使用效果，由于空調(diào)無法按照溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)功率，系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)增加，從而大量浪費(fèi)了電能。而變頻節(jié)能技術(shù)最重要的特點(diǎn)就是能使空調(diào)根據(jù)外部溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，通過調(diào)節(jié)風(fēng)流量或者水流量的大小，從而降低能源損耗。變頻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依靠變風(fēng)量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng)，在空調(diào)末端安裝一個(gè)變風(fēng)量系統(tǒng)，通過強(qiáng)大的溫度調(diào)節(jié)作用，保證送風(fēng)量滿足現(xiàn)實(shí)需求的前提下，同時(shí)減少了能源消耗；而變水量系統(tǒng)有效調(diào)節(jié)了熱量的交換，同樣發(fā)揮了節(jié)能的作用。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，變頻節(jié)能技術(shù)幫助傳統(tǒng)暖通空調(diào)節(jié)約了至少一半的電能。

4.4 降低冷卻水泵和冷卻塔能耗

冷卻泵能耗與供冷時(shí)間和所需排熱量存在一定關(guān)系。除此之外，水泵效率、冷凝器阻力和冷卻水管道阻力也對(duì)冷卻泵的能耗有一定影響。但若只以降低冷卻泵能耗為目的，可能導(dǎo)致冷卻水流量不足、溫差加大，從而使制冷機(jī)冷凝溫度升高，冷機(jī)效率下降。經(jīng)計(jì)算，該建筑冷卻系統(tǒng)的最低能耗為0.2kgce/m2。冷卻塔風(fēng)機(jī)大氣環(huán)境作為冷源，驅(qū)動(dòng)空氣流過冷卻塔內(nèi)的換熱填料表面，與冷卻水進(jìn)行熱質(zhì)交換，從而將冷凍機(jī)冷凝器排出的熱量全部帶走，維持冷凝溫度在合理范圍值內(nèi)。冷卻塔散熱效果直接影響冷凝溫度，而冷凝溫度升高則導(dǎo)致冷機(jī)COP下降，致使制冷主機(jī)能耗增加。所以，冷卻塔對(duì)冷機(jī)效率影響所造成的能耗遠(yuǎn)大于其自身風(fēng)機(jī)能耗[6]。

4.5 環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的整體性和系統(tǒng)性，環(huán)境監(jiān)測(cè)利用各種現(xiàn)代化的科技手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的有效監(jiān)測(cè)，如化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)等，對(duì)于其變化所反映出來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的記錄和跟蹤，從而對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量進(jìn)行全面的綜合評(píng)價(jià)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，需要對(duì)多個(gè)方面的物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如化學(xué)污染物、物理能量的監(jiān)測(cè)，以及噪聲、震動(dòng)、熱能、電磁輻射等方面。在環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要根據(jù)環(huán)境質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)，根據(jù)其污染分布的實(shí)際情況查找出污染源，最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理和控制污染。在環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，從而進(jìn)行資料的有效收集，為日后的環(huán)境容量、實(shí)施總量控制和目標(biāo)管理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.6 選擇科學(xué)的設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)的過程中，通過改變空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量，可以使節(jié)能效果得到進(jìn)一步的提升，讓人們感覺環(huán)境非常舒適；針對(duì)人員流動(dòng)性比較大的室內(nèi)，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合二氧化碳濃度調(diào)整空調(diào)新風(fēng)量。如果房間面積廣闊，需要集中控制溫度和濕度。當(dāng)建筑物體積比較大也比較高時(shí)，需要將分層空調(diào)系統(tǒng)合理應(yīng)用到建筑中。在天氣比較熱時(shí)，分層空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)約大量的能源，并降低能源消耗。例如，某會(huì)展中心總建筑面積181660㎡，其中展覽館面積127000㎡，會(huì)議中心面積46400㎡，高度15.6～25.9m，主體采用大跨度預(yù)應(yīng)力張弦梁鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，該工程在建設(shè)過程中為了確保最大化的節(jié)約能源，科學(xué)選擇暖通設(shè)計(jì)方案。再如暖通設(shè)備選型時(shí)，空調(diào)的能效比，水泵、風(fēng)機(jī)的單位能耗功率的規(guī)范化也是綠色節(jié)能技術(shù)在暖通設(shè)計(jì)中的應(yīng)用推手[7]。

5 結(jié)束語

暖通空調(diào)系統(tǒng)是當(dāng)前各個(gè)節(jié)能型建筑必不可少的一部分，同時(shí)也是能耗最高系統(tǒng)。在暖通空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中，由于各種因素影響著其運(yùn)行效率，嚴(yán)重阻礙了其高效率低能耗運(yùn)行。本文通過對(duì)影響暖通空調(diào)節(jié)能運(yùn)行的各個(gè)因素盡心分析，并提供了對(duì)應(yīng)的改善措施和優(yōu)化方案，通過對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行工況的最優(yōu)模式，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)節(jié)能減排的目標(biāo)，滿足人民群眾綠色、低碳、高效的生活方式。