智慧城市中綠色建筑及暖通空調(diào)設(shè)計(jì)研究

劉旭峰， 陳力， 蒙飛， 陳勇

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 智慧城市與綠色建筑的概念簡(jiǎn)述

1.1 智慧城市

智慧城市在我國(guó)是一個(gè)全新的概念，它是指將先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到城市規(guī)劃、建設(shè)和管理之中而形成的一種新型城市化發(fā)展模式，是實(shí)現(xiàn)人、社會(huì)和自然之間協(xié)調(diào)發(fā)展的重要途徑。信息通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新信息技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用推動(dòng)了“智慧城市”的出現(xiàn)。相關(guān)人員在此基礎(chǔ)上以計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)為核心，通過(guò)對(duì)各種信息資源進(jìn)行有效整合而形成的新型城市規(guī)劃管理模式，也被稱(chēng)為智慧城市管理體系，該體系具有明顯的數(shù)字化特征，通過(guò)數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的收集、存儲(chǔ)、處理、分析和利用，達(dá)到優(yōu)化資源配置、提升城市管理效率、增強(qiáng)城市綜合競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

1.2 綠色建筑

綠色建筑指的是在滿(mǎn)足人們生活質(zhì)量需求基礎(chǔ)上，以節(jié)約能源消耗以及減少環(huán)境污染為目的，采用一系列可持續(xù)發(fā)展理念建設(shè)而成的一類(lèi)建筑物，是人類(lèi)在建筑實(shí)踐中追求與自然和諧相處的產(chǎn)物。作為一種新的建筑設(shè)計(jì)理念，綠色建筑建設(shè)的主要目的在于通過(guò)對(duì)環(huán)境和資源進(jìn)行合理有效的利用，達(dá)到人與自然和諧相處。若要站在智慧城市的角度上來(lái)說(shuō)，綠色建筑已經(jīng)成為建筑行業(yè)的發(fā)展方向之一。

2 綠色建筑與暖通空調(diào)在智慧城市中的設(shè)計(jì)原則

2.1 智能化原則

就目前情況來(lái)看，智慧城市在不斷發(fā)展中已經(jīng)展現(xiàn)出較強(qiáng)的高效性特征，而智能化是推動(dòng)智慧城市進(jìn)一步發(fā)展與建設(shè)的重要力量，相關(guān)人員在加強(qiáng)智慧城市、綠色建筑、暖通空調(diào)的建設(shè)中應(yīng)時(shí)刻遵循智能化原則，并將其始終擺在首要位置上。通常情況下，智慧城市的智能化主要顯現(xiàn)在門(mén)禁管理、一卡通停車(chē)制度、自動(dòng)化安全監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)、智慧社區(qū)、智慧環(huán)保、智慧交通等幾方面，這些設(shè)備和系統(tǒng)的智能化應(yīng)用不僅大大提高了智慧城市綠色建筑的管理效率和質(zhì)量，還能為樓內(nèi)用戶(hù)營(yíng)造一個(gè)安全舒適的工作和生活氛圍，增強(qiáng)用戶(hù)的個(gè)人體驗(yàn)。

在暖通空調(diào)的智能化管理中，可通過(guò)能量消耗系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)暖通空調(diào)進(jìn)行二十四小時(shí)不間斷監(jiān)控，從而明確該暖通空調(diào)的能量消耗情況。技術(shù)人員也可以利用該系統(tǒng)和其監(jiān)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息對(duì)暖通空調(diào)的運(yùn)行風(fēng)速等進(jìn)行有效管理與控制，從而利用綠色建筑與暖通空調(diào)的智能性提升整個(gè)智慧城市建設(shè)的能源節(jié)能性能[1]。

2.2 節(jié)能化原則

節(jié)能化原則是相關(guān)人員在智慧城市建設(shè)時(shí)必須遵循的基礎(chǔ)性原則，該原則在暖通空調(diào)中的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：暖通空調(diào)能源消耗量的降低、可再生能源在暖通空調(diào)中的使用、暖通空調(diào)節(jié)能排放系統(tǒng)等。此外，在暖通空調(diào)的實(shí)際設(shè)計(jì)與建造過(guò)程中，若能將節(jié)能化原則與智能化原則結(jié)合起來(lái)，將相關(guān)工藝或技術(shù)融入暖通空調(diào)的送風(fēng)、取暖、制冷、除濕等環(huán)節(jié)的建設(shè)與管理中，勢(shì)必會(huì)加強(qiáng)對(duì)該暖通空調(diào)運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)能源消耗的合理控制，從而大大減少該空調(diào)的能源消耗。

2.3 技術(shù)性原則

綠色建筑與暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與實(shí)際建設(shè)的技術(shù)性原則要求相關(guān)人員在開(kāi)展實(shí)際工作中，必須要加大對(duì)各種工藝和技術(shù)的使用力度，在保質(zhì)保量完成工作任務(wù)的同時(shí)，盡可能提升綠色建筑與暖通空調(diào)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。不僅如此，技術(shù)性原則還是實(shí)現(xiàn)綠色建筑與暖通空調(diào)智能性與節(jié)能性的基礎(chǔ)。

3 綠色建筑與暖通空調(diào)在智慧城市中的具體設(shè)計(jì)分析

3.1 太陽(yáng)能節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

為了推動(dòng)綠色建筑、暖通空調(diào)與智慧城市建設(shè)的進(jìn)一步融合，在實(shí)際工作中可以借助太陽(yáng)能節(jié)能技術(shù)。眾所周知，太陽(yáng)能作為一種可再生能源，目前已被廣泛應(yīng)用于我國(guó)各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中，其在建筑行業(yè)中的應(yīng)用效果最為顯著。

在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)和使用方面，技術(shù)人員可以在暖通空調(diào)中安置具有較高自動(dòng)化和智能化的集熱器或循環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)既能對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行有效收集和存儲(chǔ)，又能將這些太陽(yáng)能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能，為綠色建筑提供其運(yùn)行所需的熱能。若遇到該系統(tǒng)無(wú)法收集太陽(yáng)能的陰雨天氣，暖通空調(diào)就會(huì)自動(dòng)切換為燃?xì)饽Ｊ?，持續(xù)為目標(biāo)綠色建筑提供熱量[2]。

3.2 地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用

地源熱泵技術(shù)在綠色建筑與暖通空調(diào)中的有效應(yīng)用已經(jīng)成為我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，并且隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作重視程度的不斷提升，這也為地源熱泵技術(shù)在建筑行業(yè)的推廣普及提供了良好機(jī)遇。

具體來(lái)說(shuō)，地源熱泵技術(shù)指的是通過(guò)將地下埋設(shè)于土壤中的能量轉(zhuǎn)化裝置所產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)建筑物供熱及制冷需求的一種新型高效節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，其能夠充分利用自然界取之不盡用之不竭的淺層地溫能資源。技術(shù)人員和綠色建筑施工人員可以利用地下埋管系統(tǒng)將熱能從一處區(qū)域傳輸至另一區(qū)域并利用其自身高效的換熱能力實(shí)現(xiàn)制冷或制熱功能的一種新型供暖和空調(diào)方式，其中包括地下水回灌式、空氣源熱泵以及土壤源熱泵等多種類(lèi)型。

3.3 冰蓄冷系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

冰蓄冷系統(tǒng)技術(shù)指的是把太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊推肺荒芰哭D(zhuǎn)化為高品位冷能儲(chǔ)存在蓄冰裝置中，通過(guò)冷凍或蒸發(fā)方式將低溫?zé)崃酷尫懦鰜?lái)供空調(diào)使用。或是將建筑物中存儲(chǔ)有大量冷量的空調(diào)水進(jìn)行冷凍，并通過(guò)蓄冰裝置對(duì)其儲(chǔ)存的低溫冷量進(jìn)行回收利用。這種方法可以在不影響用戶(hù)正常使用空調(diào)系統(tǒng)的情況下，有效降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，具有較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)人員在利用該技術(shù)對(duì)暖通空調(diào)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要分析不同建筑類(lèi)型的需求特點(diǎn)及要求，然后根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的空調(diào)形式以及制冷機(jī)組容量；其次要合理確定制冷系統(tǒng)與設(shè)備選型，包括壓縮機(jī)型式、蒸發(fā)器型式、冷凝器型式、節(jié)流器型式及控制系統(tǒng)方案等；最后要優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行控制，確?？照{(diào)機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3.4 暖通空調(diào)的低溫增焓系統(tǒng)

就目前情況來(lái)看，低溫環(huán)境下的暖通空調(diào)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中主要會(huì)出現(xiàn)三個(gè)問(wèn)題。第一，空調(diào)系統(tǒng)的回氣壓力會(huì)隨著所處環(huán)境溫度的降低而降低，而回氣壓力的降低也會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致暖通空調(diào)內(nèi)部的制冷劑吸氣比容出現(xiàn)增加和提高的趨勢(shì)，系統(tǒng)制冷劑在這一作用的推動(dòng)下會(huì)減少相應(yīng)的流量，最終導(dǎo)致整個(gè)空調(diào)的供熱能力與制熱量呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。第二，暖通空調(diào)的系統(tǒng)壓比與系統(tǒng)回氣壓力之間成反比關(guān)系，即系統(tǒng)壓比會(huì)隨著系統(tǒng)回氣壓力的降低而增大，系統(tǒng)壓比的升高會(huì)提高空調(diào)的排氣溫度，從而阻礙空調(diào)系統(tǒng)的潤(rùn)滑油發(fā)揮作用，不僅會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油性能的下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)整個(gè)暖通空調(diào)的運(yùn)行產(chǎn)生消極影響。第三，若暖通空調(diào)的側(cè)換熱器在室外結(jié)霜，也會(huì)影響換熱器的正常工作，從而對(duì)暖通空調(diào)的制熱與供熱起到阻礙作用[3]。

因此，為了減少或避免上述情況的發(fā)生，使暖通空調(diào)能夠迎合綠色建筑與智慧城市建設(shè)的需求，技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)與研究，為其增設(shè)低溫增焓系統(tǒng)。由于低溫增焓系統(tǒng)原理復(fù)雜，壓縮機(jī)需要經(jīng)濟(jì)器或者閃蒸器輔助才能實(shí)現(xiàn)制冷劑運(yùn)行，制冷劑經(jīng)外界降溫后，會(huì)被噴氣增晗壓縮機(jī)沖入壓縮腔內(nèi)，由此冷卻壓縮腔中的原氣體，以實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)排氣溫度下降。為了確保噴氣增焓壓縮機(jī)能夠正常穩(wěn)定的發(fā)揮作用，就必須要做好其日常維護(hù)管理工作。采用噴氣增晗壓縮機(jī)，既可以增強(qiáng)小型家用空調(diào)制熱和供熱能力，也可在一定范圍內(nèi)有效地控制排氣溫度，大大降低或者避免故障，提升壓縮機(jī)及整體空調(diào)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3.5 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的智能化應(yīng)用

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的智能化應(yīng)用主要借助以VAV系統(tǒng)和BA聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主的各類(lèi)技術(shù)手段，這些智能化技術(shù)不僅能對(duì)暖通空調(diào)的新風(fēng)量、送風(fēng)靜壓等進(jìn)行有效控制，還能在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境和空氣質(zhì)量的改善。

一方面，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通空調(diào)能量消耗的管理與控制，技術(shù)人員可使用具有高度智能化特征的定量化模擬系統(tǒng)，并由此推動(dòng)暖通空調(diào)、綠色建筑與自然環(huán)境的融合與協(xié)調(diào)發(fā)展；另一方面，技術(shù)人員還應(yīng)在原有基礎(chǔ)上想辦法增強(qiáng)暖通空調(diào)的整體性能，盡可能減少或避免相關(guān)能源或資源的不必要消耗或浪費(fèi)[4]。

3.6 熱回收應(yīng)用

暖通空調(diào)熱回收應(yīng)用技術(shù)是指在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)部位，對(duì)建筑物所需的熱量進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，以達(dá)到降低室內(nèi)溫度或調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境溫濕度的目的。具體包括：利用空氣源熱泵機(jī)組將室內(nèi)空氣與室外新鮮空氣交換后產(chǎn)生的冷熱源（即新風(fēng)）送入到建筑物內(nèi)；采用熱泵機(jī)組向建筑物內(nèi)部供給生活熱水等。通過(guò)合理選擇使用各種不同類(lèi)型的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，使其既能滿(mǎn)足人們舒適宜人的居住環(huán)境要求，又可取得可觀的節(jié)能效果。

而對(duì)于智慧城市與綠色建筑來(lái)說(shuō)，暖通空調(diào)的熱回收應(yīng)用不僅能解決傳統(tǒng)空調(diào)帶來(lái)的能源浪費(fèi)問(wèn)題，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑節(jié)能減排目標(biāo)。技術(shù)人員在運(yùn)用熱回收技術(shù)進(jìn)行相關(guān)作業(yè)時(shí)，要考慮實(shí)際工程條件和具體需求，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、地理狀況以及經(jīng)濟(jì)水平確定熱回收方式及其運(yùn)行模式，這樣才能充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用。首先要了解熱回收裝置的工作原理，其次要根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出符合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的適宜的熱回收設(shè)備。同時(shí)，還要從多方面入手提高熱回收技術(shù)的可靠性與穩(wěn)定性，并做好各項(xiàng)安全保障措施，這樣才可以充分發(fā)揮熱回收技術(shù)的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)綠色建筑與暖通空調(diào)的建設(shè)目前已成為推動(dòng)智慧城市建設(shè)的重要抓手，但在實(shí)際建設(shè)與運(yùn)行中還存在諸多問(wèn)題。因此，相關(guān)技術(shù)人員和施工人員應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)變自己的傳統(tǒng)觀念和思維，通過(guò)各種手段加強(qiáng)對(duì)智慧城市的認(rèn)識(shí)和了解，并站在全局視角下重新審視綠色建筑與暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)工作。這樣才能提供高質(zhì)量服務(wù)，提升整個(gè)行業(yè)和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益。