綠色建筑技術在暖通設計中的應用分析

王玲艷

(深圳市一方建筑設計有限公司東莞分公司，廣東 東莞 523000)

0 引 言

目前，流通在市場內的大部分建筑暖通產品均不符合節能需求，也十分不利于建筑行業在市場內的可持續發展，盡管我國土地資源較為豐富，能源儲備量較高，但也難以維持社會發展對于能源的大量開發需求，甚至一些行業已經在建設中出現了能源危機[1]。為了改善現狀，本文將使用多種綠色技術，對建筑工程項目中的暖通設計展開研究。

1 綠色建筑技術的應用原則

從三個方面，詳細闡述綠色技術在建筑工程中的應用原則。

第一方面，現代化技術在建筑工程項目暖通設計中的應用，應嚴格遵循綠色、環保等原則[2]。例如，在工程建設中，可使用綠色可再生使用的工程材料代替不可再生的能源，強化對綠色設計理念在建筑工程中應用重要性的認識。在進行暖通空調制冷試劑的選擇時，應將材料的環保性與使用安全性作為主要評價指標，不可使用氯氟烴等制冷試劑，避免暖通空調在運轉中釋放的氣體對人體健康與自然環境造成危害。同時，在節能建筑的設計階段，還需要全面考慮材料的易得性問題，對于一些獲取難度較高、運輸較為困難的材料，應選擇其他材料代替使用，避免由于材料運輸對社會環境造成的污染[3]。此外，在建筑工程項目的暖通設計階段，還應根據項目的需求，合理使用靜壓、消聲箱體，以控制空調等大型建筑電氣設備在運行中存在的噪聲，必要情況下可采用在空調底部加裝軟木或橡膠材質底座的方式，以降低環境噪聲。在進行建筑暖通設計中必要消耗能源的選擇時，應優先選擇社會環境中的可再生能源作為消耗能源，包括生物沼氣等[4]。遵循上述原則進行暖通優化設計，可以在確保對自然環境資源加以循環利用的同時，降低高耗能空調運行對社會大氣環境的污染，以保證建筑綠色性能達標。

第二方面，遵循可循環、再利用原則進行建筑暖通設計，以實現對能源保障能力的強化，降低社會環境的污染[5]。例如，在建筑暖通設計初期階段，應將暖通電氣中各個部位的獨立性作為設計關鍵，一旦暖通電氣中某一部位或某個構件出現老化或故障問題時，可以采用直接更換的方式進行處理，對于替換掉的構件，對其加以維修以便后續繼續使用。按照上文提出的拆卸式設計方式，可以保障建筑暖通在遇到故障問題時的高效處理。此外，還應在設計階段使用多種可循環材料代替不可再生材料，以降低對能源的消耗。

第三方面，在建筑整體結構中，暖通部分屬于耗能較高的部分，無論是暖通電氣中的制冷與制熱功能，或是通風與采暖功能，都將存在較大的能源消耗。為此，在進行此方面內容的設計時，需要將設備節能運行作為首要原則，加大對市場中清潔能源的使用，包括潮汐能、太陽能、風能、地熱能等，通過對上述提出的能源的利用，降低建筑暖通設計對不可再生能源的消耗[6]。同時，還可以在設計中輔助計算機技術與智能化技術，利用程序對建筑暖通設計全生命周期中耗能的分析，掌握暖通高耗能的階段，采取合理、有效的措施，對其進行能耗優化。目前，我國建筑研究領域中應用較為廣泛的節能設計技術有自然通風技術、變頻調速技術，可以輔助自控程序進行暖通在運行中的綜合調整，避免暖通設備在運行中長期存在高負荷問題，保證采暖設備的運行功率隨著溫度的變化而發生變化，實現對設備能耗的節約。

2 綠色建筑技術在暖通設計中的應用

2.1 基于變頻調速技術的暖通風水能耗控制

針對建筑中的暖通設計，為了滿足建筑綠色可持續發展的需要，引入變頻調速技術針對暖通結構中的風能和水能消耗量進行調節和控制。將暖通體系運行過程中，在負荷和空間利用條件均不改變的情況下，不降低能源的利用效率作為設計目標[7]。設計過程中充分遵循這一目標，并在考慮空調設備負荷動態變化特性的基礎上，對空調體系中的循環水泵結構以及空氣處理劑結構進行配置，將其傳統電機用變頻調速電機替代，并通過調整水泵和風柜的參數，使其數值的變換能夠充分負荷空調運行負荷的變化[8]。在暖通裝置運行的過程中，若其負荷未達到峰值負荷，則可利用變頻裝置對風機和水泵的轉速進行調控，以此達到減少送風量和降低水泵循環流量的目的。若在空調運行過程中，其負荷達到了峰值負荷，則此時可不改變原有風機和水泵的轉速。通過這樣設置能夠有效減少暖通體系運行過程中的能耗量?；谏鲜隹刂埔?，設計如圖1所示的暖通風水能耗控制原理圖。

圖1 暖通風水能耗控制原理圖

按照圖1中所示的內容實現對暖通風水能耗的控制與調節，在控制過程中為了確保調控的有效性，需要針對各項運行參數進行采集，如對二次供水時的溫度以及回水時的溫度數據進行采集。按照本文上述論述內容，及圖1所示的控制原理實現對暖通風水能耗的有效控制。

2.2 基于可再生能源的地熱泵運行設計

在實現對暖通風能和水能消耗量的控制后，引入可再生能源運用的思想，對地熱泵的運行進行優化設計。針對冬季建筑內熱源的選擇，可嘗試結合土壤源熱泵技術實現對其供熱。這一技術的運行原理是利用地球表面淺層中存在的天然熱源，通過能量轉換的方式為建筑提供能量。在運行過程中，其基本工作原理如圖2所示。

圖2 地源熱泵工作原理示意圖

按照圖2所示實現對建筑暖通的供暖，同時針對各個根據不同季節進行開關的閥門進行合理協調配置，能夠使供熱過程中不必要的能源消耗量降低，以此達到綠色環保的效果。在實際應用中，可將傳統暖通設計中應用的空調冷凝機向土壤更深層次進行延伸，并實現熱交換。在冬季為實現建筑供暖，可直接從土壤當中獲取所需的熱量，并將其轉化為建筑室內所需的能源。同時，地源熱泵不僅可以為建筑提供供暖能力，還能夠實現對冷能的存儲。在夏季溫度較高時，可通過熱泵獲取到土壤當中存儲的冷能，并將這一部分冷能導入到建筑內部，實現供冷。上述將能源儲存并在不同季節應用的方式可實現對能源的充分利用，將其應用到暖通設計當中能夠充分滿足綠色建筑的設計要求。除此之外，針對不同建筑類型，還可選擇在天窗上增設水噴霧裝置，以此能夠避免玻璃表面受到陽光照射溫度過高的問題產生。一般情況下，設置水噴霧裝置后，玻璃表面的溫度能夠降低到27～28 ℃，為人們帶來更舒適的居住環境。同時，通過水噴霧的設置也能夠起到一定吸附太陽輻射熱的作用，以此降低建筑室內空調的冷負荷。

2.3 基于通風技術的暖通設計深度優化

結合綠色建筑設計要求中對利用建筑外部新風空調的要求，針對其暖通設計時，除了引入上述兩種綠色建筑技術外，還可采用多元通風技術，利用這一技術實現對暖通設計的深度優化。多元通風技術可通過三種不同通風形式實現對室內環境的通風要求。當前現有通風形式可分為三種，一種為空氣調節交互方式，一種為自然通風方式，一種為機械通風方式。在建筑全空氣體系的新風入口位置以及各個通路上都可以按照新風要求完成配置，通過對新風、回風閥門開度的調控，按照季節的變化對最小新風運行進行調節。以此不僅可以消除建筑內部的余熱，同時還能夠在最大限度上降低暖通空調的運行時間，從而節約大量能耗。針對季節變化明顯地區的建筑內部溫度變化進行分析，一般情況下，室內的溫度在15～30 ℃的時間約為1 000小時，占整個暖通工作運行時間的九成，個別區域內也存在溫度超過30 ℃的情況。在過渡季節，例如春天和秋天，建筑內部的溫度通常會超過30 ℃，并且每年超出30 ℃的時間約為10 h，并且大部分出現超過30 ℃的時間在中午1:00前后，因此這一階段可以通過增加機械通風量的方式，降低室內的余熱。而室內溫度低于15 ℃時，一般出現在非工作時段，此時可以直接關停熱泵機組，不需要考慮建筑內人體的舒適度要求，以此在滿足建筑內熱舒適性要求的同時，實現對能源的節約。

除了引入多元通風技術實現對暖通設計的深度優化以外，還可以嘗試通過置換通風技術的應用實現對新鮮空氣的傳遞。將溫度小于建筑室內活動區域的新鮮空氣通過較為緩慢的速度傳輸到活動區域當中，并在區域內形成空氣湖結構。當送風過程中遇到室內熱源時，溫度較低的空氣會被動加熱，并逐漸成為建筑內的主導氣流，以此能夠使污濁空氣隨著主導氣流方向排出建筑。與傳統混合式的通風方式相比，采用新的通風方式不需要考慮除活動區域以外區域空氣不潔凈的問題，只需要針對活動區域內的空氣進行調節。因此，基于這一特點，能夠使建筑內部通風能耗降低50%左右。除此之外，通過采用置換式通風，能夠進一步提升建筑內空氣的質量，將活動區域內不潔空氣的濃度控制在原有濃度的50%左右，以此既能夠滿足綠色建筑的設計要求，同時又能夠為建筑內人員帶來更高品質的空氣和理想的熱舒適度。

3 對比分析

為實現對設計成果的檢驗與可行性證明，選擇某地區大型會展中心項目作為本次研究的實例項目。按照本文設計的內容，對項目暖通設計進行全面優化，對比優化前后建筑的采暖設備耗能情況。實驗前，對此項目的概況信息進行描述，見表1。

表1 某地區大型會展中心項目概況信息

掌握此項目相關信息后，按照本文提出內容，進行綠色建筑技術的應用，根據此項目的特點與設計標準，提出空調冷熱水設計方案，見表2。

表2 會展中心項目中空調冷熱水設計方案

按照表2進行項目暖通設計，根據不同結構的運行可知，空調冷熱水泵、地源側循環水熱水泵、冷卻塔側水泵的運行效率均在80%以上，空調整體輸送效能比值約為0.015 9，遠大于“標準”要求。由此可見本文設計的建筑暖通可行。

在此基礎上，對比建筑中采暖設備在12 h內的耗能情況，將優化前后的耗能作為對比指標，其結果如圖3所示。

圖3 暖通設計優化前后的耗能對比

通過圖3可知，此次研究設計的成果可以降低建筑中采暖設備在運行中的耗能。尤其在建筑溫度適宜的條件下，采暖設備將根據室內環境溫度的變化，自動調整到怠速運行模式，避免在運行中出現負載問題。

4 結束語

市場調研數據顯示，建筑暖通耗電與耗能占全國總電量消耗的三成左右。為解決建筑暖通能耗過大造成的環境溫室效應問題，應加大對建筑設計中綠色技術的投入與使用，通過對建筑暖通的優化設計，降低建筑整體耗能，實現對能源利用率的全面提升，緩解社會能源危機問題。