節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)在綠色建筑中應(yīng)用

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【摘要】綠色建筑首先需要控制的就是暖通空調(diào)的能耗。文章以綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用為切入點，探討綠色建筑的節(jié)能措施，希望能為達到雙碳目標貢獻力量。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；綠色節(jié)能；暖通空調(diào)技術(shù)

1綠色建筑發(fā)展的新階段

1.1綠色建筑概念的發(fā)展

2019年，修訂后的《綠色建筑評價標準》（GB/T503782019）將傳統(tǒng)的“四節(jié)一環(huán)保”修改為安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約和環(huán)境宜居五個要素。隨著科技和城市的發(fā)展，傳統(tǒng)的建造理念已經(jīng)不能滿足居住者對建筑的高品質(zhì)追求，修訂后的《綠色建筑評價標準》與時俱進，體現(xiàn)了新時期建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)涵[1]。

1.2新時期綠色建筑的內(nèi)涵

1.2.1由關(guān)注建筑向關(guān)注人的感受轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的綠建評價是從建筑的視角進行的；新時期的綠色建筑評價將視角轉(zhuǎn)向提升建筑品質(zhì)和居住者的體驗感受以及居住環(huán)境。1.2.2由以技術(shù)主導(dǎo)向以設(shè)計主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的“四節(jié)一環(huán)保”體系更強調(diào)綠色技術(shù)的使用；新時期的綠色建筑更注重從建筑選址、設(shè)計等初始環(huán)節(jié)就使建筑帶有綠色要素。1.2.3由措施導(dǎo)向向性能效果導(dǎo)向轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的綠色建筑評價以數(shù)據(jù)為準，并授予相應(yīng)標識；新時期的綠色建筑不僅要用數(shù)據(jù)說話，更要從性能上真正取得綠色效果。

2綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)在綠色建筑中的重要性

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，對建筑物的舒適度也有了更高追求。冬暖夏涼是人們對建筑環(huán)境最基本的要求，尤其是在全球性氣候變暖的背景下，暖通空調(diào)的重要性不言而喻。當人們享受暖通空調(diào)帶來的舒適感時，也應(yīng)該看到舒適的背后是極高的能源消耗和碳排放，這大大破壞了生態(tài)環(huán)境，與環(huán)保政策不相符。因此，亟需綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)的出現(xiàn)，為建成綠色建筑、加強我國生態(tài)文明建設(shè)貢獻建筑業(yè)的力量。基于此，在進行暖通空調(diào)技術(shù)設(shè)計時，首先就需要遵循節(jié)能環(huán)保的原則，減少耗能。暖通空調(diào)作為一套系統(tǒng)，其節(jié)能應(yīng)涉及整個系統(tǒng)的運行過程，不能僅局限在某一個環(huán)節(jié)或方面。與此同時，設(shè)計師要從設(shè)計初始就帶著節(jié)能環(huán)保的理念和思想進行暖通空調(diào)系統(tǒng)的整體設(shè)計，使暖通空調(diào)系統(tǒng)先天就具有節(jié)能環(huán)保的功能和效果，為綠色建筑的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。其次，要做到綠色節(jié)能環(huán)保的暖通空調(diào)技術(shù)，還需要注意對零部件和管道等材料物品的回收再利用，在減少耗材的同時，還節(jié)約了建設(shè)成本。

3綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)的具體應(yīng)用

綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)按大類主要分為被動式節(jié)能技術(shù)、主動式節(jié)能技術(shù)。被動式技術(shù)主要體現(xiàn)在對建筑朝向、窗墻比、外窗傳熱系數(shù)、建筑遮陽、自然通風、室內(nèi)隔熱墻、擋風墻及門斗、垂直綠化等方面的利用控制，這樣有利于優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境。主動式技術(shù)主要表現(xiàn)在機電系統(tǒng)的能效提升方面，此類技術(shù)主要應(yīng)用在建筑規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的情況下，具體包括變頻水泵、變頻風機、輻射系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)的使用。

3.1被動式節(jié)能技術(shù)

3.1.1對太陽能的合理利用。被動式太陽能利用技術(shù)指不采用機械動力，直接通過輻射、對流和傳導(dǎo)實現(xiàn)太陽能采暖或供冷，利用太陽能直接滿足建筑內(nèi)人們的需求。但需要注意的是，雖然在寒冷季節(jié)使用太陽能可降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的采暖負荷，但到了炎熱的夏季，太陽輻射量會大幅增加，使日間空調(diào)的冷負荷大大提高。因此，要做到綠色節(jié)能的暖通空調(diào)技術(shù)，就必須對太陽能進行合理控制和利用。可采取安裝節(jié)能玻璃、在雙層玻璃間設(shè)置百葉、建筑外設(shè)置遮陽板等措施，一方面能調(diào)節(jié)對太陽能的使用，另一方面還可以支持照明系統(tǒng)，減少建筑的照明能耗。3.1.2合理的窗墻比。外窗是外圍護結(jié)構(gòu)中的一種輕薄型構(gòu)件，不僅影響建筑物的通風、采光及立面效果，同時由于它的保溫隔熱性能不如外墻和屋面，會產(chǎn)生巨大能耗。窗墻比過小，建筑物內(nèi)部會通風不暢，采光不足，空調(diào)及照明能耗會增加；窗墻比過大，則會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度、增強外部環(huán)境向室內(nèi)熱（冷）傳導(dǎo)、輻射等，整個設(shè)備的耗能會增多。因此，合理的窗墻比能使暖通空調(diào)技術(shù)起到節(jié)能環(huán)保的效果。3.1.3利用自然通風。自然通風利用風壓原理，控制入室氣流，使其能夠流向人員工作及活動范圍，可部分取代空調(diào)系統(tǒng)。在春天和秋天，可以利用自然通風，提高建筑室內(nèi)溫度的舒適度，使室內(nèi)有足夠的新鮮空氣。在夏天，可通過晚間自然通風，抵消室內(nèi)的蓄熱量，有效降低白天空調(diào)的啟動負荷。如今，越來越多的人喜歡自然風，接受自然風[2]。

3.2主動式節(jié)能技術(shù)

綠色節(jié)能暖通空調(diào)系統(tǒng)的主動式節(jié)能技術(shù)是指通過相關(guān)機械設(shè)備和電氣化設(shè)備對建筑室內(nèi)的生態(tài)環(huán)境進行有效改善。3.2.1置換式通風系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以促使經(jīng)過調(diào)整的新鮮空氣利用下送風或是頂回風的方式進入室內(nèi)，可實現(xiàn)冷空氣的上下流動，促使建筑物室內(nèi)的地板位置出現(xiàn)清新而溫度適中的空氣潮，使熱氣流和冷空氣產(chǎn)生相互作用，出現(xiàn)空氣運動形成對流上升狀況，對流升至建筑頂部的排風口，然后隨之排出。這樣做可以大大減少暖通空調(diào)的使用，從而降低能耗。3.2.2冷輻射吊頂系統(tǒng)。冷輻射吊頂系統(tǒng)是一種新型空調(diào)系統(tǒng)，通過冷、熱水在銅盤管內(nèi)的不斷循環(huán)，實現(xiàn)對建筑內(nèi)部墻面、人員以及設(shè)備等的冷、熱輻射，起到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，該系統(tǒng)配備獨立的新風系統(tǒng)，可為室內(nèi)通風換氣，并承擔室內(nèi)潛熱負荷。輻射系統(tǒng)制冷性能系數(shù)提高，且省去了風機的耗電，節(jié)能效果明顯。室內(nèi)安靜無噪音。根據(jù)資料數(shù)字顯示，置換式新風系統(tǒng)加輻射供冷系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，能節(jié)約20%～60%的能耗。3.2.3變頻水泵。在空調(diào)水系統(tǒng)中，閥門開度不變，根據(jù)空調(diào)負荷減少時的流量減少需求，通過變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變系統(tǒng)流量。同時，水泵消耗的功率也隨之降低顯著。有數(shù)據(jù)顯示，變頻水泵流量減少到75%時，消耗功率可減少到原來的42%。3.2.4變頻風機。變頻風機可以降低能耗。①閥門節(jié)流損失功率；②由于變速后風機的壓頭降低以及運行效率提高，使風機本身少消耗熱量。采用變頻風機調(diào)節(jié)風量可大幅節(jié)約電能。同時，需要根據(jù)風機的工況合理選擇變頻。3.2.5能量回收。能量回收主要包括排風熱回收、空調(diào)冷凝熱回收和內(nèi)區(qū)熱量回收。排風熱回收。新風能耗在空調(diào)通風系統(tǒng)中占了較大比例。建筑中有新風進入，必有幾乎等量的室內(nèi)空氣排出，這些排風對于新風來說含有熱量或冷量，可從排風中回收熱量或冷量，以減少新風能耗。目前，使用較普遍的新風排風熱回收設(shè)備是全熱交換器[3]。空調(diào)冷凝熱回收。常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷劑循環(huán)、冷卻水（或空氣）循環(huán)、冷凍水（或空氣）循環(huán)組成。室內(nèi)冷負荷通過蒸發(fā)器進入制冷劑循環(huán)，變成冷凝排熱的一部分，再通過冷卻水（或空氣）循環(huán)排放到大氣中去，未加以利用。制冷機組在空調(diào)工況下運行時向大氣環(huán)境排放大量的冷凝熱，通常冷凝熱可達制冷量的1.15倍～1.3倍。大量的冷凝熱直排散失，能源浪費較多，這些熱會對環(huán)境產(chǎn)生不好的影響。將制冷機組放出的冷凝熱予以回收利用，用來加熱生活熱水和其他熱水，既能減少熱排放，還能變廢為寶，節(jié)約資源。室內(nèi)熱量回收。建筑室內(nèi)全年都存在大量余熱，可利用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)回收室內(nèi)熱量。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)由室內(nèi)水、空氣熱泵機組和水循環(huán)環(huán)路和輔助設(shè)備（冷卻塔等）組成。

4綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)的智能化發(fā)展

4.1暖通空調(diào)的智能設(shè)計

綠色化的發(fā)展需要多專業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新，這給設(shè)計師提出了更高要求，傳統(tǒng)設(shè)備專業(yè)導(dǎo)向的節(jié)能是通過提高熱工設(shè)計標準和提高設(shè)備系統(tǒng)能效實現(xiàn)能耗強度的降低，再通過合理控制建筑空調(diào)供暖的規(guī)模、區(qū)域和時間，可以在保證舒適度的前提下，合理設(shè)置少用能、不用能的空間，這樣做可以在增量成本更低的條件下，實現(xiàn)節(jié)能效果。

4.2數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧運維方法

綠色建筑的發(fā)展，設(shè)計是源頭，運維是重點。隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法已經(jīng)不適應(yīng)當前的節(jié)能效率，該方法繁冗、侵入性強，數(shù)據(jù)質(zhì)量差且少，數(shù)據(jù)量級僅僅為KB/MB，難以支撐長期、大規(guī)模的環(huán)境數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫建立。通過建立非侵入式室內(nèi)環(huán)境健康性能監(jiān)測設(shè)備和平臺系統(tǒng)（見圖1），可以搭建多維云端可視化監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)倉庫。以室內(nèi)環(huán)境多測點的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔以環(huán)境模擬或空間插值方法，建立多維參數(shù)、海量數(shù)據(jù)的動態(tài)環(huán)境場，這種方法能夠分時段、分區(qū)域?qū)κ覂?nèi)環(huán)境性能表現(xiàn)進行精細化剖析和靶向診斷。以夏熱冬冷地區(qū)某辦公樓為例，夏季工作日該樓標準層中部開敞辦公區(qū)面積大，人員多，空調(diào)末端送風可及性較差，室溫偏高，CO2濃度偏高，而冬季工作日整個樓層的室溫普遍偏低，特別是靠近圍護結(jié)構(gòu)的區(qū)域。北向小辦公室位于角落的工位附近CO2濃度偏高，通風不暢，見圖2。通過針對性調(diào)整實現(xiàn)環(huán)境控制優(yōu)化[4]。

5結(jié)語

綜上所述，雙碳目標的提出給建筑業(yè)，尤其是暖通空調(diào)專業(yè)提出了巨大挑戰(zhàn)，也帶來了發(fā)展機遇。如何使暖通空調(diào)更節(jié)能、建筑更綠色、居住者的感受更舒適，成為促進建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵要素。新時期賦予綠色建筑新的內(nèi)涵，隨著科技的發(fā)展，暖通空調(diào)技術(shù)也緊跟智能化發(fā)展的浪潮，從智能化設(shè)計入手，到智慧化運維，給綠色低碳技術(shù)的發(fā)展提供了新方向。

參考文獻

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[2]田雨.綠色節(jié)能暖通空調(diào)技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2021（9）：91-92.

[3]周光輝，余娜，張震，王慧.空調(diào)冷凝熱熱回收技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].低溫與超導(dǎo)，2008（10）：65-68+81.

[4]費衍慧，林震.低碳城市建設(shè)中的綠色建筑發(fā)展研究[J].中國人口·資源與環(huán)境，2010，20（S2）：169-172.

作者:趙中強 單位:濟南二建集團工程有限公司