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(diǎn)，探討綠色建筑的節(jié)能措施，希望能為達(dá)到雙碳目標(biāo)貢獻(xiàn)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T503782019）將傳統(tǒng)的“四節(jié)一環(huán)?！毙薷臑榘踩途?、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約和環(huán)境宜居五個(gè)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)》與時(shí)俱進(jìn)，體現(xiàn)了新時(shí)期建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)涵[1]。

1.2新時(shí)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(jià)是從建筑的視角進(jìn)行的；新時(shí)期的綠色建筑評價(jià)將視角轉(zhuǎn)向提升建筑品質(zhì)和居住者的體驗(yàn)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(jì)主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的“四節(jié)一環(huán)?！斌w系更強(qiáng)調(diào)綠色技術(shù)的使用；新時(shí)期的綠色建筑更注重從建筑選址、設(shè)計(jì)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(jià)以數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，并授予相應(yīng)標(biāo)識(shí)；新時(shí)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(jì)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(dāng)人們享受暖通空調(diào)帶來的舒適感時(shí)，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(qiáng)我國生態(tài)文明建設(shè)貢獻(xiàn)建筑業(yè)的力量?；诖?，在進(jìn)行暖通空調(diào)技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，不能僅局限在某一個(gè)環(huán)節(jié)或方面。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)師要從設(shè)計(jì)初始就帶著節(jié)能環(huán)保的理念和思想進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，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(shí)，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(dòng)式節(jié)能技術(shù)、主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)。被動(dòng)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(fēng)、室內(nèi)隔熱墻、擋風(fēng)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(dòng)式技術(shù)主要表現(xiàn)在機(jī)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(fēng)機(jī)、輻射系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)的使用。

3.1被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

3.1.1對太陽能的合理利用。被動(dòng)式太陽能利用技術(shù)指不采用機(jī)械動(dòng)力，直接通過輻射、對流和傳導(dǎo)實(shí)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(fù)荷，但到了炎熱的夏季，太陽輻射量會(huì)大幅增加，使日間空調(diào)的冷負(fù)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(jìn)行合理控制和利用?？刹扇“惭b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(hù)結(jié)構(gòu)中的一種輕薄型構(gòu)件，不僅影響建筑物的通風(fēng)、采光及立面效果，同時(shí)由于它的保溫隔熱性能不如外墻和屋面，會(huì)產(chǎn)生巨大能耗。窗墻比過小，建筑物內(nèi)部會(huì)通風(fēng)不暢，采光不足，空調(diào)及照明能耗會(huì)增加；窗墻比過大，則會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度、增強(qiáng)外部環(huán)境向室內(nèi)熱（冷）傳導(dǎo)、輻射等，整個(gè)設(shè)備的耗能會(huì)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(fēng)。自然通風(fēng)利用風(fēng)壓原理，控制入室氣流，使其能夠流向人員工作及活動(dòng)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(fēng)，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(fēng)，抵消室內(nèi)的蓄熱量，有效降低白天空調(diào)的啟動(dòng)負(fù)荷。如今，越來越多的人喜歡自然風(fēng)，接受自然風(fēng)[2]。

3.2主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

綠色節(jié)能暖通空調(diào)系統(tǒng)的主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)是指通過相關(guān)機(jī)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(jìn)行有效改善。3.2.1置換式通風(fēng)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(fēng)或是頂回風(fēng)的方式進(jìn)入室內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)冷空氣的上下流動(dòng)，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(yùn)動(dòng)形成對流上升狀況，對流升至建筑頂部的排風(fēng)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(shí)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(dú)立的新風(fēng)系統(tǒng)，可為室內(nèi)通風(fēng)換氣，并承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷。輻射系統(tǒng)制冷性能系數(shù)提高，且省去了風(fēng)機(jī)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(fēng)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(fù)荷減少時(shí)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(shí)，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(shí)，消耗功率可減少到原來的42%。3.2.4變頻風(fēng)機(jī)變頻風(fēng)機(jī)可以降低能耗。①閥門節(jié)流損失功率；②由于變速后風(fēng)機(jī)的壓頭降低以及運(yùn)行效率提高，使風(fēng)機(jī)本身少消耗熱量。采用變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量可大幅節(jié)約電能。同時(shí)，需要根據(jù)風(fēng)機(jī)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(fēng)熱回收、空調(diào)冷凝熱回收和內(nèi)區(qū)熱量回收。排風(fēng)熱回收。新風(fēng)能耗在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中占了較大比例。建筑中有新風(fēng)進(jìn)入，必有幾乎等量的室內(nèi)空氣排出，這些排風(fēng)對于新風(fēng)來說含有熱量或冷量，可從排風(fēng)中回收熱量或冷量，以減少新風(fēng)能耗。目前，使用較普遍的新風(fēng)排風(fēng)熱回收設(shè)備是全熱交換器[3]?？照{(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(fù)荷通過蒸發(fā)器進(jìn)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(jī)組在空調(diào)工況下運(yùn)行時(shí)向大氣環(huán)境排放大量的冷凝熱，通常冷凝熱可達(dá)制冷量的1.15倍～1.3倍。大量的冷凝熱直排散失，能源浪費(fèi)較多，這些熱會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生不好的影響。將制冷機(jī)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(jī)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(jì)

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(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)和提高設(shè)備系統(tǒng)能效實(shí)現(xiàn)能耗強(qiáng)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(shí)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(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

4.2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧運(yùn)維方法

綠色建筑的發(fā)展，設(shè)計(jì)是源頭，運(yùn)維是重點(diǎn)。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(dāng)前的節(jié)能效率，該方法繁冗、侵入性強(qiáng)，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(tái)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(diǎn)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(dòng)態(tài)環(huán)境場，這種方法能夠分時(shí)段、分區(qū)域?qū)κ覂?nèi)環(huán)境性能表現(xiàn)進(jìn)行精細(xì)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(biāo)準(zhǔn)層中部開敞辦公區(qū)面積大，人員多，空調(diào)末端送風(fēng)可及性較差，室溫偏高，CO2濃度偏高，而冬季工作日整個(gè)樓層的室溫普遍偏低，特別是靠近圍護(hù)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(fēng)不暢，見圖2。通過針對性調(diào)整實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制優(yōu)化[4]。

5結(jié)語

綜上所述，雙碳目標(biāo)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(jī)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(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵要素。新時(shí)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(jì)入手，到智慧化運(yùn)維，給綠色低碳技術(shù)的發(fā)展提供了新方向。

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作者:趙中強(qiáng) 單位:濟(jì)南二建集團(tuán)工程有限公司