暖通设计中绿色建筑技术的应用研究

文／魏勇 北京金鼎达科技发展有限公司 北京 100176

暖通系统是当前房地产建筑行业中耗能最大的系统，相关数据表明，我国暖通系统的耗电数值占全国总耗电数值的30%左右。巨大的耗电量不仅会给建筑企业带来较大的经济负担，同时也违背了绿色建筑的发展要求。因此，就需要暖通设计人员改变自身的设计思路，将“绿色环保”理念融入到暖通设计中，依据暖通系统的特点，积极探寻和应用合理的绿色建筑技术进行系统设计，最大限度地降低系统运行产生的能耗及给环境带来的不良影响，这样不仅能防止我国出现能源枯竭的现象，从而促进社会健康可持续发展，同时也能最大限度地降低建筑企业对暖通系统建设的投入，从而能提高其经济效益和促进其获得长久、健康的发展。

绿色建筑技术指的是遵循“绿色环保”的思想对建筑工程项目进行合理规划，最大限度地降低工程建设的人力、物力和经济投入，并结合建筑工程的实际情况尽可能选用先进的施工设备、科学的施工方法以及性价比较高的节能环保建材，以降低工程建设对环境造成的不良影响。暖通空调系统在运行过程中会产生较大的能源消耗，这种现象不符合我国社会发展对节能的基本要求，同时暖通空调系统排放的一些废物直接流散到空气中，也会对我国大气环境造成一定的不良影响，基于此，要推动暖通建筑行业的健康可持续发展，就需要暖通设计人员在设计过程中遵循绿色环保理念和采用合理的绿色建筑技术进行设计，才能落实节 能、环保的设计理念要求。

2.1 绿色环保性原则

在暖通设计中应用绿色建筑技术首要遵循绿色环保性原则，为遵循这一原则要求，要求设计人员在进行暖通设计前，全面调研和了解市场上的暖通相关材料，寻找环保性能较高的材料，若不能合理选择建筑材料，不仅会影响暖通工程建设的正常运行和工程建设质量，同时还会产生较大的资源浪费和环境污染。由于暖通工程对材料的保温性能质量要求较高，因此，一般选择保温性能质量高且优质、环保的可再生材料。另外，设计人员还需全面做好暖通空调的绿色环保设计，确保设计的暖通空调安装结构具有一定的独立性，可灵活安装或拆卸，这样不仅能提高暖通空调系统利用的灵活性，还能大大提升暖通系统整体的工作效率和延长其使用周期。

2.2 能源节约性原则

“绿色环保”思想主要包含了保护环境和降低能源消耗两个方面的内容，因此，应用绿色建筑技术进行暖通设计，设计人员还需遵循能源节约性原则。现阶段，暖通系统中的采暖系统、制冷系统、通风系统等在运行过程中均会耗费大量的不可再生能源，为了防止不可再生能源过度消耗和消耗殆尽，设计人员需改变传统的暖通设计思路，选用可再生资源进行暖通系统设计，同时还需尽可能利用性价比高的能源，使能源利用效率提高，另外，还需根据暖通系统与建筑工程内外的协调性做好暖通系统消耗能源的回收再利用循环工作，这样不仅能达到节能的要求，还能起到环境保护作用。

2.3 循环再利用原则

循环再利用也是绿色建筑技术的重要组成部分之一，通过循环再利用不仅能有效节约能源，从而能降低暖通工程建设的投入成本，还能避免一些报废的材料、设备得到二次利用，防止其流入外部而造成环境污染。因此，暖通设计人员还需遵循循环再利用原则进行设计，可通过回收暖通空调系统中报废的材料、设备，送至相应的工厂进行加工，使其成为可以重新利用的产品，以变废为宝，实现相关材料的良性循环利用。值得注意的是，部分材料在循环利用过程中会产生有毒气体，危害人们身体健康安全和污染环境，如一些保温材料，因此，需将其排除在绿色暖通设计适用范围外。

在可持续发展理念指引下，绿色建筑技术在暖通设计中得到了一定的应用，但是，从目前的应用现状来看，并不理想，存在较多的问题：

3.1 对绿色建筑技术理念认知不足

不少暖通设计人员对绿色建筑技术存在错误的认知，认为应用绿色建筑技术不仅会增加暖通设计难度，同时还会增加暖通工程建设投入，且难以在短时间内看到具体的效益，故对绿色建筑技术重视度不足，这种片面的认知往往会导致其未应用绿色建筑技术进行暖通设计，而是沿用传统粗放的形式进行暖通设计，从而导致设计出的暖通系统无法达到绿色环保的要求。

3.2 对绿色建筑技术应用能力不足

随着可持续发展战略的不断推进，已有不少暖通设计人员认识到绿色建筑技术应用的必要性和重要性，但是，相比于传统的设计方式，应用绿色建筑技术进行暖通设计难度更大，专业要求更高，受专业能力不足、经验缺乏等因素的影响，设计人员往往不能良好地应用绿色建筑技术，从而使设计出的暖通系统无法达到绿色建筑暖通设计的要求。

4.1 合理应用绿色建筑技术进行暖通设计

4.1.1 地源热泵技术地源热泵技术是一种利用地球表面浅层地热资源（也被称为地能）作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统，其主要是通过将换热器埋置在地下30-100m 处，收集地球表面浅层地热资源，从而影响地面温度，但不会对地下水或地面的生物体系产生影响或破坏[1]。地球表面浅层是一个巨大的太阳能集热器，相关数据表明，其收集的太阳能力占比高达47%，比人类每年利用的太阳能高出500 多倍，地球表面浅层对地能的广泛收集作用使得地能成为了一种清洁、近乎无限的可再生能源，因此，在暖通设计中应用地源热泵技术符合循环再利用原则。并且，地源热泵机的功能较多，一套地源热泵机或一套地源热泵系统可代替原来的空调加锅炉装置或系统，可供暖、供冷、供生活热水等。地源热泵技术还具有显著的环境效益，地源热泵装置在运行过程中不需进行燃烧，不会产生废弃物。另外，地源热泵系统应用的机械运动部件较少，从而能降低系统运行和维护费用。因此，暖通设计人员可应用地源热泵技术进行系统设计，这样不仅能同时解决暖通空调供热、制冷等方面的需求，同时还能降低系统建设投入成本和减少系统运行产生的废弃物排放。应用地源热泵技术还能实现系统对夏季配出和冬季吸收热量的平衡，这样不仅能保障热源热泵使用性能的稳定，也能保障地表温度的恒定。

4.1.2 太阳辐射暖通节能技术

太阳能是一种可再生能源，具有总量大、使用不受地域、资源等限制特点，因此，其也被认为是现阶段最符合绿色建筑设计理念的能源之一，将其应用于建筑暖通设计中，不仅能为暖通工程长久健康运行提供良好的动力支持，还能降低系统运行过程中废弃物的排放，从而起到环保的作用。将太阳能应用于暖通设计中主要是应用太阳辐射暖通节能技术，太阳辐射暖通节能技术主要是通过科学配置集热器、换水箱及其它加热设备采集太阳辐射热量，将太阳能转化为热能，然后，将热能输送至系统换热中心，协同换热设备对热水进行加热，再将加热的水输送到建筑地板采暖系统和暖通空调系统，为建筑物供应所需的热负荷。并且，其还具备热水供应功能，能为生活热水提供生活用热负荷。另外，应用太阳辐射暖通节能技术还能实时调节室内温度，从而能为人们提供温暖舒适的工作、学习和生活环境[2]。

4.1.3 冰蓄冷技术

冰蓄冷技术是当前较为重要节能手段发展方向之一，其主要是利用低价电制冰蓄冷将夜间电网低谷时间的冷量储存起来，白天用电高峰时溶水，释放所蓄冰冷量以保障人们在用电高峰也有充足冷气供应，简单来说，就是在用电的低谷期汇集冷量，将其以水体或水体在低温环境下凝结成冰的方式进行存储，白天用电高峰期和温度较高时，冰融化可释放冷量，从而能达到降温的效果。该项技术不仅能有效降低电力消耗和维持一天电力能源的输出稳定，还能达到良好的制冷效果。另外，有研究指出，在暖通制冷系统设计规划中应用冰蓄冷技术，不仅能节约能力和保持低温输送风力，还能减少污染排放。应用冰蓄冷技术过程中，为达到最佳的环保节能效果，设计人员需对冷量收集系统进行优化设计，一般采用风力传输收集冷量，可达到最佳的冷量收集效果。另外，还需尽可能减小蓄冷池容积，小容积蓄冷池不仅能减少系统建设投入成本，还能减少系统热量的损失。

4.1.4 变频技术

在暖通设计中应用变频技术是指应用高效率、高舒适度的空调系统及其他相关设备有效调节建筑物内的能量，尤其是当建筑物外界条件发生变化时，应用变频技术能灵活调节室内的冷热量，这样就能有效降低外界条件对室内温度、湿度等造成的影响，从而能提升室内环境的舒适度。且应用变频技术进行暖通系统设计，也能提升暖通系统的可靠性和经济性。

4.2 合理选择低耗能的节能环保材料

选择低耗能的节能环保材料是应用绿色建筑技术的基础，因此，暖通设计人员需根据绿色暖通设计标准要求合理选择节能环保材料，并且还需严格测评材料质量。在实际选择过程中，可以根据暖通工程的实际情况、周边环境特点等选用绿色材料，并且还需要对绿色材料的耗费成本进行考虑，在满足工程建设投入成本要求的基础条件下选择最符合要求的材料，尽可能避免所选材料对周边环境造成不良影响或破坏建议选择节能环保型制冷剂，这种环保材料不仅能提升系统制冷效果，还能减少暖通系统运行对环境造成的污染。另外，还需要根据环保材料的等级标准选择环保材料和评估采用相关材料进行绿色暖通设计所能达到的质量[3]。

4.3 合理应用自然通风法

4.3.1 自然主动式暖风控制系统

绿色建筑技术的实质是尽可能提高自然中能源及资源的利用效率，使建筑物本体的消耗降低，并尽量利用可再生能源推动系统运行，从而才能达到有效利用资源和节能环保的目标要求。自然主动式暖风控制系统是目前暖通系统中较为常用的自然通风法之一，该系统运行的原理主要是利用风能资源在过渡季节能产生新鲜空气，借由自然主动式暖风控制系统有效利用这些风能资源，不仅能有效降低暖通系统运行产生的负荷量，还能使夏季时节建筑围护结构与建筑物内部家具的储热量降低。例如，天津某地区一高层建筑采用了自然主动式暖通空调法进行暖通设计，也即将透明塑料薄片安装在墙外表面10cm 左右处，使高层建筑墙体和透明塑料薄片之间形成一个空气间层，并将深色的选择性涂层涂抹在朝向阳墙的外表面，当自然风力超过0.3m/s 时，通过温室效应原理可使空气间层产生热压，驱动室内空气产生流动，这样不仅实现了对自然风的有效利用，还能降低采用其他设备促进暖通系统运行产生的能源消耗。

4.3.2 应用风压实现自然通风

应用风压实现自然通风是应用自然通风法进行暖通设计的有效形式之一，为了能有效利用建筑外部的风压，在进行暖通系统设计过程中，设计人员需对暖通系统朝向、格局、通风性以及建筑物内部结构、平面等进行综合考虑，尽可能将暖通建筑工程的门、窗设计在一条直线上，这样有助于形成室内空气循环，降低室内空气对流的阻力，使室内空气热量降低的同时能减少空调等制冷设备的使用，从而能达到一定的节能效果。

4.3.3 应用热压实现自然通风

一项关于暖通系统的设计实践结果表明，利用热压差进行自然通风是一种高效的绿色暖通设计方法，其主要是应用空气热压实现自然通风，也即利用室内外空气热量、密度的不同来实现室内外自然通风[4]。由于冷空气的密度相对较低，设计人员可在建筑物内较为的位置设置通风口入口，根据热空气上升的原理，将通风口出口设置在较高处，这样就能有效实现室内空气的自然对流、循环。

4.3.4 应用风压和热压共同作用下实现自然通风

风压与热压均与室内外环境密切相关，且两者之间也存在一定的关联，实际上，建筑中的自然通风均是风压和热压共同作用的结果。若风压与热压能产生良好的协同作用，可增强室内自然通风，反之，两者相互抵消，就会削弱室内自然通风。因此，设计人员还可应用风压和热压共同作用下实现自然通风，不仅能提升自然通风的效果，还能给建筑物内的住户带来更好的居住体验。

4.4 应用多元化节能减排技术

绿色暖通设计涵盖的内容较多，因此，在设计过程中，设计人员还需应用多元化节能减排技术进行系统设计，不仅要注重对暖通系统本身的节能减排设计，还需从整体角度出发，对暖通系统周边景观进行节能减排设计或参考系统周边的整体环境合理应用节能减排技术进行系统设计。例如，选择冷风机设备时，需要从设备运行性能、运行功率、对环境的影响等多方面进行考虑，一般选用COP 性能系数高的冷水机组，不仅具有良好的空气自动调节功能和自动化监测功能，还能达到良好的节能效果。再如，设计暖通建筑门窗时，尽可能将门窗设置在植被茂盛的区域，这样不仅能促进暖通建筑契合绿色建筑主题，还能提升建筑室内空气流畅度[5]。

在暖通设计中应用绿色建筑技术不仅是落实我国可持续发展战略的基本要求，同时也是促进暖通建筑业取得良好发展的必经途径，然而，在暖通设计过程中，不少设计人员并未遵循“绿色环保”理念，仍是采用传统粗放的方式进行系统设计，导致设计出的暖通系统不仅会产生较大的能源消耗与浪费，同时也对自然环境造成了严重的不良影响，基于此，就需要暖通设计人员改变自身设计理念，严格遵循“绿色环保”理念要求和积极应用绿色建筑技术进行暖通设计，如合理应用地源热泵技术、太阳辐射暖通节能技术、冰蓄冷技术、变频技术等绿色建筑技术进行暖通设计，另外，还需合理选择低耗能的节能环保材料、合理应用自然通风法（包含自然主动式暖风控制系统、应用风压实现自然通风、应用热压实现自然通风以及应用风压和热压共同作用下实现自然通风）、应用多元化节能减排技术，通过应用这些技术和方法，不仅能有效减少暖通系统运行产生的能耗，还能合理利用一些清洁的可再生资源，从而能促进暖通系统长久稳定的运行，并且能避免或减少系统运行给环境造成的不良影响。