浅析基于绿色建筑的暖通空调设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅析基于绿色建筑的暖通空调设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

［摘要］:论述了绿色建筑的基本含义、特性以及对暖通空调设计的要求，并从系统设计、运行控制、建筑物结构特性等方面探讨了暖通空调技术在绿色建筑中的应用。

［关键词］:绿色建筑;暖通空调;设计

Abstract: This paper discusses the basic meaning, features and requirements of the HVAC design of the green building, and discusses the HVAC technology in the application of the green building from system design, operation control, and building structure characteristics.Key words: green buildings; HVAC; design

中图分类号：TU831.3+8 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

Abstract: discourse the basic signification and characteristics of green building ,expresses the requirements of HVAC design in greenbuilding ,analyses the application of HVAC technology in the green building in terms of system design, operation control, building structure characteristics.

Keywords: green building；HVAC ；design

中图分类号： 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

随着社会文明的不断进步，人们对居住环境、环境保护及能源需求越来越高，人类正在迎来由“黑色文明”过渡到“绿色文明”的新世纪，而提倡健康舒适、节能环保、与自然共存的绿色建筑将是新世纪建筑的主题。

所谓“绿色建筑”，是指是根据当地的自然环境，运用生态学、建筑学的基本原理及现代科学手段，为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动的空间,同时在建筑全生命周期中实现高效率地利用资源(节能、节地、节水、节材) 、最低限度地影响环境的建筑物。因此,绿色建筑的内涵是节约资源与环境保护,注重以人为本,强调建筑的可持续性发展。而暖通空调正是由人与能源、环境这对矛盾对立统一关系长期发展而成的重要的环境保障技术。如今,暖通空调技术肩负着这样的使命: 遵循“以人为本”的宗旨, 采用科学的环境控制技术,为人类创建一种健康、舒适而又富有效率的建筑环境, 从而满足现代社会里人们在生活、工作及其它活动中对室内环境品质日益增长的需求。

1 绿色建筑中暖通空调设计的特点及要求

绿色建筑设计的基本原则应符合5R原则:即Revalue、Renew、Reuse 、Reduce、Recycle，对于建筑模式的重新思考,对于旧的环境的更新改造,对于物尽其用,对于重新使用,对于各种能耗和资源的减少,对于各种资源和能量的再利用等。而暖通空调又是建筑能耗的大户，在暖通空调设计中，不但要考虑 5R法则，还需根据建筑的特点，提出对室内空气品质的要求。因此，绿色建筑中暖通空调设计的重点在于以下几点：

（1）节约能源与有效利用能源。其中，应重视：①在技术可行、经济合理的前提下，优先选用地热能、风能、太阳能等可再生能源作为空调冷热源；②在技术经济比较合理的情况下，综合考虑建筑物内各系统的能源利用，力求整个建筑物的能源使用效率达到最好；③应选择在设计负荷和部分负荷下运行效率最高的设备；④在输送系统中采用变频节能技术，如风机、水泵等。

（2）保证良好的室内环境质量，减少在生产、使用环节中对环境污染的材料的使用。其中，对空调而言，重点是保证空气质量与降低设备噪声与振动。

简言之，以尽可能少的能耗且不破坏环境的方式，创造健康、舒适的室内环境，就是绿色建筑对暖通空调专业的重点要求。

2 绿色建筑中暖通空调的设计措施

按照绿色建筑对暖通空调的要求，暖通空调的专业人员不仅要考虑暖通空调系统自身的节能设计和运行，而且还需要建筑其它方面的密切配合。

2.1暖通空调系统的节能设计和运行

（1）全年能耗分析计算、气流模拟CFD（计算流体力学）等软件的应用

建筑能耗中包括了空调、采暖、照明、办公设备。不同的建筑形式、朝向、体形系数、窗墙比等因素都会造成各部分能耗的不同，影响到总能耗。能耗分析软件可以指导我们采取适当的措施，最大限度地节约能源消耗。这项工作由于计算工作量太大，手算是不可能的。另外，如何利用自然通风、设计好的气流组织方式，气流模拟软件也是必须的。

（2）提高暖通空调系统的控制水平

要注重调整室内的热湿环境参数, 尽量降低空调系统的能耗。空调系统尤其是舒适性的空调系统, 对人体所产生的作用涉及到空气温度、湿度及风速等多种因素。人体对于环境冷热的感觉是以上环境因素产生综合作用之结果。以前，空调的控制方式只是测控空气的温度和湿度，甚至只是空气的温度, 显然不够全面, 肯定会带来相当多的问题。比如, 空调系统对人体的作用并不够直接, 当环境变化之后, 对于环境的调控不够及时迅速, 人体难以感觉到舒适, 空调系统的这种调控方式不够节能。热湿环境中的研究成果运用, 就为我们运用新型控制方式找到了理论基础。假如运用舒适性评价指标, 也就是体感指标作为空调系统的一种调控参数, 就能对空调系统做出调控, 这样不仅能够解决传统控制方法中存在的不足, 而且还能实现大幅节能。依据初步研究证实, 在采取这一控制方法之后, 空调系统在人体的舒适状态下, 能实现节能百分之三十左右。

（3）空调冷热源节能。空调冷热源的合理选择与配置对于建筑节能意义重大，应结合当地的气象条件、能源种类、一次投资费用、运行费用和环境保护等因素来综合确定。

新能源的开发。当前空调冷热源的选择呈现出日趋多元化的趋势，主要集中在太阳能、地热能、天然气、燃料电池、核能、水电等方面。天然气和核能都是清洁高效的能源，有很好的发展前景，但是它们都是不可再生能源，储藏量有限。相比较而言，太阳能、地热能、水能等是真正清洁的可再生能源，蕴藏量无限，卫生环保，有很大的开发利用价值。太阳能是目前世界上也是我国利用量增长最快的新能源，现已应用于空调系统。

冰蓄冷空调。冰蓄冷系统主要是利用水的相变放热蓄存冷量，由于水相变所蓄存的冷量远大于温降所蓄存的冷量，冰的单位体积蓄冷量很大，比水蓄冷要经济。在夜间用电低峰阶段制冷，在蓄冷设备中以水或冰的形式储存冷量，当电力高峰期出现时，就将储存的冷量释放出来给空调使用，以实现节省电费节能环保以及移峰填谷的目的。蓄冷技术错开了用电高峰，从而降低了其对电力资源的占有率，这就从侧面放大了社会资源的有效利用，从而缓解国家电力建设投入紧张的局面只是现在蓄冷技术在全国还未得到普遍的应用和推广，这主要还要仰赖于国家相关政策的扶持和技术的推广。

热泵技术的应用。采用热泵技术是目前解决暖通空调系统的能源与环境问题的有效措施之一。近年来发展的地源热泵系统在冬夏季都有较好的性能系数，且工况稳定，不受环境空气温度的影响，是一种较具发展潜力的系统。

（4）风系统节能。在既要节能又要保证室内环境空气品质的前提下，置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统以及去湿空调系统在国外绿色办公建筑中已成为流行的空调方案。

置换式送风系统主要有以下几种形式①背景空调与个人空调相结合的下送风或桌面送风；②用作全场空调的地板送风；③置换式顶送顶回系统。

第一种形式又可以分成桌面可调球形风口和通过围挡屏静压箱的条缝风口送风两种形式。空调送风通过架空地板送到各工作站。一般每个工作站自带一台将送回风混合的循环小风机，根据各人的习惯和爱好可以调节桌面风口，以达到每个人最为满意的环境状态。工作站带有人体传感器，当人离开后经延时自动切断风机和工作照明的电源。

第二种形式可以采用地面送风柱(可带再热) 送风和地板送风口送风。。

第三种方式是利用喷嘴将空气送到地板附近，通过人体之后从上部灯具回风，起到置换作用，人可以通过遥控器控制风量和风温。下送风先经过人体，将人体周围的污染空气和热湿空气置换掉，提高了通风效率，缩短了“空气龄”。由于下送风只需保证人体周围(标高2m以下)的环境品质，因此也减少了空调负荷。

冷辐射吊顶系统。现在办公建筑中主要内热源是设备、照明形成的显热，而其中辐射成分又占了50 %以上。因此，用辐射形式供冷可以平衡掉这部分热量。实验证明，辐射形式供冷可以提高人体舒适性。冷辐射具有出色的环境品质特性，冷吊顶空调具有良好的节能特性。但是采用 冷吊顶系统的建筑有几个问题应当值得注意：①用冷辐射吊顶的房间窗户必须采取外遮阳措施，以减少太阳辐射对室内冷辐射效果的影响；②在我国南方高温高湿地区必须采取一系列技术措施，确保冷辐射吊顶不结露；③室内气流组织应作仔细考虑，室内空气如果没有一点流速，居住者也会产生不舒适感。

结合冰蓄冷的低温送风系统。蓄冷低温送风系统目前已在空调设计中被广泛采用，除

了水和冰蓄冷的各种应用外, 利用建筑结构本身的蓄冷也有应用。该系统虽然起不到节能的作用，但却能平衡市区用电负荷，提高发电效率，对环境负荷的降低是有利的。

蒸发冷却空调系统。蒸发冷却空调技术是一种绿色仿生空调技术,包括直接蒸发冷却(

DEC)和间接蒸发冷却(IEC)。它采用水作为制冷剂,对环境无污染；另外,蒸发冷却系统制冷不需消耗压缩功,它的COP值比机械制冷大的多,因此,是一种节能环保型绿色空调产品。目前在我国新疆等西部地区的大型工业及商业建筑中得到广泛应用。

去湿空调系统。去湿空调的原理很简单,室外新风先经过去湿转轮,由其中的固体去湿剂进行去湿处理,然后经过第二个转轮(热回收转轮),与室内排风进行全热或显热交换,回收排风

能量。经过去湿降温的新风再与回风混合,经表冷器处理(此时表冷器处理基本上已是干冷过程)后送入室内。去湿空调之所以在绿色建筑中得到广泛应用,是因为: ①为保证室内空气品质,绿色建筑对室内湿度控制的要求提高；②为保证室内空气品质,绿色建筑对新风需求量增加

；③固体去湿剂的再生,可以采用热电联产的余热、太阳能或天然气等可再生能源或清洁能源

；④绿色建筑室内相对湿度一般要求控制在60 %以下,以防止霉菌的孳生。

（5）水系统节能。根据空调负荷变化对水系统进行节能控制, 对于空调节能具有十分重要的意义: ①采用变频调速取代冷却水环路中的调节阀, 将大幅减少冷却水系统的能耗； ②对于不同制冷工作方式的冷水机组可根据机组实际的运行特性采用不同的控制策略, 与单片机自动控制相结合, 控制冷却水泵, 达到最佳节能运行工况。③冷冻水采用变流量控制, 则可有效地降低空调系统中提供单位冷量所需的运行费用。

（6）暖通空调系统运行的控制

良好的设计应和合理有效的运行控制管理配合起来才能充分发挥系统的作，绿色建筑中暖通空调系统的控制策略包括:

①能够根据房间的负荷变化自动调节送风量和送风温度,防止房间内出现过冷或过热的现象；并能停止或限制再热装置的使用。

②能够根据季节、节假日的变化以及建筑自身的蓄热效果,确定设备的最佳启停时间。

③能够完整地记录系统的运行状况。当系统的某一部分出现故障时能及时报警。

④能够以维持室内舒适环境为约束条件,把最小耗能量作为评价函数来判断和确定所需提供的供冷量、冷热源和空调机、风机、水泵的运行台数、工作顺序和运行时间。

⑤为通风系统设计安装永久的监控系统，通过CO2监控设施或通风测量装置监控室内新风，以满足室内新风要求。

⑥能够实现遥控调节的个人对局部环境的微调。

2.2绿色建筑规划设计中的暖通空调技术措施

绿色建筑的暖通空调系统要真正达到能够以最低限度的耗能来最大程度地满足人的舒适感和室内空气品质标准的要求,还需要建筑各个专业设计上的配合。

（1）绿色建筑的结构特征

建筑物的结构特征包括建筑物的朝向、造型、围护结构的保温情况、外墙、外窗的设置和遮阳情况等，合理的建筑结构会对降低空调负荷和改善室内空气品质起到很大的作用。在

保证建筑功能要求的前提下, 建筑物的结构都应与当地的日照、风向等气象条件相适应。

①充分利用自然资源来减少空调负荷。充分利用建筑自身和天然能源来保障室内环境品质, 不仅能够减少传统空调制冷系统的使用,而且可减少能耗, 降低污染, 具有很好的发展潜力。

自然通风。利用自然通风对中庭或办公室通风,过渡季节免开空调,夏季晚间空调停运后,将夜间温度较低的空气引人室内冷却建筑结构,减少翌日启动负荷。

绿色植物。在墙上种植攀缘植物、开辟屋顶花园, 利用植物遮挡阳光, 能有效降低墙和屋顶的表面温度, 减少传入室内的热量。

太阳能。目前, 太阳能在建筑中的应用主要是太阳能热水器、太阳房和太阳能强化自然通风。在建筑中, 可尽量引入天然光解决室内采光的需求, 而光导纤维技术的采用能让地下空间也能实现天然采光。

②建筑物设计时的节能考虑。使用新技术、新材料改善外维护结构的热工性能。其热工性能要满足保温隔热的需要, 这在建筑节能中起着举足轻重的作用。

（2）照明系统。人工照明一方面消耗大量的电能,同时由于照明产生的热量大大增加了空调的冷负荷。比较好的解决途径是采用日光。过度的太阳得热和强烈的日光照射都会使人体产生不舒适感,而良好的日光照明系统能够避免这些情况发生,还能和人工照明系统结合起来进行控制,做到最大限度的节能。

（3）材料的选用。建筑内使用的各种材料对HVAC系统的影响主要体现在室内空气品质方面。室内空气品质的恶化是由于室内空气中污染物的浓度超过了一定的指标。尽管其中许多污染物来自室外或是由人员、设备产生,但建筑材料放射出的污染物还是占了相当大的一部分, 因此,选用无污染、无公害的绿色材料会对室内空气品质的提高大有裨益。

3结束语

绿色建筑已经成为现代建筑的趋势，而现代建筑在环境友好的基础上，又是以“功用性”和“舒适性”为目标的，这其中暖通空调技术的发展应用成为不可回避的因素。在这样的背景下，如何依据绿色建筑的标准,将现代暖通空调技术成功应用到建筑中,无疑是一个新的课题和挑战。本文只是对绿色建筑和暖通空调进行概括地叙述，具体到每一项工程，都需要暖通设计人员根据实际情况，对具体问题作出具体的分析。绿色建筑的兴起为暖通空调技术的进步和发展提供了前所未有的机遇，让我们改变传统设计理念，积极主动地为现代建筑的发展注入生机和活力。

参考文献：

[1]王健夫,顾苏林.暖通空调技术的进步对现代建筑的影响.森林工程.2002.18(3).60-61.

[2] 龙惟定.试论我国暖通空调业的可持续发展[J].暖通空调 99,29(3):25 一 30

[3] 姚江波,白蔚君.绿色建筑与建筑节能[J ] .华中建筑,2000 ,18(02) :69 - 73.

[4] 江嘉春，暖通空调软件技术及其发展.工程技术，2011 NO27

[5] 江亿, 秦佑国. 绿色奥运建筑评估体系[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2003.

[4]中国建筑科学研究院.绿色建筑在中国的实践――评价・示例・技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.