摘要：目前我国越来越多的建筑物设计采用暖通空调系统提高舒适性，但也是由于这一原因能源消耗越来越大。暖通设计中的空调系统比较复杂，尤其是中央空调系统。在对系统进行设计时一旦存在隐患就会影响系统的使用效果。系统设计的不合理很容易消耗大量能源。暖通空调绿色节能技术的应用能够在很大程度上减小对能源供应的巨大压力。文章将就绿色节能技术在暖通设计中的应用展开探讨，分析现今暖通设计中存在的若干问题，并提出相关意见和建议。
关键词：暖通设计；绿色节能技术；应用分析
1、前言
现今，我国的经济水平和社会水平不断发展，人民的生活水平也得到了大幅提高，对生活质量的要求也日渐加大，现今社会的主要矛盾是能源使用和环境保护之间的矛盾。对一座建筑物来说，暖通空调系统能够占据30%到40%的能耗。我国将“可持续发展”作为社会发展核心思想，运用最少的资源，来创造更加舒适的生活环境，是符合可持续发展需求的。同样，将绿色节能技术运用在暖通设计中，能够有效降低建筑能耗，为可持续发展贡献力量。
2、暖通设计中绿色理念的原则
在暖通设计中要秉持设计的绿色理念，结合市场条件下暖通设计的需求，利用现代化的设计技术和设计方案，对系统进行优化，广州某图书馆暖通设计的绿色理念主要包括以下两点：
2.1暖通设计的灵活性
暖通设计的灵活性体现在两个方面，第一，暖通设计中的空调系统具有较大的可调节性。空调系统的可调性是为了满足不同季节的使用要求，使其能够按照四季的天气和气候变化进行调整，达到“一系统多用途”的效果。目前我国主要推行的空调系统有VAV空调系统和VRV变频空调系统：（1）VAV是变风量系统的简称，在空调系统中，为了应对末端负荷的变化，在冷/热介质流量不变的情况下，通过改变风量实现所需冷/热量的变化。VAV（变风量空调系统）是一种通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统。（2）VRV空调系统是一种冷剂式空调系统。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体。通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入各室内机的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷、热负荷要求。它们各自的优势如表1，广州图书馆项目即采用了这两种系统。
表1：VAV空调系统和VRV变频空调系统各自的优势
VAV空调系统和VRV变频空调系统的可控性较强，在后期运行中总体消耗的成本小，因此有利于能源的节约，也降低了人力成本的消耗，其更注重人员操作的整体素质。
2.2暖通设计的经济实用性
在暖通设计中，实用性一直是人们追求的重点，其符合人们的日常需求。该图书馆项目暖通设计秉持实用性原则，在方案设计中，注重考虑能源的价格、设备的性价比等问题，力求为人们提供舒适化程度高、实用性强、价格适中的服务，尤其要重视经济效益的衡量，减少居民的经济损耗，因此该项目暖通设计在注重设备期限的同时，还将设备维护工作的经济效益纳入其中，有利于对暖通系统的综合效益进行把握。另外，设计方案要随时进行调整，在一个暖通系统使用周期内进行科学、合理的设计，还要对动态环境做出敏锐的反应，为设备的更新和维护提供调整的空间。
2.3环保原则
建筑物在建设和使用过程中消耗了大量的资源和能源，暖通系统的能耗在建筑物资源和能源的消耗中占据着较大的比重，对暖通系统中能耗的控制是实现建筑设计可持续发展的关键。目前该图书馆项目暖通系统设计仍存在能耗高的问题，因此在以后的项目设计中，优化设计方案，采用新型技术和设备，积极进行创新，降低暖通设计的能耗，依然是设计人员不断追求的目标。当然，这需要经历一段漫长的时期，也离不开制度和法律的保障，再加上设计人员的努力，采用更环保的暖通设计方案指日可待。
3、绿色理念在暖通空调系统节能设计中的具体应用
3.1对暖通空调系统进行总体的优化设计
暖通空调系统在建筑的实际使用中发挥着较为明显的作用，在应用绿色理念进行设计的过程中，需要做好总体的优化设计工作。暖通空调系统在实际使用的时候，应该能够对建筑内部各个房间的温度进行调节和控制，因而在对暖通空调系统进行总体设计时，需要重点考虑这个问题。中央空调系统是暖通空调系统中的重要组成部分，它的质量和使用寿命将会直接影响整个建筑暖通系统的实际使用效果，因此在对其进行设计时，需要综合考虑实际状况和业主的需求。暖通空调系统在穿过围护结构的时候容易产生较大的负荷，冷热损失较大，使用保温隔热性能更好的围护结构就显得很有必要。暖通空调系统在设计过程中，应该以舒适度和节能型作为主要的评价指标。
3.2融入变频系统
变频技术是当前绿色节能技术的典型，其可以依据太阳光照的强度以及室内人员的分布密度等建筑环境变化因素，采用变频冷水调节机组和相关调节设备进行能量的输出控制，是当前使用比较广泛且可获得较好效果的新型节能技术。通常情况下，变频系统的节能标准为35%～40%。同时，变频系统中的冷水机组和循环水泵等自身就具备能量输出的变频调节功能。因此，可将其应用于暖通设计中。需要注意的是，变频系统内部的主要能耗设备是相互独立的关系，且不会相互干扰。这就意味着可以随时调控启停，实现了暖通系统控制的智能化，可以为人们提供一个更加人性化的生活空间。
3.3可再生能源利用技术的应用
在绿色建筑技术中，可再生能源利用技术是较为主要的一大组成部分。由于常规类能源的价格偏高，且环保效果不佳，因此在暖通设计中，可再生能源利用技术的应用极为重要，以此帮助更好的减少常规能源耗损。暖通系统的能耗极高，应用可再生能源充分满足暖通系统能耗，在暖通设计中受到了人们的广泛关注。在暖通设计工作中，需充分考量到可再生能源利用，积极寻求可再生能源去分担暖通系统责任。暖通系统主要包括内容有：通风、采暖及空气调节，其中采暖对能源要求相对较高。在采暖设计中，可积极运用一些可再生能源，对供暖设备起到一个辅助作用，尽量减少供暖所需能源。如在暖通设计中，将冬季热源运用土源热泵技术代替，此种技术主要是一种运用地球表面浅层地热资源实现能源转化的供暖系统。此种系统技术在应用中可充分运用地热能来帮助提供供暖空调热量，其年热量值可达到24000kWh。在夏季，此种系统技术可从土壤之中提取一些冷量，并将其转化为室内供冷能源，储备热能，为冬季采暖提供助力。而在冬季所提取到的土壤热量，也可在转化为室内供暖的同时，储备为夏季应用的冷能。此种可再生能源利用技术在暖通设计中的应用极为重要。
3.4环境监测技术的实际应用
现今绿色节能技术在暖通设计中的良好应用除了体现在变频技术以及冷热泵技术应用方面之外，还体现在环境监测技术上。具体来讲，所谓的环境监测技术主要是指对建筑室内环境予以空气湿度以及空气温度和相应含氧量有效监测的一种技术。简单来讲就是在建筑物内对各个楼层安装自动环境监测系统，实现自动除湿以及自动温度调节，对于室内环境的优化以及调节起着重要的影响作用，还能够最大化体现该种技术的绿色性以及科技性。通过应用该种监测技术，在满足居住者生活舒适度的基础上实现最大化的节能，可以说环境监测技术同样是现今应用于暖通设计过程中的一项重要绿色节能技术。
3.5冷热泵技术的实际应用
绿色节能技术在暖通设计中的应用还体现在冷热泵技术上。具体来讲，所谓的冷热泵技术主要是指利用地源耦合泵相关机组实现空调系统夏季供冷以及冬季供热的实际制冷制热需求的一种技术。同时利用地源耦合泵相关机组还能够为居住者提供相应的日常热水。简单来讲该种技术利用地下水具有恒温稳定性，通过施加一定的电能进而实现地下水与地下管路相关系统的实际热交换[3]。一般来讲在炎炎夏季该种冷热泵技术能够在对室内环境实施制冷的过程中将室内实际排除的热量予以搜集，并将其应用于日常的生活或者是将这部分热量储藏于地下。到了冬季再将这些储藏的热能利用热泵有效运出，进而满足室内环境的制热需求以及日常热水供应。
3.6合理选择节能设备
在暖通设计过程中，必须要合理选择节能设备，确保所选择的设备具有理想的节能性，从而保证暖通系统的节能性。1）一般情况下会根据能效高低选择制冷机组，与电制冷剂相比，吸收式制冷剂的能效相对较低，所以，在供电充足的前提下，最好选择能效较高的电制冷剂。但与此同时，也要全面、综合地分析建筑用途、电源以及投资量等因素。2）在冷却塔的日常运行过程中，风冷方式、水冷方式的能耗并没有明显的差异，且这两种方式各自有着自身独特的优势，可以根据实际要求进行选择。近几年，暖通技术取得了非常大的进步，但也加大了污染和能耗，所以合理选择节能设备，并致力于提高节能设备的使用寿命，有利于实现节能降耗、减少污染。
4、实例分析
4.1工程背景
北京地区某项目设计充分考虑了绿色节能建筑的理念和定位，目标是达到国家绿色建筑标识二星级标准和美国LEED认证金奖的要求。
4.2工程概况
该工程分E3、F1两个地块。E3地块由6栋8层办公楼组成，总建筑面积69460m2，其中，地上建筑面积40630m2；F1地块由5栋8层办公楼组成，总建筑面积56232m2，其中，地上建筑面积32182m2，地下建筑面积24050m2。
4.3绿色节能设计
4.3.1围护结构保温系统
分析隔热理论可知，采用外保温技术，建筑室内受到室外温度波动的影响小，具有良好的节能效果和综合经济效益。因为空调末端采用辐射系统，与常规空调系统相比，对围护结构保温和室内密闭性等性能的要求更高。为此，综合比较本市目前实施的节能设计标准、德国建筑节能标准、美国LEED07标准等一系列针对围护结构的要求，并考虑辐射空调系统要求、投资造价、后期运行等因素，最终确定适合本工程的围护结构参数。
4.3.2空调冷热源
本工程空调冷负荷为6529kW，空调热负荷为4629kW，生活热水负荷为400kW。系统分别配置了离心式冷水机组、地源热泵机组和热泵热水机组。空调冷热源配置如表2所示。
表2：空调冷热源配置表
4.3.3地源热泵系统设计
4.3.3.1地埋管换热器设计
地埋管换热器要按照冬季工况配置。根据地源井测试报告和EED软件模拟计算结果，确定采用双U25埋管。夏季放热能力取59.1W/m，冬季取热能力取37.9W/m。地埋管有效井深为100m，地源井数量984口，有效埋管换热长度为98400m，地源井间距为5m。地埋管换热能力测试数据如表3所示。
4.3.3.2空调水系统设计
本工程E3、F1地块共计11栋办公楼，空调水系统输送距离比较远。由于空调侧各办公楼之间末端管道阻力差距比较大，而且地源侧各区域间地埋管管道阻力差距也比较大，因此，水系统根据输送距离分别在空调侧、地源侧设置二次泵变流量系统。水系统垂直异程、水平异程用平衡阀调节各水路水力平衡。夏季，空调侧供回水温度为6℃/12℃，地源侧供回水温度为29℃/35℃；冬季，空调侧供回水温度为45℃/39℃，地源侧供回水温度为11℃/5℃。
4.3.3.3土壤热平衡设计措施及运行策略
良好的地源热泵系统要求实现全年土壤取热、放热的热平衡。为了实现此目标，本设计采用冷却塔辅助散热并结合土壤监测、空调系统能耗监测等方式，具体措施如下：①冷却塔处理负荷能力占空调总冷却负荷的60%；②分区域分别设置多口监测井（内设温度探头），以检测土壤的温升状况；③在地源侧、空调侧分别设置能量计量系统，以记录累计取热、放热量。
4.3.4热泵热水系统设计
本工程有400kW的生活热水需求，此次设计采用热回收机组优先旁通方案。夏季热回收机组产生生活热水的同时，蒸发器侧可预冷其他单冷机组的回水温度，从而减少其他单冷机组的冷负荷；冬天通过阀门切换从地埋管取热。
4.3.5温湿度独立控制系统
本工程空调系统采用温、湿度独立控制系统。空调箱主要承担室内的湿负荷和部分显热负荷，其余显热负荷由金属冷吊顶和主动式冷梁承担。
4.3.6末端辐射系统
4.3.6.1毛细金属冷吊顶设计
本工程辐射末端采用毛细金属冷吊顶，冷吊顶夏季供回水温度17℃/20℃，冬季供回水温度为32℃/29℃，所需冷热水从冷热源处通过板式换热器获得。毛细金属冷吊顶夏季供冷能力为65W/m2，冬季供热能力为50W/m2。
4.3.6.2辐射系统的湿度控制
湿度控制直接决定了辐射系统能否安全、稳定运行。本工程辐射系统湿度控制主要采取以下措施：①围护结构要求，门窗气密性等级不得低于6级；②电梯厅、大堂等人员进出频繁区域设置常规空调形式；③空调箱对处理风量深度除湿，以保证室内除湿要求；④送风采用低温型射流风口，吊顶贴覆射流，在冷吊顶表面形成一层干燥的空气层，从而避免冷吊顶结露；⑤冷吊顶表面设置露点传感器，吊顶表面出现结露风险时，要关闭相应的水阀。
表 3：土壤埋管换热能力测试数据表
5、结语
为了响应城市现代化建设的需要，城市建筑也越来越多，暖通设计是建筑设计中一个重要的环节。我国暖通设计倡导绿色理念，主张推行节能技术，但在实践中仍然存在着一系列不尽如意的问题，这就需要各方面的努力，完善暖通设计体系，促进暖通设计的绿色理念的完善，实现环境的可持续发展。可以充分利用热能回收技术、变频技术、水力平衡装置、余热循环技术并对环境进行监测，逐步对暖通设计进行优化.暖通设计的绿色化理念和节能技术在未来有广阔的发展前景，要向公众普及理念，推动节能技术在每家每户的利用，实现最大的经济效益和环境效益。
参考文献：
[1]龚汉平.建筑节能与暖通设计施工的关系[J].文摘版：工程技术，2015（41）：151.
[2]刘辉军.绿色生态建筑暖通设计中的问题及对策探析[J].科技资讯，2015，13（8）：58.
[3]杨芹方.为实现绿色建筑暖通空调设计的有效技术措施[J].建筑工程技术与设计，2014：67~68.
[4]赵淑娟.暖通设计中绿色节能技术的应用分析[J].科技创新导报，2015，v.12；No.35733：179+181.
论文作者:戴景蕊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：暖通论文; 空调系统论文; 系统论文; 技术论文; 空调论文; 节能技术论文; 负荷论文; 《基层建设》2018年第4期论文;