摘要：本文以分析高寒地区气候特点为切入点，归纳了适应北方高寒地区的绿色建筑技术，对其适用性进行了分析，并提炼出各项技术实施的关键点。
关键词：高寒地区；绿色建筑；典型案例
1引言
我国高寒地区，冬季气候严寒漫长，夏季凉爽短促，建筑采暖能耗巨大。有资料显示，采暖能耗占全国能源消费总量的11.5%。据测，北方城市采暖期空气污染严重，SO2增加5~6倍，NxO、CO增加2倍。同时，居民的健康状况要比非采暖期下降2~3个级别。在现有城镇建筑中，满足绿色生态要求的不到5%，能源和资源浪费情况严重。因此，本文以高寒地区绿色建筑技术的应用研究为基础，探讨高寒地区典型功能建筑绿色建筑应用的适应性。
2 绿色建筑适用技术
2.1 室外风环境改善技术
结合高寒地区气候特点，提炼出其室外风环境规划关键问题：
（1）建筑布局所产生的风场强度，在冬季会明显增加；
（2）建筑高度的变化，对建筑风阴影区产生较大涡流；
（3）局部提高建筑密度，难以避免再生风和二次风的问题，容易引发狭管效应；
典型解决措施：
（1）组团布局时冬季主导风向面少设开口；
（2）在建筑底部设置裙房，或者近地面设置挑棚
（3）绿化防风
当绿化带距离建筑之间的距离为树木高度的0.8~2.2倍时，可是风速降低60%，在冬季主导风向一侧应密植常绿树木，以防冬季大风[5]。
（4）微地形景观设计
微地形是指在景观施工过程中采用人工模拟大地形态及其起伏错落的韵律而设计出有起伏变化的地形。
2.2 天然冷源利用技术
高寒地区常年低温、冻土常年不化，有着冬季漫长、夏天短暂的特点。天然存在的地表水、地下水的温度足以达到建筑空调用冷的需求，完全可用于直接供冷。因此，应重视地下（表）水直接供冷技术。
地下（表）水供冷技术关键点：
1）抽取地下水经换热器换热后送入空调末端直接供冷；
2）抽取地表水经过滤器过滤后送入空调末端直接供冷；
3）因空调供水温度（高于14 ℃）高于传统冷源，应充分提高非标准工况空调末端供冷能效；
4）应对地下（表）水资源进行水质、水量、水温综合评定，综合考虑与建筑冷负荷的匹配；
5）结合地下冷水抽水及回灌，综合提高取能效率；
6）设计中应防止空调末端可能发生结露的问题。
2.3地源热泵技术
（1）地下水源热泵“冷贯通”现象
地下水源热泵空调系统的直接开采对象为常温地下水，而实际利用的却是蕴藏在地下的能量，地下水只是作为热量交换的载体。如果回灌区与开采区之间的距离较近，且渗透性较好，地下含水层取能的直接结果将是回灌井（段）在上述高强度的地下水集中采、灌条件下，在短时间内导致抽水井（段）“冷贯通”事件的发生；而且有可能在采、灌井对（段）周围形成局部的地下水流循环现象，从而加速温度场的变化；此外，在一定的运转周期内（如一个制冷和供暖周期），若热量的采集和补给不均衡，则集中采灌区的地温场的变化幅度将呈现出单调递减的趋势[6，7]。
对于实际的地下水源热泵取能工程而言，地下水集中采灌区温度差的显著变化将会导致：
1）直接影响到热泵机组的工作效率和工程的持续利用寿命；
2）可能引发抽、灌井的井堵和结垢问题，从而增加工程的维护费用；
3）造成局部含水层中水质或周围生态环境的显著变化，甚至造成地下水环境危害影响。
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（2）地下含水层传热、蓄热性能与“冷贯通”效应
以内蒙古察右后旗地下水源热泵系统为例，其含水层几乎为均一的水平岩层，抽水井和回灌井的结构相同，且为同层回灌，故采、灌区之间的地下水流近似呈水平流动，抽水井和回灌井附近为三维流。
（3）土壤源热泵“冷堆积”效应
土壤源热泵是一种利用地下土壤作为热泵低位热源，通过输入少量的高品位能源，实现热量从低温位向高温位转移的热泵系统。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。在实际工程中往往因建筑冷热负荷需求量不等，在一个冷热周期内，土壤源热泵系统从土壤中置换的冷热量也不等。土壤中多储存的冷热量会导致土壤的冷热堆积。随着地源热泵系统连续、长期的运行，如果从地下过多地取热，势必因热量累积效应，造成土 壤温度场得不到有效恢复[8，9]。在北方高寒地区夏季冷负荷较小，冬季热负荷较大，采用单一土壤源热泵系统，冬季向土壤取热量远大于夏季排热量，导致“冷堆积”现象突出，为有效解决这一问题，推荐采用太阳能+地源热泵等复合能源形式。
2.4 非传统水源利用技术
收集回用系统宜用于年降雨量大于400mm的地区，常年降雨量超过800mm的城市应优先采用屋面雨水收集回用方式。《建筑与小区雨水利用工程技术规程》收集回用系统宜用于年均降雨量大于400mm的地区。就内蒙古某项目为例，收集屋面雨水，经处理后回用，每年可节约的水费不过千元左右，而整个雨水收集回用系统的工程总概算却高达22.4万，在使用年限内根本无法收回投资。通过上述技术经济分析，北方高寒地区大部分地区年均降雨量小于400mm，勉强采用雨水收集，相对于雨水收集回用系统所耗费的大量财力人力和物力，系统所节约的水量和水费微乎其微，已经完全背离了雨水回用的最初意义。因此，采用雨水回收利用是不适宜的，可采用雨水入渗等其它雨水利用技术。
3 结论
本文以分析高寒地区气候特点为切入点，归纳了适应北方高寒地区的绿色建筑技术，并提炼出各项技术实施的关键点。对于高寒地区，在室外环境规划设计阶段，可采取建筑布局、建筑高度的变化、局部提高建筑密度、设置绿化防风带、微地形景观设计等多种措施，并结合模拟优化分析改善室外风环境及日照环境。此外，应重点考虑被动节能技术的应用，加强太阳能光热、光伏的一体化设计，对于采用地源热泵的项目，应充分考虑北方高寒地区夏季冷负荷较小，冬季热负荷较大，采用单一土壤源热泵系统，冬季向土壤取热量远大于夏季排热量，导致“冷堆积”现象突出，为有效解决这一问题，推荐采用太阳能+地源热泵等复合能源形式。一般而言，采用雨水回收利用是不适宜的，可采用雨水入渗等其它雨水利用技术。MBR工艺出水水质稳定达标有保障，土建投资少、操作管理方便，因此推荐膜生物反应器法（简称MBR）作为生物处理主工艺。
参考文献
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[9]Yian Gu，Dennis L.O’Neal．Modeling the Effect of Backfills on U-Tube Ground Coil Performance．ASHARE Transactions．1998，104（Part2）：356-365
论文作者:刘寿松1,张振国1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/17
标签：建筑论文; 地区论文; 热量论文; 雨水论文; 土壤论文; 技术论文; 源热泵论文; 《建筑学研究前沿》2018年第12期论文;