绿色建筑与暖通空调设计

【摘 要】随着现代化生活的发展，能源供应日益紧张，建筑能耗却不断上升，建筑中的能耗一般包括在通风、采暖、照明、空调、热水供应与电器等几项的能耗，这其中暖通空调能耗所占的比重逐年上升。对暖通空调能耗有着主要影响的因素有围护结构、室内设计标准、室内人员、室外气候条件以及设备照明等。因此，绿色暖通技术在民用建筑中有了广泛的应用。

【关键词】绿色建筑；暖通空调；设计

根据近几年来，地球变暖的进程不断加速，全球异常气候出现的周期缩短、频率增加，地球的环境问题越来越突出的显现出来。进入21世纪以来，全球范围内提出可持续发展理论的，人们更加注重对于环境的保护。而“绿色建筑”作为实施可持续发展战略的任务之一，已被世界许多国家所接受。

绿色建筑提倡以人为本，它提出要建设一种有效利用资源和能源的、亲近环境、亲近自然、舒适、健康、安全的建筑。而建筑内的暖通空调系统消耗了大量的能源，它还和臭氧层破坏及温室效应密切相关。针对“暖通空调”的环境污染问题，再结合绿色建筑的理念，将可再生能源应用于暖通空调系统成为一种趋势，也是实现可持发展，贯彻绿色建筑理念的必然选择。

一、建筑设计

节能建筑的设计理念是充分利用建筑所在环境的自然资源和条件，在尽量少用矿物能源条件下，创造出人们生活和生产需要的室内外环境。为此，要充分研究利用当地气候特征、建筑物的结构特征，实现与室内环境设计的一体化。当地气候特征指当地～年四季室外气象条件，如空气的温湿度、风速和风向、日照率、降雨量、积雪量等。在冬季日照率大的地方，可以考虑太阳能的利用，如被动式太阳房、太阳能集热器。夏季日照率大的地方则要考虑建筑物的有效遮阳措施。昼夜温差大的地方，宜充分利用建筑物的蓄冷蓄热特性，可以在部分专门设计的围护结构内放置具有特殊性能的相变材料，以增加其热惯性。

建筑物的特征指建筑物的造型、朝向、围护结构保温情况，外墙外窗的遮阳情况，以及建筑空间的通风换气情况。合理的建筑设计应该在夏季有效地组织通风和防止太阳照射，减少室内过热和潮湿；在冬季有效地利用太阳能和对外墙外窗进行保温，提高室内温度；在过渡季有效地利用室外空气进行通风，改善室内空气品质。有关调查指出，位于同一地方的相同类型的建筑物，由于建筑结构不同会导致能耗指标相差超过一倍。

室内环境的设计要求之一是保证室内空气的品质。暖通专业主要考虑空气品质和温湿度的要求。空调建筑特别是舒适性空调的建筑，往往由于建筑设计和施工时对建筑热工性能考虑较少，主要依靠空调系统的设计实施来保证空调建筑的空气温湿度。这样常常造成空调设备的容量过大，系统耗能过大。不仅如此，而且由于人体与建筑围护结构闻的热辐射作用，炎夏有烘烤感，严寒的冬天有寒冷感，室内人员仍1日感到不够舒适。此外，冬季如果由于墙体内表面结露，则为微生物滋生提供了条件。出现霉斑，影响室内卫生。

二、绿色建筑的内涵

所谓绿色建筑就是充分利用可再生的材料和能源，亲和自然，尽量不破坏环境和文化传统，保护居住者的健康，充分体现可持续发展和人类回归自然的理念。美国实验与材料协会（ASTM）的绿色建筑定义是：“住宅、民用和工业建筑当中，常以负责的态度并用细心保护环境的手法，设计、施工、运用、修改、废弃的构造物。

三、 绿色建筑的暖通空调设计

室内空气的高品质是暖通空调追求的目标之一。目前提出了两种改善室内空气品质的手段：一种是利用建筑自身和天然能源来保障室内环境品质；另一种是依靠机械、电气等设施，创造一种扬自然环境之长、避自然环境之短的室内环境。 这两种手段都不约而同的适应了“绿色建筑”的要求，实现了环保节能。

3.1 优化建筑结构

研究指出不舒适的室内环境，大部分是由于错误的设计思想造成的。

（1）“绿色建筑”要求合理有效地使用各种资源，将能源和资源消耗降至最低程度是它的目标。建筑物的布局采用高效保温隔热构造并充分利用太阳能。

（2）而改善室内生态环境，多是利用建筑自身结构的改善和天然能源的应用，其中最主要的是考虑太阳辐射和自然通风问题。绿色建筑常采取的措施是：选用节能玻璃窗；采用通风窗技术，即将空调回风引入双层窗夹层空间，带走由日光引起的对流热量。

（3）“合理的自然通风”也是绿色建筑的优势之一，它可以在过渡季节提供新鲜空气并实现降温，并在空调供冷季节也可以利用夜间通风，降低围护结构和家具的蓄热量，减少第二天空调的启动负荷[3]。

3.2自然能源和新能源的利用

自然能源利用率是绿色建筑的设计标准之一。在工程中已经大量使用燃料电池和太阳能电池。日本鹿岛建设早在1989年在东京建成的TEPIA大厦采用了一种太阳―空气热泵系统。根据实测，该系统在供冷与采暖季的COP值分别为2.1-5和3-2.7。

3.3空调系统的设计

（1）方案设计

现在非常流行的空调设计方案是：在低能耗，高室内环境品质的前提下，风量可调的置换式送风系统、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。

为了平衡高层办公楼中设备、照明等主要热源形成的辐射热量采用辐射形式供冷。冷辐射吊顶应结合置换式送风，将新风采用下送风方式送入室内，既保证室内空气品质，又保证良好的室内热环境。而采用空调去湿方案，首先可以保证室内空气品质；其次采用去湿保证了绿色建筑对室内湿度控制在60%以下的要求。

（2）新风的作用

某些建筑由于装修材料含有挥发性有害物质造成室内空气污染。因此，绿色建筑中的暖通空调应该具备良好的通风系统，实现合理的自然通风，因为新风在室内的流动对健康是必不可少的。

（3）蒸发冷却技术

蒸发冷却空调技术是一种绿色仿生空调技术，包括间接蒸发冷却（IEC）和直接蒸发冷却（DEC）。该系统采用水作为制冷剂，实现空调运行对环境无污染；另外，蒸发冷却系统的COP值比机械制冷大得多，且它的制冷不消耗压缩功，它是一种节能环保型绿色空调技术。

（4）地源热泵空调系统

地源热泵空调系统是利用土壤、地下水或江河湖水作为冷热源的一种高效空调方式。土壤是一种很适宜的热源，其温度适宜、稳定，蓄热性能好且到处都有。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其他辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热夏季供冷。地源热泵的COP值可达4.0以上。对于采用深井回灌方式的水源热泵，由于地下水抽出后经过换热器回灌至地下，属全封闭方式，因此不使用任何水资源，也不会污染地下水源。

（5）免费供冷空调系统

免费供冷（Free Cooling）技术通过水系统来利用自然冷源。它也称冷却塔供冷，是一种节能降耗的系统形式。免费供冷的实现方式是：当室外空气湿度温度下降到某值以下时关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑空调所需要的冷负荷。在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例，如用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，其节能效率将会是显著的。

参考文献：

[1]范存养，龙惟定，面向地球环境时代的空调技术.陕西建筑，2000

[2]贾庆贤，赵荣义，等.吹风对舒适性影响的卞观调查与客观评价，暖通空调，2000