关于暖通设计中绿色建筑技术应用的探讨

【摘 要】以某文化展示中心为例，围绕《绿色建筑评价标准》中对节能与能源利用、室内环境质量的各项细则要求，以绿色建筑三星级为目标，结合当地气候特点，运用多项节能技术，采取适当的控制措施，探讨绿色建筑技术在暖通系统设计中的应用，以寻求一个舒适健康、技术适用、可持续发展和可推广的方案。

【关键词】展示中心；多元通风；土壤热泵；节能技术；绿色建筑

1 项目概况

某文化展示中心（以下简称“展示中心”）位于某市五巷传统街区南面，用地总面积约60000 m2，地上一层办公，地下一层为展示空间；南北侧展示空间之间，地上为展示中心入口空间，地下为报告厅、设备间及库房。展示中心总建筑面积为l0518m2，其中地下层为4178m2，首层为4322m2，二层为2018 m2。展示中心以低碳为目标，按照绿色建筑三星级标准，打造绿色建筑典范。

2 节能与能源利用

绿色建筑首先关注的是如何利用能源问题。在建筑能耗中，大约50%～60%用于供暖空调，因此，暖通空调系统的节能技术，是实施绿色建筑的重要保障。展示中心在设计上结合某地区的气候特点，综合考虑周边环境可利用的地热资源情况，采用多项先进实用技术，实现空调系统低碳节能运行。

2.1 空调冷热源系统

展示中心空调冷热源系统原理，空调计算冷负荷为1356 kW，热负荷为1085kW。选用2台水冷螺杆式热泵机组，一机二用，夏季供冷，冬季供热。供冷时，提供7/12℃冷水，单机容量为700kW，耗电量125kW，制冷能效比（COP）5.6，供热时，提供45/40℃热水，单机容量为770kW，制热能效比（COP）4.8，能效等级达到国家一级。设置两台容量为90m /h闭式冷却塔，平衡放热和吸热季节波动，稳定地源侧土壤温度，避免土壤出现“热堆积”现象，实现空调冷热源系统高效和稳定运行。空调冷热水系统均采用一次泵变流量系统，每台热泵机组搭配一台冷水泵、一台热水泵和一台冷却水泵，空调冷热水泵流量为132m3/h，扬程为280 kPa，效率≥80% ；地源侧循环水热水泵流量为100m3 /h，扬程为230kPa，效率≥80% ；冷却塔侧水泵流量为80m3/h，扬程为250kPa，效率≥80% 。空调冷水系统的输送能效比为0.0164，优于“标准”中对水泵输送能效的要求。

2.2 变频调速技术

“标准”要求通风空调系统在部分负荷和部分空间利用时不降低能源利用效率，对此，设计中充分考虑了空调负荷的动态特性，在空调循环水泵和空气处理机组配置变频调速电机，使得水泵和风柜可以适应空调负荷的变化规律。当空调负荷低于峰值负荷时，通过变频器调节风机和水泵的转速，减少送风量和水泵循环流量，明显地节省风水系统的输送能耗。

2.3 热回收技术

考虑到展示中心人员密度大，所需新风量大，新风能耗高，在设计中采用了切实可靠的空气热回收措施。在部分空气处理机组中设置了新、排风全热交换装置，利用室内空调排风，在夏季对室外高热高湿新风进行预冷除湿，在冬季对室外低温干燥新风进行预热加湿，从而减少新风能源消耗，降低空调冷热源机组的装机容量。

2.4 置换式通风技术

“标准”鼓励采用新型节能的空气调节方式，因此，展示中心设计在大空间的空调场所采用置换送风方式，将略低于室内人员活动区温度的新鲜空气以很低的速度直接送人人员活动区，在地板上形成一层空气湖，当送风遇到室内的热源时被加热，产生向上的对流气流，形成室内空气运动的主导气流。排风口设置在房间的顶部，将污浊空气排出。置换通风与传统混合式通风相比，不必考虑消除全室性余热和不洁空气，仅需要考虑人员活动区的余热和不洁空气，因此，其能耗仅为全室混合通风系统的57%～59%，与此同时，又提高了室内空气质量，人员活动区的不洁空气浓度仅为传统混合式通风系统的50%。可见，采用置换通风技术，不仅节约能耗，并且提高室内空气品质和热舒适度。

2.5 多元通风技术

针对“标准”中对利用室外新风空调的要求，在空调通风系统采用了多元通风技术，这是一种以自然通风、机械通风和空气调节交互使用来保持满意的室内环境的空调技术。在全空气系统的新风入口及其通路均按全新风配置，通过调节新、回风阀门的开度，实现空调季节按最小新风运行；过渡季节利用机械通风的方式引入室外新风，或通过开启外窗进行自然通风，消除室内的余热，最大限度地减少空调机组的运行时间，减少了空调运行能耗。统计分析表明，室内温度低于30℃且高于15℃ 的时间为1320 h，超过总工作时间的90% 以上，其中，极个别房间在少数时间内温度高于30℃，在过渡季节室温高于30℃ 的总时间数为11 h，多在中午13：00前后，此时室外温度在27℃左右，可加大机械通风风量，消除室内余热；室温低于15℃的时间有95% 以上分布在2O：00～8：00，该时间段不属于工作时间，不考虑人体舒适度要求。因此，在过渡季节，关停热泵机组，室内基本上可满足热舒适性要求。

2.6 可再生能源

展示中心采用土壤源热泵技术为冬季热源，年提供采暖空调热量24万kwh，土壤热泵承担100%采暖空调负荷。土壤源热泵是一种利用地球表面浅层地热资源进行能量转换的供暖空调系统。其工作原理是通过将传统空调器的冷凝器或蒸发器延伸至土壤地下，使其与浅层岩土进行热交换，冬季从土壤里提取的热量，转移到建筑物室内供暖，同时储存冷能，以备夏用；夏季又从土壤里提取的冷量，转移到建筑物室内供冷，同时储存热能，以备冬季使用。这种储存于地表浅层的能源可以无限循环使用，是一种典型的绿色能源和可再生能源形式，是绿色建筑技术的具体体现。

此外，在展示中心的玻璃廊道天窗设置水喷雾系统，把玻璃表面温度降至28～29℃，同时吸收了部分太阳辐射热，明显地降低玻璃廊道的空调冷负荷。

3 室内环境质量

根据不同房间、区域划分不同的空调系统，每个房间或空调区域均可个别调节，使房间内的空气温度、湿度、风速等参数满足设计要求。外墙、内墙、屋顶和外窗的传热系数分别为0.80、2.0、0.63、0.44和2.0 w/（m2・K），门窗采用气密性良好的断热型塑钢窗框高透低辐射中空Low-E玻璃，从而避免围护结构的内部或表面出现冷凝现象。设计新风量，新风采气口和室内排风口的水平距离均大于10 m，保证建筑物吸入的空气为室外新鲜空气。空调通风系统设置过滤器过滤空气尘埃，室内人员密集场所，设置二氧化碳浓度监测系统，可根据浓度调节新风量。上述所有举措，既保证了室内环境质量舒适、健康，又节能环保，是绿色建筑的一个关键环节。

4 能耗分析

建筑能耗分析是进行建筑节能诊断的必要手段 。为了比较设计采用空调方案与传统空调方案的能耗，在设计建筑的基础上分别定义两种工况，分别命名为方案一和方案二，方案一已在2.1～2.6详细描述。方案二冷热源采用冷水机组+燃气热水锅炉；风机、水泵与性能与方案一相同，但控制方式不同，采用定流量控制；空调房间的排风系统未考虑热回收装置，大空问空调采用全室性混合通风方式，全年空调和机械通风。冷水机组能效比（COP）为4.2，新风全热回收器回收效率为0.7，锅炉效率为0.9，电力生产和输送综合效率为0.5，锅炉燃气量折算成电能，各方案空调通风系统逐月累计耗电量（采暖月份因制冷耗电极少，予以忽略；同样，制冷月份忽略采暖耗电），方案一全年耗电总量254000kwh，方案二全年耗电总量621600kwh，方案一比方案二节能59% 。绿色建筑要求“建筑设计总能耗低于国家和地方节能标准规定值的80%”，综上所述，仅作空调系统设计优化后，已达到目标节能率的75% 。

5 结语

展示中心是某地区第一个绿色建筑三星级工程，本文深入研究了建筑系统节能理论，系统把握各种因素在建筑能耗中的耦合关系，把暖通专业中多领域协同攻关的节能模式落实到设计中去。空调系统制冷运行期间，室内环境参数，包括温度、湿度、新风量、噪声和气流速度等指标都达到了设计要求。

展示中心的暖通系统并没有运用非常复杂的新技术，而是通过采用使用合适、低成本的技术――土壤源热泵、变频调速、空气热回收、置换通风和多元通风等技术。不仅所耗能源大为减少，而且通风带来了健康效应。低碳环保是可持续建筑发展的方向，本项目的设计完全在《绿色建筑评价标准》的指导下展开，空调系统也经历了一段供冷和供暖期的运行考验，节能效果明显，为今后我国绿色建筑设计提供了参考和借鉴。