綠色理念在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉圣偉

（國家稅務(wù)總局大連市稅務(wù)局，遼寧 大連 116021）

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，我國生產(chǎn)力獲得了較大程度的提升，綠色環(huán)保節(jié)能建筑代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑成為建筑業(yè)發(fā)展方向。綠色環(huán)保節(jié)能建筑就是將綠色理念應(yīng)用于建筑建設(shè)多個(gè)模塊的建筑，污染因子較少，可以更好地保護(hù)人類生存環(huán)境。在高科技時(shí)代，暖通空調(diào)系統(tǒng)大量應(yīng)用于建筑中，綠色理念的提出為暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)提供了良好的契機(jī)。因此，探究綠色理念在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用非常必要。

1 綠色理念及其在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用中的重要性

1.1 綠色理念的含義

綠色理念是21世紀(jì)生態(tài)建設(shè)的指導(dǎo)理念，源于歷史非理性發(fā)展對人類自身生存以及周邊生態(tài)環(huán)境的威脅。從本質(zhì)上而言，綠色理念是以回歸自然、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源為宗旨的設(shè)計(jì)理念，其強(qiáng)調(diào)維護(hù)自然生態(tài)，最大程度利用資源，帶動(dòng)相關(guān)參與者在與自然協(xié)調(diào)變化更新的前提下，主動(dòng)踐行更為恰當(dāng)、更加科學(xué)的生活模式，進(jìn)而形成高尚的行為道德觀以及適度的消費(fèi)心理，為生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整提供助推力。

1.2綠色理念應(yīng)用于建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性

1.2.1 實(shí)現(xiàn)商業(yè)、理念與環(huán)保的均衡協(xié)調(diào)

綠色理念在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用的根本原則是：利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)助推建筑的能源節(jié)約效果，讓特定空間內(nèi)居住者認(rèn)識到生態(tài)環(huán)保的重要價(jià)值。在上述原則的指導(dǎo)下，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)不單是居住功能的要求，還與商業(yè)、環(huán)保與生活理念產(chǎn)生了緊密的聯(lián)系。通過將綠色理念應(yīng)用于建筑暖通空調(diào)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以最大程度地發(fā)掘建筑內(nèi)部、外部多個(gè)模塊蘊(yùn)含的節(jié)能環(huán)保潛力，促使特定空間內(nèi)居住者享受綠色生態(tài)環(huán)境的幸福，并由此改變生活理念，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)、理念與環(huán)保的均衡協(xié)調(diào)。

1.2.2 降低諸多類型能量因子的無價(jià)值損耗

在現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)變化更新進(jìn)程中，綠色材料、設(shè)備作為綠色理念的載體得到了快速發(fā)展。通過將上述載體應(yīng)用于建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可以在更好地解決系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)問題的同時(shí)，促使暖通空調(diào)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多樣化能量因子無價(jià)值損耗特征。比如，前沿性的電力能量因子高價(jià)值應(yīng)用燈泡，可以在規(guī)避電力能量因子無價(jià)值或低價(jià)值損耗的同時(shí)，保證光源照亮面積與要求相符；而低危險(xiǎn)程度且耐用的新型材料的引入，可以節(jié)省建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)后期運(yùn)行階段維護(hù)修理頻次，保證建筑暖通空調(diào)整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益維持在較為合理的水平。

2 應(yīng)用分析

2.1 工程概況

A建筑總面積為1.156×105m2，總高度為228m，為地下2層+地上50層結(jié)構(gòu)。地下2層為地下車庫、設(shè)備用房，地上1層為大堂，地上2，3層為商業(yè)，地上4層為餐飲，地上5～50層為辦公區(qū)。在辦公區(qū)層，地上7，21，36層設(shè)置設(shè)備層區(qū)、避難區(qū)。

A建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)包括辦公區(qū)、餐飲區(qū)、商鋪區(qū)3個(gè)功能室，根據(jù)季節(jié)的差異，各功能區(qū)對溫濕度有不同的要求。其中，夏季辦公區(qū)溫度要求為24.0～25.1℃、濕度要求45.0%～55.0%，冬季辦公區(qū)溫度要求為21.0～23.0℃、濕度要求為30.0%～40.0%；夏季餐飲區(qū)溫度要求為26.0～28.0℃、濕度要求為55.0%～65.0%，冬季餐飲區(qū)溫度要求為19.0～21.0℃、濕度沒有要求；夏季商鋪區(qū)溫度要求為26.0～28.0℃、濕度要求為55.0%～65.0%，冬季商鋪區(qū)溫度要求為21.0～23.0℃、濕度沒有過多要求。

2.2 應(yīng)用要點(diǎn)

由于A建筑為超高層建筑，暖通空調(diào)系統(tǒng)存在極大的無價(jià)值能量因子損耗，甚至占據(jù)整個(gè)建筑全年能量因子損耗的一半以上，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)能量因子損耗對于降低A建筑整體能量因子損耗意義重大。因此，需以空調(diào)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備為重點(diǎn)，依據(jù)設(shè)定的能效比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)劃。擬設(shè)定離心式冷水機(jī)組能效比、水冷螺桿式冷水機(jī)組國標(biāo)能效比分別在5.46、5.10以上，風(fēng)機(jī)的單位風(fēng)量耗功率、空調(diào)水系統(tǒng)最大輸送能效比分別在0.420、0.024以上。同時(shí)引入雙重控制系統(tǒng)，以機(jī)房就地控制為主體、以中控室監(jiān)督管控為輔助模塊，或者以中央控制為主、就地控制為輔助模式的方式，實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組與冷卻水泵、冷水泵連鎖。這一模式可以根據(jù)供水與回收總管道流量信號、溫度信號進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際空調(diào)負(fù)荷的實(shí)時(shí)核算，達(dá)到冷水機(jī)組、暖通空調(diào)水泵輪時(shí)啟動(dòng)的效果。配合供回收總管道之間平衡管以及蒸發(fā)器出水管上水流開關(guān)、溫控器、二氧化碳探測器、電動(dòng)二通閥的設(shè)置，可以根據(jù)服務(wù)水環(huán)路最不利用水點(diǎn)的供水、回水管之間壓力差距，開展變頻調(diào)控下的暖通空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。

依據(jù)上述設(shè)計(jì)規(guī)劃參數(shù)，可以將二次泵變流量模式、變頻調(diào)速模式分別應(yīng)用于空調(diào)水系統(tǒng)、循環(huán)水泵。其中，根據(jù)距離制冷站遠(yuǎn)近程度差異、功能區(qū)域劃分要求，可以將二次泵系統(tǒng)劃分為空調(diào)中區(qū)一次水、裙房商業(yè)區(qū)、空調(diào)高區(qū)一次水、空調(diào)低區(qū)幾個(gè)區(qū)域，并根據(jù)各個(gè)區(qū)域負(fù)荷轉(zhuǎn)變情況，進(jìn)行循環(huán)水泵流量調(diào)控，以便最大程度約束水泵無價(jià)值或低價(jià)值能量因子損耗。同時(shí)，考慮到以往按工作壓力分區(qū)的空調(diào)水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)想方式，基于導(dǎo)致高層空調(diào)系統(tǒng)管材、設(shè)備承受水靜壓上升到一個(gè)極高的水平，一旦相關(guān)參數(shù)達(dá)到2.00MPa，就會致使對應(yīng)設(shè)備、管材建造價(jià)格上升到一個(gè)極高的水平。因此，在分區(qū)階段，可以從豎向出發(fā)，將地下2～21層劃分為低區(qū)，將地上22～36層劃分為中區(qū)，將地上37層至頂層劃分為高區(qū)，在地上21層避難層進(jìn)行承壓1.60MPa的中區(qū)換熱站與承壓1.80MPa的高區(qū)換熱站設(shè)置。對應(yīng)管路、配件承壓則在2.00MPa左右。在此基礎(chǔ)上，設(shè)定冷凍水供回水系統(tǒng)溫差為65.00℃，低區(qū)供回水由制冷機(jī)房提供，為冷凍水一次性直供模式，溫度為5.45～10.45℃；中區(qū)、高區(qū)則由避難層21層換熱站換熱器機(jī)組提供，為冷凍水二次回收模式，溫度在75.00～132.00℃，在保證低溫對冷水機(jī)組制冷效率低干擾的同時(shí)，避免高區(qū)空調(diào)系統(tǒng)二次水源供應(yīng)溫度過高導(dǎo)致能量損耗。

對于空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，可以引入基于排風(fēng)的新風(fēng)預(yù)先冷卻、預(yù)先加熱處理模式，達(dá)到能量因子回收利用目的。以設(shè)置在地上7，21，36層的避難層為節(jié)點(diǎn)，配合塔樓屋面機(jī)房內(nèi)部設(shè)置的全熱回收機(jī)組，經(jīng)新風(fēng)豎井，向各層傳輸新風(fēng)。而對于排風(fēng)系統(tǒng)，則可以豎井分段為中轉(zhuǎn)站，向避難層、塔樓屋面機(jī)房內(nèi)全熱回收機(jī)組排放。除此之外，為了避免過渡季節(jié)空調(diào)風(fēng)機(jī)運(yùn)行能量無價(jià)值或低價(jià)值損耗，可以在塔樓屋面上方全熱回收機(jī)組處進(jìn)行旁通管的另行設(shè)置，新風(fēng)、排風(fēng)均不經(jīng)過熱回收裝置。同時(shí)鑒于A建筑內(nèi)部疏散距離較長，可以將機(jī)械排煙系統(tǒng)全部設(shè)置在辦公區(qū)、內(nèi)部走廊，朝向西南主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)向平行。并在防煙樓梯間自垂式百葉風(fēng)口、出口分別進(jìn)行分量調(diào)節(jié)閥、止回閥增設(shè)，避免送風(fēng)量不均對系統(tǒng)運(yùn)行效率的不利影響。

鑒于A建筑暖通空調(diào)峰值冷負(fù)荷為11 698kW，按1kW冷負(fù)荷每小時(shí)產(chǎn)生0.45kg的冷凝水計(jì)算，估算可回收冷凝水為每小時(shí)5 126kg，回收后的冷凝水可作為冷卻塔的補(bǔ)水。同時(shí)考慮到A建筑建設(shè)高度處于一個(gè)較大的數(shù)值，受到熱壓、室外風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度等諸多因素的較大干擾，因此，在綠色設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)基于空調(diào)冷熱負(fù)荷核算準(zhǔn)確度要求，進(jìn)行相關(guān)因子影響的逐一修正。對于熱壓，可基于冬季熱壓下室外冷空氣向室內(nèi)滲透特點(diǎn)，在首層出入口應(yīng)用旋轉(zhuǎn)門，同時(shí)在樓梯間應(yīng)用彈簧門，配合首層大堂地板輻射暖源供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置，修正熱壓影響。對于室外風(fēng)速，可基于其與建筑外表面放熱系數(shù)的緊密聯(lián)系，以及風(fēng)速與高度、周邊旋渦氣流、圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)呈正相關(guān)的特點(diǎn)，以16層作為豎向分區(qū)，將17～31層冬季熱負(fù)荷計(jì)算所用的外結(jié)構(gòu)放熱系數(shù)均增加4.50%，32～46層冬季熱負(fù)荷計(jì)算所用的外結(jié)構(gòu)放熱系數(shù)均增加9.00%，47層至頂層冬季熱負(fù)荷計(jì)算所用的外結(jié)構(gòu)放熱系數(shù)均增加13.50%。對于太陽輻射強(qiáng)度，可基于建筑高度與太陽輻射強(qiáng)度呈正相關(guān)的原則，結(jié)合A建筑護(hù)結(jié)構(gòu)為玻璃幕墻的特點(diǎn)，設(shè)定西側(cè)房間夏季空調(diào)負(fù)荷、冬季空調(diào)負(fù)荷分別增加10.00%和減少5.00%；北側(cè)房間冬季空調(diào)負(fù)荷增加8.00%，夏季與標(biāo)準(zhǔn)要求一致。

3 結(jié)語

綠色建筑是建筑業(yè)的發(fā)展方向，也是人們傾心追求的綠色理念的重要載體。通過在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)用綠色理念，不僅可以降低對生態(tài)環(huán)境的污染程度，而且可以為特定空間內(nèi)居住者的幸福生活提供保障。因此，相關(guān)人員應(yīng)明確綠色理念與建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)的聯(lián)系，將綠色理念應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，為綠色生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供支持。