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【摘要】綠色建筑首先需要控制的就是暖通空調的能耗。文章以綠色節能暖通空調技術的應用為切入點,探討綠色建筑的節能措施,希望能為達到雙碳目標貢獻力量。
【關鍵詞】綠色建筑;綠色節能;暖通空調技術
1綠色建筑發展的新階段
1.1綠色建筑概念的發展
2019年,修訂后的《綠色建筑評價標準》(GB/T503782019)將傳統的“四節一環保”修改為安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節約和環境宜居五個要素。隨著科技和城市的發展,傳統的建造理念已經不能滿足居住者對建筑的高品質追求,修訂后的《綠色建筑評價標準》與時俱進,體現了新時期建筑業高質量發展的內涵[1]。
1.2新時期綠色建筑的內涵
1.2.1由關注建筑向關注人的感受轉變。傳統的綠建評價是從建筑的視角進行的;新時期的綠色建筑評價將視角轉向提升建筑品質和居住者的體驗感受以及居住環境。1.2.2由以技術主導向以設計主導轉變。傳統的“四節一環保”體系更強調綠色技術的使用;新時期的綠色建筑更注重從建筑選址、設計等初始環節就使建筑帶有綠色要素。1.2.3由措施導向向性能效果導向轉變。傳統的綠色建筑評價以數據為準,并授予相應標識;新時期的綠色建筑不僅要用數據說話,更要從性能上真正取得綠色效果。
2綠色節能暖通空調技術在綠色建筑中的重要性
隨著經濟的發展,人們的生活水平逐漸提高,對建筑物的舒適度也有了更高追求。冬暖夏涼是人們對建筑環境最基本的要求,尤其是在全球性氣候變暖的背景下,暖通空調的重要性不言而喻。當人們享受暖通空調帶來的舒適感時,也應該看到舒適的背后是極高的能源消耗和碳排放,這大大破壞了生態環境,與環保政策不相符。因此,亟需綠色節能暖通空調技術的出現,為建成綠色建筑、加強我國生態文明建設貢獻建筑業的力量。基于此,在進行暖通空調技術設計時,首先就需要遵循節能環保的原則,減少耗能。暖通空調作為一套系統,其節能應涉及整個系統的運行過程,不能僅局限在某一個環節或方面。與此同時,設計師要從設計初始就帶著節能環保的理念和思想進行暖通空調系統的整體設計,使暖通空調系統先天就具有節能環保的功能和效果,為綠色建筑的構建奠定基礎。其次,要做到綠色節能環保的暖通空調技術,還需要注意對零部件和管道等材料物品的回收再利用,在減少耗材的同時,還節約了建設成本。
3綠色節能暖通空調技術的具體應用
綠色節能暖通空調技術按大類主要分為被動式節能技術、主動式節能技術。被動式技術主要體現在對建筑朝向、窗墻比、外窗傳熱系數、建筑遮陽、自然通風、室內隔熱墻、擋風墻及門斗、垂直綠化等方面的利用控制,這樣有利于優化室內環境。主動式技術主要表現在機電系統的能效提升方面,此類技術主要應用在建筑規模較大、結構復雜多樣的情況下,具體包括變頻水泵、變頻風機、輻射系統、能量回收系統的使用。
3.1被動式節能技術
3.1.1對太陽能的合理利用。被動式太陽能利用技術指不采用機械動力,直接通過輻射、對流和傳導實現太陽能采暖或供冷,利用太陽能直接滿足建筑內人們的需求。但需要注意的是,雖然在寒冷季節使用太陽能可降低暖通空調系統的采暖負荷,但到了炎熱的夏季,太陽輻射量會大幅增加,使日間空調的冷負荷大大提高。因此,要做到綠色節能的暖通空調技術,就必須對太陽能進行合理控制和利用。可采取安裝節能玻璃、在雙層玻璃間設置百葉、建筑外設置遮陽板等措施,一方面能調節對太陽能的使用,另一方面還可以支持照明系統,減少建筑的照明能耗。3.1.2合理的窗墻比。外窗是外圍護結構中的一種輕薄型構件,不僅影響建筑物的通風、采光及立面效果,同時由于它的保溫隔熱性能不如外墻和屋面,會產生巨大能耗。窗墻比過小,建筑物內部會通風不暢,采光不足,空調及照明能耗會增加;窗墻比過大,則會增加結構設計的難度、增強外部環境向室內熱(冷)傳導、輻射等,整個設備的耗能會增多。因此,合理的窗墻比能使暖通空調技術起到節能環保的效果。3.1.3利用自然通風。自然通風利用風壓原理,控制入室氣流,使其能夠流向人員工作及活動范圍,可部分取代空調系統。在春天和秋天,可以利用自然通風,提高建筑室內溫度的舒適度,使室內有足夠的新鮮空氣。在夏天,可通過晚間自然通風,抵消室內的蓄熱量,有效降低白天空調的啟動負荷。如今,越來越多的人喜歡自然風,接受自然風[2]。
3.2主動式節能技術
綠色節能暖通空調系統的主動式節能技術是指通過相關機械設備和電氣化設備對建筑室內的生態環境進行有效改善。3.2.1置換式通風系統。該系統可以促使經過調整的新鮮空氣利用下送風或是頂回風的方式進入室內,可實現冷空氣的上下流動,促使建筑物室內的地板位置出現清新而溫度適中的空氣潮,使熱氣流和冷空氣產生相互作用,出現空氣運動形成對流上升狀況,對流升至建筑頂部的排風口,然后隨之排出。這樣做可以大大減少暖通空調的使用,從而降低能耗。3.2.2冷輻射吊頂系統。冷輻射吊頂系統是一種新型空調系統,通過冷、熱水在銅盤管內的不斷循環,實現對建筑內部墻面、人員以及設備等的冷、熱輻射,起到調節室內溫度的作用,該系統配備獨立的新風系統,可為室內通風換氣,并承擔室內潛熱負荷。輻射系統制冷性能系數提高,且省去了風機的耗電,節能效果明顯。室內安靜無噪音。根據資料數字顯示,置換式新風系統加輻射供冷系統與常規空調系統相比,能節約20%~60%的能耗。3.2.3變頻水泵。在空調水系統中,閥門開度不變,根據空調負荷減少時的流量減少需求,通過變頻調節水泵轉速改變系統流量。同時,水泵消耗的功率也隨之降低顯著。有數據顯示,變頻水泵流量減少到75%時,消耗功率可減少到原來的42%。3.2.4變頻風機。變頻風機可以降低能耗。①閥門節流損失功率;②由于變速后風機的壓頭降低以及運行效率提高,使風機本身少消耗熱量。采用變頻風機調節風量可大幅節約電能。同時,需要根據風機的工況合理選擇變頻。3.2.5能量回收。能量回收主要包括排風熱回收、空調冷凝熱回收和內區熱量回收。排風熱回收。新風能耗在空調通風系統中占了較大比例。建筑中有新風進入,必有幾乎等量的室內空氣排出,這些排風對于新風來說含有熱量或冷量,可從排風中回收熱量或冷量,以減少新風能耗。目前,使用較普遍的新風排風熱回收設備是全熱交換器[3]。空調冷凝熱回收。常規的空調系統主要由制冷劑循環、冷卻水(或空氣)循環、冷凍水(或空氣)循環組成。室內冷負荷通過蒸發器進入制冷劑循環,變成冷凝排熱的一部分,再通過冷卻水(或空氣)循環排放到大氣中去,未加以利用。制冷機組在空調工況下運行時向大氣環境排放大量的冷凝熱,通常冷凝熱可達制冷量的1.15倍~1.3倍。大量的冷凝熱直排散失,能源浪費較多,這些熱會對環境產生不好的影響。將制冷機組放出的冷凝熱予以回收利用,用來加熱生活熱水和其他熱水,既能減少熱排放,還能變廢為寶,節約資源。室內熱量回收。建筑室內全年都存在大量余熱,可利用水環熱泵空調系統回收室內熱量。水環熱泵空調系統由室內水、空氣熱泵機組和水循環環路和輔助設備(冷卻塔等)組成。
4綠色節能暖通空調技術的智能化發展
4.1暖通空調的智能設計
綠色化的發展需要多專業技術協同創新,這給設計師提出了更高要求,傳統設備專業導向的節能是通過提高熱工設計標準和提高設備系統能效實現能耗強度的降低,再通過合理控制建筑空調供暖的規模、區域和時間,可以在保證舒適度的前提下,合理設置少用能、不用能的空間,這樣做可以在增量成本更低的條件下,實現節能效果。
4.2數據驅動的智慧運維方法
綠色建筑的發展,設計是源頭,運維是重點。隨著物聯網、傳感器等技術的發展,傳統的環境監測方法已經不適應當前的節能效率,該方法繁冗、侵入性強,數據質量差且少,數據量級僅僅為KB/MB,難以支撐長期、大規模的環境數據采集和數據庫建立。通過建立非侵入式室內環境健康性能監測設備和平臺系統(見圖1),可以搭建多維云端可視化監控系統和數據倉庫。以室內環境多測點的連續監測數據為基礎,輔以環境模擬或空間插值方法,建立多維參數、海量數據的動態環境場,這種方法能夠分時段、分區域對室內環境性能表現進行精細化剖析和靶向診斷。以夏熱冬冷地區某辦公樓為例,夏季工作日該樓標準層中部開敞辦公區面積大,人員多,空調末端送風可及性較差,室溫偏高,CO2濃度偏高,而冬季工作日整個樓層的室溫普遍偏低,特別是靠近圍護結構的區域。北向小辦公室位于角落的工位附近CO2濃度偏高,通風不暢,見圖2。通過針對性調整實現環境控制優化[4]。
5結語
綜上所述,雙碳目標的提出給建筑業,尤其是暖通空調專業提出了巨大挑戰,也帶來了發展機遇。如何使暖通空調更節能、建筑更綠色、居住者的感受更舒適,成為促進建筑業高質量發展的關鍵要素。新時期賦予綠色建筑新的內涵,隨著科技的發展,暖通空調技術也緊跟智能化發展的浪潮,從智能化設計入手,到智慧化運維,給綠色低碳技術的發展提供了新方向。
參考文獻
[1]何青,陳鑫力.被動式節能技術在暖通空調中的應用[J].住宅產業,2015(6):52-57.
[2]田雨.綠色節能暖通空調技術在綠色建筑中的應用[J].住宅與房地產,2021(9):91-92.
[3]周光輝,余娜,張震,王慧.空調冷凝熱熱回收技術研究現狀及發展趨勢[J].低溫與超導,2008(10):65-68+81.
[4]費衍慧,林震.低碳城市建設中的綠色建筑發展研究[J].中國人口·資源與環境,2010,20(S2):169-172.
作者:趙中強 單位:濟南二建集團工程有限公司