绿色节能暖通空调技术在绿色建筑运用

绿色节能暖通空调技术在绿色建筑运用

【摘要】绿色建筑首先需要控制的就是暖通空调的能耗。文章以绿色节能暖通空调技术的应用为切入点,探讨绿色建筑的节能措施,希望能为达到双碳目标贡献力量。

【关键词】绿色建筑;绿色节能;暖通空调技术

1绿色建筑发展的新阶段

1.1绿色建筑概念的发展

2019年,修订后的《绿色建筑评价标准》(GB/T503782019)将传统的“四节一环保”修改为安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约和环境宜居五个要素。随着科技和城市的发展,传统的建造理念已经不能满足居住者对建筑的高品质追求,修订后的《绿色建筑评价标准》与时俱进,体现了新时期建筑业高质量发展的内涵[1]。

1.2新时期绿色建筑的内涵

1.2.1由关注建筑向关注人的感受转变

传统的绿建评价是从建筑的视角进行的;新时期的绿色建筑评价将视角转向提升建筑品质和居住者的体验感受以及居住环境。

1.2.2由以技术主导向以设计主导转变

传统的“四节一环保”体系更强调绿色技术的使用;新时期的绿色建筑更注重从建筑选址、设计等初始环节就使建筑带有绿色要素。

1.2.3由措施导向向性能效果导向转变

传统的绿色建筑评价以数据为准,并授予相应标识;新时期的绿色建筑不仅要用数据说话,更要从性能上真正取得绿色效果。

2绿色节能暖通空调技术在绿色建筑中的重要性

随着经济的发展,人们的生活水平逐渐提高,对建筑物的舒适度也有了更高追求。冬暖夏凉是人们对建筑环境最基本的要求,尤其是在全球性气候变暖的背景下,暖通空调的重要性不言而喻。当人们享受暖通空调带来的舒适感时,也应该看到舒适的背后是极高的能源消耗和碳排放,这大大破坏了生态环境,与环保政策不相符。因此,亟需绿色节能暖通空调技术的出现,为建成绿色建筑、加强我国生态文明建设贡献建筑业的力量。基于此,在进行暖通空调技术设计时,首先就需要遵循节能环保的原则,减少耗能。暖通空调作为一套系统,其节能应涉及整个系统的运行过程,不能仅局限在某一个环节或方面。与此同时,设计师要从设计初始就带着节能环保的理念和思想进行暖通空调系统的整体设计,使暖通空调系统先天就具有节能环保的功能和效果,为绿色建筑的构建奠定基础。其次,要做到绿色节能环保的暖通空调技术,还需要注意对零部件和管道等材料物品的回收再利用,在减少耗材的同时,还节约了建设成本。

3绿色节能暖通空调技术的具体应用

绿色节能暖通空调技术按大类主要分为被动式节能技术、主动式节能技术。被动式技术主要体现在对建筑朝向、窗墙比、外窗传热系数、建筑遮阳、自然通风、室内隔热墙、挡风墙及门斗、垂直绿化等方面的利用控制,这样有利于优化室内环境。主动式技术主要表现在机电系统的能效提升方面,此类技术主要应用在建筑规模较大、结构复杂多样的情况下,具体包括变频水泵、变频风机、辐射系统、能量回收系统的使用。

3.1被动式节能技术

3.1.1对太阳能的合理利用

被动式太阳能利用技术指不采用机械动力,直接通过辐射、对流和传导实现太阳能采暖或供冷,利用太阳能直接满足建筑内人们的需求。但需要注意的是,虽然在寒冷季节使用太阳能可降低暖通空调系统的采暖负荷,但到了炎热的夏季,太阳辐射量会大幅增加,使日间空调的冷负荷大大提高。因此,要做到绿色节能的暖通空调技术,就必须对太阳能进行合理控制和利用。可采取安装节能玻璃、在双层玻璃间设置百叶、建筑外设置遮阳板等措施,一方面能调节对太阳能的使用,另一方面还可以支持照明系统,减少建筑的照明能耗。

3.1.2合理的窗墙比

外窗是护结构中的一种轻薄型构件,不仅影响建筑物的通风、采光及立面效果,同时由于它的保温隔热性能不如外墙和屋面,会产生巨大能耗。窗墙比过小,建筑物内部会通风不畅,采光不足,空调及照明能耗会增加;窗墙比过大,则会增加结构设计的难度、增强外部环境向室内热(冷)传导、辐射等,整个设备的耗能会增多。因此,合理的窗墙比能使暖通空调技术起到节能环保的效果。

3.1.3利用自然通风

自然通风利用风压原理,控制入室气流,使其能够流向人员工作及活动范围,可部分取代空调系统。在春天和秋天,可以利用自然通风,提高建筑室内温度的舒适度,使室内有足够的新鲜空气。在夏天,可通过晚间自然通风,抵消室内的蓄热量,有效降低白天空调的启动负荷。如今,越来越多的人喜欢自然风,接受自然风[2]。

3.2主动式节能技术

绿色节能暖通空调系统的主动式节能技术是指通过相关机械设备和电气化设备对建筑室内的生态环境进行有效改善。

3.2.1置换式通风系统

该系统可以促使经过调整的新鲜空气利用下送风或是顶回风的方式进入室内,可实现冷空气的上下流动,促使建筑物室内的地板位置出现清新而温度适中的空气潮,使热气流和冷空气产生相互作用,出现空气运动形成对流上升状况,对流升至建筑顶部的排风口,然后随之排出。这样做可以大大减少暖通空调的使用,从而降低能耗。

3.2.2冷辐射吊顶系统

冷辐射吊顶系统是一种新型空调系统,通过冷、热水在铜盘管内的不断循环,实现对建筑内部墙面、人员以及设备等的冷、热辐射,起到调节室内温度的作用,该系统配备独立的新风系统,可为室内通风换气,并承担室内潜热负荷。辐射系统制冷性能系数提高,且省去了风机的耗电,节能效果明显。室内安静无噪音。根据资料数字显示,置换式新风系统加辐射供冷系统与常规空调系统相比,能节约20%~60%的能耗。

3.2.3变频水泵

在空调水系统中,阀门开度不变,根据空调负荷减少时的流量减少需求,通过变频调节水泵转速改变系统流量。同时,水泵消耗的功率也随之降低显著。有数据显示,变频水泵流量减少到75%时,消耗功率可减少到原来的42%。

3.2.4变频风机

变频风机可以降低能耗。①阀门节流损失功率;②由于变速后风机的压头降低以及运行效率提高,使风机本身少消耗热量。采用变频风机调节风量可大幅节约电能。同时,需要根据风机的工况合理选择变频。

3.2.5能量回收

能量回收主要包括排风热回收、空调冷凝热回收和内区热量回收。排风热回收。新风能耗在空调通风系统中占了较大比例。建筑中有新风进入,必有几乎等量的室内空气排出,这些排风对于新风来说含有热量或冷量,可从排风中回收热量或冷量,以减少新风能耗。目前,使用较普遍的新风排风热回收设备是全热交换器[3]。空调冷凝热回收。常规的空调系统主要由制冷剂循环、冷却水(或空气)循环、冷冻水(或空气)循环组成。室内冷负荷通过蒸发器进入制冷剂循环,变成冷凝排热的一部分,再通过冷却水(或空气)循环排放到大气中去,未加以利用。制冷机组在空调工况下运行时向大气环境排放大量的冷凝热,通常冷凝热可达制冷量的1.15倍~1.3倍。大量的冷凝热直排散失,能源浪费较多,这些热会对环境产生不好的影响。将制冷机组放出的冷凝热予以回收利用,用来加热生活热水和其他热水,既能减少热排放,还能变废为宝,节约资源。室内热量回收。建筑室内全年都存在大量余热,可利用水环热泵空调系统回收室内热量。水环热泵空调系统由室内水、空气热泵机组和水循环环路和辅助设备(冷却塔等)组成。

4绿色节能暖通空调技术的智能化发展

4.1暖通空调的智能设计

绿色化的发展需要多专业技术协同创新,这给设计师提出了更高要求,传统设备专业导向的节能是通过提高热工设计标准和提高设备系统能效实现能耗强度的降低,再通过合理控制建筑空调供暖的规模、区域和时间,可以在保证舒适度的前提下,合理设置少用能、不用能的空间,这样做可以在增量成本更低的条件下,实现节能效果。

4.2数据驱动的智慧运维方法

绿色建筑的发展,设计是源头,运维是重点。随着物联网、传感器等技术的发展,传统的环境监测方法已经不适应当前的节能效率,该方法繁冗、侵入性强,数据质量差且少,数据量级仅仅为KB/MB,难以支撑长期、大规模的环境数据采集和数据库建立。通过建立非侵入式室内环境健康性能监测设备和平台系统(见图1),可以搭建多维云端可视化监控系统和数据仓库。以室内环境多测点的连续监测数据为基础,辅以环境模拟或空间插值方法,建立多维参数、海量数据的动态环境场,这种方法能够分时段、分区域对室内环境性能表现进行精细化剖析和靶向诊断。以夏热冬冷地区某办公楼为例,夏季工作日该楼标准层中部开敞办公区面积大,人员多,空调末端送风可及性较差,室温偏高,CO2浓度偏高,而冬季工作日整个楼层的室温普遍偏低,特别是靠近围护结构的区域。北向小办公室位于角落的工位附近CO2浓度偏高,通风不畅,见图2。通过针对性调整实现环境控制优化[4]。

5结语

综上所述,双碳目标的提出给建筑业,尤其是暖通空调专业提出了巨大挑战,也带来了发展机遇。如何使暖通空调更节能、建筑更绿色、居住者的感受更舒适,成为促进建筑业高质量发展的关键要素。新时期赋予绿色建筑新的内涵,随着科技的发展,暖通空调技术也紧跟智能化发展的浪潮,从智能化设计入手,到智慧化运维,给绿色低碳技术的发展提供了新方向。

作者:赵中强 单位:济南二建集团工程