李祥

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院）

1 引言

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新的同時(shí)，節(jié)能成為人們目前重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，尤其是在建筑行業(yè)，綠色建筑的發(fā)展需要節(jié)能方法的不斷研究，才能最大化的提高綠色建筑的節(jié)能環(huán)保理念，從根本上提高綠色建筑的節(jié)能效果。在節(jié)能環(huán)保的理念下，強(qiáng)化綠色建筑的生態(tài)保護(hù)效果，為綠色建筑的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的動(dòng)力[1]。

為了強(qiáng)化綠色建筑的節(jié)能效果，要對(duì)影響綠色建筑節(jié)能效果的各方因素進(jìn)行詳細(xì)的研究，才能實(shí)現(xiàn)綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能的良好控制，提高綠色建筑的整體節(jié)能效果，并完成綠色建筑壽命的提高。隨著全球能量損耗的不斷提高，各國(guó)政府相繼出臺(tái)了環(huán)保相關(guān)法律，指導(dǎo)各個(gè)行業(yè)進(jìn)行節(jié)能、環(huán)保的推進(jìn)。針對(duì)綠色建筑行業(yè)來(lái)講，最為嚴(yán)重的能量消耗由暖通空調(diào)產(chǎn)生，甚至在部分綠色建筑中，降低暖通空調(diào)的能量損耗即是降低綠色建筑的整體能量損耗，因此暖通空調(diào)節(jié)能控制方法研究對(duì)于降低綠色建筑能耗具有重要的作用[2,3,4]。

綠色建筑中暖通空調(diào)的作用為：采暖、通風(fēng)與調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣。在綠色建筑的總體能量消耗中，暖通空調(diào)所占的比例是相當(dāng)高的，有些綠色建筑中的暖通空調(diào)能耗可達(dá)總能耗的52%。根據(jù)目前的暖通空調(diào)能耗占比，研究暖通空調(diào)節(jié)能控制方法，降低綠色建筑中暖通空調(diào)的能耗，即大幅度降低綠色建筑的整體能耗，緩解日益緊張的能量供求關(guān)系[5,6]。

2 綠色建筑與暖通空調(diào)

2.1 綠色建筑

所謂綠色建筑是指能夠達(dá)到節(jié)能減排目的的建筑物，確保在其全生命周期內(nèi)，滿足居住者工作、生活中空間需求的同時(shí)，也滿足人們對(duì)健康居住的需求，并在最大程度上實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生。綠色建筑具有健康、舒適、節(jié)能環(huán)保的有特點(diǎn)，是符合可持續(xù)發(fā)展理念的新式建筑[7]。

2.2 暖通空調(diào)

暖通空調(diào)可以調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣、為建筑通風(fēng)、為建筑提供供暖，為建筑中工作、生活的人們提供健康、舒適、節(jié)能的居住環(huán)境。對(duì)綠色建筑中的暖通空調(diào)進(jìn)行節(jié)能控制，可以降低綠色建筑的能耗[8]。

3 綠色建筑中暖通空調(diào)節(jié)能控制原則

3.1 節(jié)約原則

綠色建筑中最為重要的原則就是節(jié)約原則，因此研究暖通空調(diào)節(jié)能控制方法，要遵循節(jié)約的原則，并強(qiáng)化暖通空調(diào)的能量利用率。綠色建筑有別于其他普通建筑的特征點(diǎn)就在于能量消耗較低，這正決定了綠色建筑中暖通空調(diào)的控制方法的研究方向，在降低能量消耗的基礎(chǔ)上，提高能源的利用效率。保證綠色建筑中的暖通空調(diào)具有較高的經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益，降低綠色建筑整體的運(yùn)行成本[9,10]。

3.2 循環(huán)利用原則

在綠色建筑中暖通空調(diào)的實(shí)際應(yīng)用效果會(huì)受到多重因素的影響，導(dǎo)致暖通空調(diào)的節(jié)能效果存在差異，循環(huán)利用原則可以提高暖通空調(diào)的利用效率。例如余熱循環(huán)利用，將熱量通過(guò)多個(gè)回路分開(kāi)，在運(yùn)行中產(chǎn)生余熱并留下對(duì)其再利用?？蓪?shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，促進(jìn)供暖裝置，提高熱量的使用率。符合循環(huán)利用原則，使綠色建筑的能耗情況逐漸完善。

3.3 生態(tài)環(huán)保原則

在不同的地域環(huán)境中，環(huán)境溫度不同導(dǎo)致對(duì)暖通空調(diào)的需求也是不同的。在炎熱的地區(qū)夏季要求暖通空調(diào)具有良好的制冷能力?？紤]綠色建筑的特點(diǎn)，研究暖通空調(diào)的節(jié)能控制方法要考慮環(huán)境效益，盡量降低溫室氣體的排放量，不僅做到綠色建筑自身能耗低，更要保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在使用暖通空調(diào)的過(guò)程中，確保暖通空調(diào)的能耗不高于國(guó)家和地方建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的80%，達(dá)到綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

4 綠色建筑暖通空調(diào)的節(jié)能控制方法

4.1 綠色建筑中暖通空調(diào)的能耗分析

綠色建筑中構(gòu)建的暖通空調(diào)系統(tǒng)，其工作程序會(huì)涉及到對(duì)環(huán)境溫度、濕度、通排風(fēng)的多重循環(huán)往復(fù)地交換，其換熱站原理如圖1所示。

當(dāng)室外溫度與室內(nèi)溫度存在溫差時(shí)，由室外溫度傳感器將信息傳遞給氣候補(bǔ)償器，氣候補(bǔ)償器根據(jù)提前設(shè)定調(diào)節(jié)關(guān)系曲線，向三通閥輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，改變供回水混合比例，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度。氣候補(bǔ)償依據(jù)室外環(huán)境溫度變化，通過(guò)調(diào)節(jié)一次供回水側(cè)的冷/熱媒流量，控制出水/送風(fēng)溫度，自動(dòng)調(diào)整一次側(cè)供水流量，間接控制二次側(cè)供水溫度。綠色建筑中特殊構(gòu)造的暖通空調(diào)系統(tǒng)因其特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而區(qū)別于傳統(tǒng)暖通的空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗而達(dá)到節(jié)能目的，但實(shí)際應(yīng)用中能耗因這些因素影響而產(chǎn)生變化：

圖1 換熱站原理圖

①硬件設(shè)計(jì)中，未能注重整體平衡機(jī)型設(shè)備的選擇，在配置設(shè)計(jì)上選用了不合適的能耗比造成系統(tǒng)對(duì)資源能耗的浪費(fèi)，產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)哪茉磽p耗，同時(shí)也損害了節(jié)能效果。

②因暖空調(diào)系統(tǒng)的工作原理本來(lái)就的涉及到對(duì)環(huán)境中溫度、濕度等因素的調(diào)控，當(dāng)這些因素超出平均水平時(shí)，會(huì)造成能源的過(guò)度浪費(fèi)，不符合節(jié)能理念。

4.2 負(fù)荷的合理計(jì)算

對(duì)負(fù)荷的評(píng)估在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位，只有在得出負(fù)荷范圍的情況下才能對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的選擇，不因過(guò)高而造成能量損耗，無(wú)端增加成本，也防止因?yàn)檫^(guò)低而嚴(yán)重影響實(shí)際使用效果。負(fù)荷的計(jì)算方式是對(duì)影響建筑內(nèi)溫度的整體環(huán)境因素都考慮進(jìn)去，比如建筑結(jié)構(gòu)造成的熱損失情況，所處地區(qū)的緯度影響的太陽(yáng)直射強(qiáng)度，氣候因素造成平均的溫度、濕度等，將它們納入計(jì)算的范疇，統(tǒng)計(jì)其對(duì)負(fù)荷影響的權(quán)重，得出負(fù)荷范圍。

4.3 節(jié)能控制方法

提高能源使用效率需要根據(jù)實(shí)際生活的需求進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，比方說(shuō)根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整房間設(shè)定溫度，而非一成不變。善用冷熱量回收、濕熱轉(zhuǎn)換等方式合理運(yùn)行暖通空調(diào)以達(dá)到節(jié)省能源等。

①將蓄冷(熱)技術(shù)應(yīng)用于暖通空調(diào)節(jié)能控制，有利于提高綠色建筑暖通空調(diào)節(jié)能控制的效果。因?yàn)榕照{(diào)中的電負(fù)荷呈線性波動(dòng)，將暖通空調(diào)中的負(fù)荷高峰轉(zhuǎn)移至負(fù)荷低谷，進(jìn)行填谷操作，可以提高電能量的利用效率，緩解城市用電壓力。由于目前采用的是分時(shí)計(jì)算電費(fèi)的方式，對(duì)于暖通空調(diào)使用者來(lái)講填谷操作可以降低電費(fèi)開(kāi)銷，降低整體的運(yùn)營(yíng)成本。暖通空調(diào)中使用的蓄冷(熱)技術(shù)主要包括：蓄冷(熱)設(shè)備、制冷(熱)設(shè)備、管道連接設(shè)備、控制中心、暖通空調(diào)循環(huán)控制設(shè)備，根據(jù)數(shù)字顯示對(duì)暖通空調(diào)進(jìn)行直接控制。在暖通空調(diào)節(jié)能控制中使用DDC控制器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)的主要暖通空調(diào)控制功能有：比較暖通空調(diào)中的回水與冷凍水溫度，通過(guò)溫度公式計(jì)算出暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水負(fù)荷值。根據(jù)暖通空調(diào)的冷負(fù)荷確定空調(diào)的最佳節(jié)能狀態(tài)，調(diào)節(jié)綠色建筑中暖通空調(diào)的制冷運(yùn)行機(jī)組數(shù)量，在保證建筑環(huán)境舒適的情況下，使節(jié)能效果最優(yōu)。綠色建筑中暖通空調(diào)的冷水泵含有兩個(gè)運(yùn)行機(jī)組，DDC控制器可以對(duì)暖通空調(diào)冷水泵機(jī)組的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)時(shí)長(zhǎng)啟動(dòng)冷水泵中的某一個(gè)機(jī)組，以保證暖通空調(diào)系統(tǒng)具有充足的水量。并且降低暖通空調(diào)的故障以及不能運(yùn)行狀況，提高了暖通空調(diào)的使用效果。

②對(duì)綠色建筑的室內(nèi)溫度信息進(jìn)行采集，依據(jù)采集的溫度信息設(shè)置暖通空調(diào)的溫度，以及暖通空調(diào)新風(fēng)與出風(fēng)量。通過(guò)室內(nèi)溫度，根據(jù)溫度計(jì)算公式獲得暖通空調(diào)的啟動(dòng)次數(shù)與啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理控制暖通空調(diào)中的運(yùn)行控制器，提升暖通空調(diào)的節(jié)能效果。根據(jù)綠色建筑的溫度需求與通風(fēng)情況，適時(shí)的調(diào)節(jié)暖通空調(diào)的新風(fēng)與出風(fēng)閥門，并且在暖通空調(diào)停止運(yùn)行時(shí)，所有通風(fēng)閥門均關(guān)閉。暖通空調(diào)的風(fēng)機(jī)與冷水閥進(jìn)行配合控制，在室內(nèi)外風(fēng)溫度接近時(shí)，開(kāi)啟新風(fēng)閥門大量引入新風(fēng)，風(fēng)機(jī)停止時(shí)同時(shí)關(guān)閉暖通空調(diào)冷水閥。在暖通空調(diào)的新風(fēng)管上設(shè)置溫度傳感器，新風(fēng)溫度與設(shè)定室內(nèi)溫度進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果以電信號(hào)的形式輸出便于觀察，調(diào)節(jié)空調(diào)回水管上水閥以控制暖通空調(diào)的水流量，使回風(fēng)溫度始終保持在設(shè)定室內(nèi)溫度范圍內(nèi)。

③采用循環(huán)熱源提取的熱泵技術(shù)。熱泵技術(shù)相比傳統(tǒng)一次性熱能源技術(shù)，優(yōu)越性十分突出：可利用能源豐富多樣，有效利用工業(yè)排放熱氣、城市生活產(chǎn)生溫室氣體、城市土壤、地下水、排放污水多種能源實(shí)現(xiàn)廢物再利用生成熱能，實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)；可節(jié)約能源成本，傳統(tǒng)能源如煤、石油、天然氣，無(wú)論對(duì)環(huán)境還是其本身代價(jià)頗為高昂，為不可再生能源，而本文針對(duì)的低溫?zé)崮転榭稍偕拖∮卸饶茉?，可行性較強(qiáng)；可一體兩用，熱泵技術(shù)是一種充分利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置。一般情況下，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體中去，卻不能自發(fā)地沿相反方向進(jìn)行。熱泵的工作原理就是以逆循環(huán)方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體的機(jī)械裝置，它僅消耗少量的逆循環(huán)凈功，就可以得到較大的供熱量，可以有效地把難以應(yīng)用的低品位熱能利用起來(lái)達(dá)到節(jié)能目的。地源熱泵是陸地淺層能源通過(guò)輸入少量的高品位能源(如電能)實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的裝置。地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分：室外地源換熱系統(tǒng)、地源熱泵主機(jī)系統(tǒng)和室內(nèi)末端系統(tǒng)。具備可再生、節(jié)省空間、使用壽命長(zhǎng)、污染小等優(yōu)勢(shì)。

④綠色建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)的主要工作就是進(jìn)行室內(nèi)采暖，空氣、水等，暖通空調(diào)運(yùn)行的冷熱承載物質(zhì)的需求量也是不斷變化的。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變流量技術(shù)，可以針對(duì)室外不同季節(jié)的溫度變化以及一日內(nèi)不同時(shí)間段的溫度需求，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)暖通空調(diào)的負(fù)荷，使暖通空調(diào)的整體能耗最大程度的降低。暖通空調(diào)中的冷凍水循環(huán)、熱水供暖以及排風(fēng)系統(tǒng)等都可以運(yùn)用變流量技術(shù)進(jìn)行控制，可以較大幅度降低暖通空調(diào)的能耗，即降低綠色建筑的整體能耗，有利于綠色建筑的節(jié)能理念的發(fā)展。

⑤綠色建筑節(jié)能要求在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(包括屋頂、外墻、門窗等)中使用綠色建材作為保溫、隔熱材料以節(jié)約能源。可以減少基本建筑材料的用量，減輕圍護(hù)結(jié)構(gòu)的自重，而且在保證建筑物的室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí)，采用可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度的新型墻體材料，可以大幅度節(jié)能降耗，推動(dòng)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5 暖通空調(diào)節(jié)能控制在綠色建筑節(jié)能中的意義

暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)方法的制定和實(shí)施，可以為綠色建筑建設(shè)中節(jié)能降耗戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供可靠的保障。綠色建筑發(fā)展過(guò)程中的核心理念就是節(jié)能降耗，具體體現(xiàn)在節(jié)水、節(jié)電、少污染等方面，并能提高室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。作為建筑物能耗的重要電氣，暖通空調(diào)在實(shí)際的應(yīng)用中的能耗消耗量是非常大的，對(duì)室外空氣質(zhì)量也有著一定的影響。因此，有必要研究暖通空調(diào)節(jié)能控制方法，為綠色建筑節(jié)能降耗目的的實(shí)現(xiàn)提供可靠的保障，完善綠色建筑的服務(wù)功能，增強(qiáng)綠色建筑物的生態(tài)效應(yīng)。

6 結(jié)語(yǔ)

在綠色建筑中實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗耗費(fèi)比的綜合控制占據(jù)重要的位置。充分、合理的控制暖通空調(diào)，不僅可以保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約，同時(shí)，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行研發(fā)和實(shí)施是綠色建筑系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)，合理的使用暖通空調(diào)節(jié)能控制方法，為綠色建筑節(jié)能做出突出貢獻(xiàn)。