鄭家樂(lè)

浙江地標(biāo)設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司臺(tái)州分公司 浙江 臺(tái)州 318000

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，建筑行業(yè)對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)，相應(yīng)地也帶來(lái)了巨大的能源消耗和環(huán)境負(fù)擔(dān)。在全球變暖、氣候變化和資源稀缺等全球性挑戰(zhàn)的背景下，節(jié)能與環(huán)保已成為建筑設(shè)計(jì)和發(fā)展的重要命題。作為建筑領(lǐng)域的重要組成部分，建筑暖通系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。建筑暖通設(shè)計(jì)涉及建筑內(nèi)的供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不僅直接影響著居住者的舒適感，同時(shí)也對(duì)建筑能源消耗和室內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響[1]。

1 暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能策略

1.1 建筑外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1.1 保溫材料的選擇與應(yīng)用

在暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采取有效的節(jié)能策略對(duì)于降低建筑能耗、提高能源利用效率至關(guān)重要。其中，與建筑外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的保溫材料的選擇與應(yīng)用是一個(gè)關(guān)鍵方面。通過(guò)合理選擇和應(yīng)用保溫材料，可以有效減少建筑在供熱和制冷過(guò)程中的能量損失，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

保溫材料的選擇應(yīng)綜合考慮材料的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、耐久性、環(huán)保性和成本等因素。優(yōu)質(zhì)的保溫材料應(yīng)具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，能夠有效阻隔熱量的傳遞；適當(dāng)?shù)拿芏瓤梢员ＷC材料在長(zhǎng)期使用中不會(huì)出現(xiàn)空鼓或損壞；同時(shí)，注重材料的環(huán)保性，避免使用對(duì)環(huán)境有害的材料，確保建筑的可持續(xù)發(fā)展。

在應(yīng)用方面，保溫材料的正確施工和使用也至關(guān)重要。確保保溫材料的質(zhì)量，避免施工中的縫隙和漏洞，以確保保溫層的完整性和連續(xù)性。合理選擇不同區(qū)域的保溫材料，根據(jù)不同的熱工性能和保溫要求來(lái)進(jìn)行搭配，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能效果。除了傳統(tǒng)的保溫材料，如巖棉、聚苯板和聚氨酯等，還可以考慮應(yīng)用新型的綠色保溫材料，如生物質(zhì)材料和可再生能源材料[2]。這些材料在保溫效果的同時(shí)，還能降低對(duì)有限資源的依賴，促進(jìn)建筑行業(yè)朝著更加環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。

1.1.2 采光與遮陽(yáng)設(shè)計(jì)

采光與遮陽(yáng)設(shè)計(jì)可以最大限度地利用自然光和阻擋過(guò)多的太陽(yáng)輻射，從而減少對(duì)暖通系統(tǒng)的依賴，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在采光設(shè)計(jì)方面，科學(xué)合理地規(guī)劃建筑的窗戶和天窗位置，可以充分利用自然光，減少人工照明的使用。合理布局建筑內(nèi)部空間，確保光線能夠深入室內(nèi)，提高室內(nèi)采光質(zhì)量，同時(shí)避免采光不足導(dǎo)致的不適感和能源浪費(fèi)。

而在遮陽(yáng)設(shè)計(jì)方面，采用適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)裝置，如百葉窗、遮陽(yáng)板和遮陽(yáng)簾等，可以阻擋過(guò)強(qiáng)的太陽(yáng)輻射，減輕建筑內(nèi)部的熱負(fù)荷，降低空調(diào)負(fù)荷。遮陽(yáng)設(shè)計(jì)還可以有效防止夏季過(guò)熱和冬季過(guò)冷現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部溫度的自然調(diào)節(jié)，進(jìn)一步降低能源消耗。此外，結(jié)合采光與遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，可以采用智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)感知室內(nèi)外的光照和溫度情況，及時(shí)調(diào)整窗簾和遮陽(yáng)裝置的開(kāi)閉程度，最大程度上滿足建筑內(nèi)部的采光和遮陽(yáng)需求，優(yōu)化建筑的能源利用效率。

1.2 傳熱與傳質(zhì)機(jī)理優(yōu)化

1.2.1 熱傳導(dǎo)途徑的減少

熱傳導(dǎo)是能量從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域的過(guò)程，在建筑中，過(guò)多的熱傳導(dǎo)途徑會(huì)導(dǎo)致能量的浪費(fèi)和熱量的損失，從而增加供熱負(fù)荷和能源消耗。為了減少熱傳導(dǎo)途徑，可以在建筑外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用高效的保溫材料。優(yōu)質(zhì)的保溫材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，能夠有效阻擋熱量的傳遞，將建筑內(nèi)部的熱能盡可能保留在室內(nèi)，減少能量的損失。在墻體、屋頂和地板等部位廣泛應(yīng)用保溫材料，可以降低建筑的熱橋效應(yīng)，提高保溫效果。

此外，采用斷熱性能良好的窗戶和門，也是減少熱傳導(dǎo)途徑的重要措施。傳統(tǒng)的單層玻璃窗戶容易導(dǎo)致熱量的散失，而雙層或三層中空玻璃窗能夠有效隔離內(nèi)外溫度，減少熱傳導(dǎo)。結(jié)合合理的窗框設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高窗戶的斷熱性能，減少能量的損失。在建筑內(nèi)部，通過(guò)合理布局和隔熱設(shè)計(jì)，也可以減少熱傳導(dǎo)途徑。例如，采用隔熱墻體隔斷，合理設(shè)置建筑內(nèi)部空間，可以降低冷熱空氣的相互傳遞，提高室內(nèi)的溫度穩(wěn)定性和舒適性。

1.2.2 空氣與水流動(dòng)優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化空氣和水的流動(dòng)方式，可以提高能源利用效率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。在空氣流動(dòng)優(yōu)化方面，合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的有效交換，提供新鮮空氣，同時(shí)降低供暖和制冷系統(tǒng)的負(fù)荷。通過(guò)考慮風(fēng)道的布局、氣流的流速和流向等因素，可以避免空氣流動(dòng)中的死角和阻力，減少能量損失。采用智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)外溫度和濕度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)量，最大限度地利用自然通風(fēng)，降低機(jī)械通風(fēng)的能耗。

在水流動(dòng)優(yōu)化方面，合理設(shè)計(jì)供暖和制冷系統(tǒng)的管道布局、水流速度和壓力降，可以減少水泵的能耗，提高水流動(dòng)的效率。采用節(jié)能的水泵和流量控制裝置，可以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)、按需供水，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。同時(shí)，優(yōu)化暖通系統(tǒng)的水路結(jié)構(gòu)和散熱器的選擇，也可以提高傳熱效率，減少水流動(dòng)過(guò)程中的能量損失。此外，結(jié)合空氣與水流動(dòng)優(yōu)化，可以應(yīng)用先進(jìn)的熱回收技術(shù)。例如，通過(guò)熱交換器將排出的廢氣或廢水中的熱能回收利用，用于供暖或熱水制備，減少能源的浪費(fèi)[3]。

1.3 能源利用優(yōu)化

1.3.1 高效暖通設(shè)備的選用

在高效暖通設(shè)備的選用方面，首先需要考慮設(shè)備的能效指標(biāo)。例如，選擇能效等級(jí)高的暖通設(shè)備，如高效熱泵、燃?xì)忮仩t等，可以有效降低設(shè)備運(yùn)行時(shí)的能源消耗。此外，考慮設(shè)備的工作效率和控制精度也是重要因素。通過(guò)選擇具有高效率和精確控制的暖通設(shè)備，可以在不同季節(jié)和溫度條件下，提供穩(wěn)定且舒適的室內(nèi)環(huán)境，減少能源的浪費(fèi)。

其次，需要根據(jù)建筑的實(shí)際需求和特點(diǎn)，量身定制暖通設(shè)備的規(guī)格和數(shù)量。避免過(guò)度設(shè)計(jì)和不必要的設(shè)備冗余，可以減少系統(tǒng)的能耗和運(yùn)行成本。合理配置暖通設(shè)備，根據(jù)建筑的朝向、面積、使用用途等因素進(jìn)行優(yōu)化，可以確保設(shè)備在高效運(yùn)行的同時(shí)，滿足建筑內(nèi)部的舒適性和節(jié)能要求。

1.3.2 可再生能源的利用

可再生能源是指在自然界中不斷生成的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿龋淅脤?duì)環(huán)境幾乎不產(chǎn)生負(fù)面影響，具有低碳排放和可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)。在暖通系統(tǒng)中應(yīng)用可再生能源，不僅可以減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放，還可以提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)綠色能源的有效利用。

太陽(yáng)能是一種重要的可再生能源，可以通過(guò)光伏發(fā)電和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用于暖通系統(tǒng)中。在光伏發(fā)電方面，通過(guò)在建筑外圍結(jié)構(gòu)中安裝光伏電池板，將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，為暖通設(shè)備的運(yùn)行提供綠色能源。而太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)則利用太陽(yáng)能直接加熱水，供應(yīng)給供暖系統(tǒng)或提供熱水，減少傳統(tǒng)燃?xì)鉄崴鞯氖褂?，降低能源消耗?/p>

1.4 智能控制技術(shù)在暖通系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.4.1 智能溫控與調(diào)度

智能控制技術(shù)基于先進(jìn)的傳感器、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析建筑內(nèi)外的溫度、濕度、人員活動(dòng)等信息，以智能化方式對(duì)暖通系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到優(yōu)化能源利用、提高能效的目的[4]。

智能溫控技術(shù)通過(guò)在建筑內(nèi)部設(shè)置智能溫度傳感器和控制設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度變化，并根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度范圍和舒適標(biāo)準(zhǔn)，智能地調(diào)節(jié)供暖和制冷設(shè)備的運(yùn)行，以確保室內(nèi)溫度始終保持在舒適范圍內(nèi)。通過(guò)智能溫控技術(shù)，可以避免因溫度波動(dòng)過(guò)大而造成的能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)溫，節(jié)約能源[5]。

智能調(diào)度技術(shù)將多個(gè)暖通設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最佳能源利用效率。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)，智能調(diào)度系統(tǒng)可以合理安排設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行模式，避免設(shè)備過(guò)度運(yùn)轉(zhuǎn)或重復(fù)運(yùn)行，減少能源消耗。例如，在低負(fù)荷時(shí)段降低設(shè)備的運(yùn)行功率，在高負(fù)荷時(shí)段增加設(shè)備的運(yùn)行效率，以最小的能耗滿足建筑的供暖和制冷需求。

1.4.2 自適應(yīng)控制策略

自適應(yīng)控制策略基于先進(jìn)的傳感器、數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，能夠?qū)崟r(shí)感知和分析建筑內(nèi)外的溫度、濕度、人員活動(dòng)等信息，并根據(jù)實(shí)際需求智能地調(diào)整暖通系統(tǒng)的運(yùn)行，以最優(yōu)化能源利用、提高能效為目標(biāo)。自適應(yīng)控制策略的核心是根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和反饋信息進(jìn)行智能決策。通過(guò)在建筑內(nèi)設(shè)置多樣化的傳感器，監(jiān)測(cè)室內(nèi)外的環(huán)境參數(shù)和能耗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以了解建筑的實(shí)際狀況。同時(shí)，結(jié)合人工智能算法和模型預(yù)測(cè)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)未來(lái)的環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通設(shè)備的智能預(yù)調(diào)節(jié)。

在自適應(yīng)控制策略中，系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的時(shí)間段和使用情況進(jìn)行智能調(diào)控。在不同的季節(jié)和天氣條件下，自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整供暖和制冷設(shè)備的運(yùn)行模式和參數(shù)，以最優(yōu)化的方式滿足建筑內(nèi)部的舒適需求。在高峰和低谷用能時(shí)段，系統(tǒng)可以根據(jù)能源價(jià)格和供需情況，智能調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行策略，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

2 建筑暖通設(shè)計(jì)中的節(jié)能策略實(shí)踐案例

2.1 辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)案例

2.1.1 背景

圖1 辦公建筑節(jié)能設(shè)計(jì)圖 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

該辦公建筑項(xiàng)目位于城市中心，是一棟多層辦公大樓，總面積約為1萬(wàn)平方米。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)初期就明確了可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，將節(jié)能減排作為設(shè)計(jì)的重要方向。在暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分結(jié)合節(jié)能策略，采用智能控制技術(shù)和可再生能源的應(yīng)用，旨在打造一個(gè)高效節(jié)能、環(huán)保舒適的辦公空間。

2.1.2 節(jié)能策略一：智能溫控與調(diào)度

該項(xiàng)目采用了先進(jìn)的智能溫控系統(tǒng)，通過(guò)在每個(gè)辦公區(qū)域安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，并結(jié)合人員活動(dòng)信息，智能調(diào)節(jié)空調(diào)和供暖設(shè)備的運(yùn)行。系統(tǒng)能根據(jù)不同季節(jié)和工作時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)調(diào)度，合理調(diào)整室內(nèi)溫度，確保在提供舒適環(huán)境的同時(shí)，最小化能源消耗。

2.1.3 節(jié)能策略二：高效暖通設(shè)備選用

在暖通設(shè)備的選用上，該項(xiàng)目選擇了高效節(jié)能的熱泵供暖和地源熱泵系統(tǒng)。熱泵供暖利用空氣或地下熱能進(jìn)行熱交換，比傳統(tǒng)鍋爐供暖更加高效。地源熱泵系統(tǒng)則利用地下恒定的地?zé)崮?，通過(guò)熱泵的工作將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化為高溫供暖，極大地降低了供暖能耗。同時(shí)，系統(tǒng)采用了智能調(diào)度技術(shù)，根據(jù)室內(nèi)外溫度和人員活動(dòng)情況，智能地優(yōu)化供暖設(shè)備的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)電。

2.1.4 節(jié)能策略三：可再生能源的利用

在該辦公建筑中，還應(yīng)用了可再生能源技術(shù)，如太陽(yáng)能光伏和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏板安裝在建筑外圍結(jié)構(gòu)中，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能供給照明和其他電力設(shè)備。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)則利用太陽(yáng)能直接加熱水，用于供暖和熱水制備。通過(guò)應(yīng)用這些可再生能源技術(shù)，辦公大樓能夠在一定程度上自給自足，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，進(jìn)一步降低碳排放。

2.1.5 效果與成果

通過(guò)上述節(jié)能策略的實(shí)踐，該可持續(xù)辦公大樓項(xiàng)目取得了顯著的節(jié)能效果。相較于傳統(tǒng)辦公建筑，該建筑的能源消耗降低了30%，碳排放量減少了25%。智能溫控系統(tǒng)的應(yīng)用，使得室內(nèi)溫度保持在舒適范圍內(nèi)，員工的工作效率和舒適感都得到了提升。同時(shí)，高效暖通設(shè)備的選用和可再生能源的利用，也為項(xiàng)目的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為建筑行業(yè)的節(jié)能減排和環(huán)保發(fā)展樹(shù)立了積極的典范。

2.2 住宅小區(qū)節(jié)能設(shè)計(jì)案例

2.2.1 背景

圖2 住宅小區(qū)節(jié)能設(shè)計(jì)圖 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

綠色低碳小區(qū)是一個(gè)位于城市郊區(qū)的住宅小區(qū)項(xiàng)目，由多棟住宅樓組成，總戶數(shù)約500戶。在規(guī)劃和設(shè)計(jì)初期，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就明確了節(jié)能減排和環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的目標(biāo)。在暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采取了一系列節(jié)能策略，包括結(jié)合智能控制技術(shù)和綠色建筑設(shè)計(jì)，優(yōu)化供暖與制冷系統(tǒng)，以最大程度地提高能源利用效率和減少碳排放。

2.2.2 節(jié)能策略一：智能溫控與調(diào)度

為了實(shí)現(xiàn)住宅的舒適度和節(jié)能目標(biāo)，綠色低碳小區(qū)引入了智能溫控系統(tǒng)。每個(gè)住宅單元都配備了智能溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)感知室內(nèi)溫度變化。通過(guò)智能控制系統(tǒng)，居民可以根據(jù)自己的需求調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，而系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)居民的使用習(xí)慣和室內(nèi)外溫度變化，智能地調(diào)整供暖和制冷設(shè)備的運(yùn)行模式，以保持室內(nèi)溫度在舒適范圍內(nèi)，同時(shí)最小化能源的消耗。

2.2.3 節(jié)能策略二：綠色建筑設(shè)計(jì)與節(jié)能材料應(yīng)用

該小區(qū)的建筑設(shè)計(jì)注重隔熱性能和能源效率。采用了高效節(jié)能的外墻保溫材料，如外墻保溫系統(tǒng)和雙層中空窗戶，減少了熱傳導(dǎo)和熱橋效應(yīng)，有效地阻止了能量的損失。屋頂也采用了反射性材料，降低了夏季的熱吸收，進(jìn)一步降低了空調(diào)負(fù)荷。同時(shí)，在室內(nèi)裝修中，選擇了環(huán)保的低VOC材料，保障居民的室內(nèi)空氣質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過(guò)結(jié)合智能控制技術(shù)、能源利用優(yōu)化以及可再生能源的應(yīng)用，可以顯著降低能耗，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的節(jié)能減排目標(biāo)。這些策略在提高室內(nèi)環(huán)境舒適性的同時(shí)，也為建筑的可持續(xù)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)，為綠色建筑發(fā)展提供了有效解決方案。