1 绿色建筑的基本内容
绿色建筑即是在建筑的全生命周期内,充分利用可再生能源、节约资源、亲和自然,并在不破坏环境的前提下,为人们提供舒适、健康室内环境的节能减排建筑。绿色建筑注重与自然和谐共生,坚持“可持续发展”与“绿色环保”等理念,是集低能耗、节能环保、健康舒适等为一体的建筑。当前,利用主动与被动式的建筑节能方式,能够显著提高建筑能源利用率,改善室内环境质量。其中,被动式方法主要是充分利用建筑的自身优势,通过改变朝向、合理布置建筑周围环境等,实现建筑物冬暖夏凉的效果;而主动式方法主要是通过借助暖通设备,实现对能源的采集、储存与利用,该方式能够充分利用自然环境的优势,为人们提供舒适的室内环境。
2 绿色建筑中的绿色节能暖通空调技术
2.1 被动式方式
利用被动式的方式提高室内生态环境,主要是通过合理布置建筑朝向与周围环境,科学选择建筑材料与结构等,有效调节太阳能辐射、处理自然通风,使日光、热能、空气流等仅在合理、有益的时间进入建筑室内,实现对热、冷空气的良好储存与合理分配,使建筑物能够充分利用自然资源,实现“冬暖夏凉”。
(1)控制太阳辐射。太阳辐射对于建筑暖通空调技术而言有利也有弊:首先,提高太阳光进入室内的辐射量,可以充分利用太阳辐射热能,减少冬季暖通空调的采暖负荷,并能充分利用昼光照明,降低室内电气照明的能耗。但是在夏季,太阳辐射量的增加又会导致室内日间空调冷负荷升高。因此,必须对太阳能辐射能量进行有效控制。
首先,选择节能玻璃。优先选择双层玻璃、Low-E玻璃、镀膜玻璃,使可见光能够顺利穿过,并对长波辐射进行有效遮挡,提高温室效应。其次,应用内置百叶技术。双层玻璃夹层中空腔安装百叶,百叶的角度可通过光电或磁力控制而发生改变,从而对直射光进行有效遮挡,并使可见的散射光通过。另外,布置建筑外遮阳板。将外遮阳板结合太阳能电池,起到降低室内空调负荷的目的,同时为室内提供照明能源,实现了照明与空调负荷的有效协调。
(2)利用自然通风。自然通风涉及因素较多,因此,比较难以实现有组织的自然通风。但是,可通过利用计算流体力学软件与能耗分析软件,并借助于先进的自动控制系统,使自然通风简单易行。在过渡季节,有组织的自然通风能够为室内提供新鲜空气,并有效降低室内温度。同时,在高温天气时,充分利用夜间进行自然通风,使建筑围护结构与室内家具的蓄热量得到有效降低,从而使白天空调的启动负荷大大降低。实践发现,在夜间进行充分的室内通风,能够使白天室内的温度降低至2~4°。对于外窗无法开启或双层、三层的玻璃幕墙,可通过间接自然通风,将室内空气引入双层玻璃的夹层,然后排放到室外。比如厦门第一个绿色三星建筑海沧生态花园住宅项目的超高层住宅,外飘窗正面采用三玻两腔内置百叶玻璃,侧面采用开启式双层中空玻璃,玻璃均为高透型Low-E玻璃。既控制了太阳辐射,又可以自然通风。
2.2 主动式方式
建筑规模的日趋复杂,使得很多建筑气候区无法通过被动式方式保持良好的室内环境。因此,就需要借助相关的机械设备、电气设备,使室内保持良好的生态环境。
(1)置换式通风系统。置换式通风系统中,新鲜空气通过调整后,通过利用下送风或顶回风的方式送入室内工作区,然后在密度差的作用下,使得冷气流由于较大的密度而向下流动,并在地板区域的位置形成温度适宜、空气清新的空气湖,热气流(向上)与冷气流(向下)形成对流气流向上部运动,并在房建顶部的排风口处排出室外。根据羽流原理,室内流场分成了下部低温单向流动区以及上部紊流混合区,上下两个区域形成一个热力分层高度,而通过合理控制这一高度值,就能使室内的空气质量得到保障,实现建筑的节能降耗功效。
在进行置换通风系统的安设时,应注意符合以下几个要求:首先,置换通风器附近不能有体积较大的障碍物影响送风;其次,置换通风器较宜靠外墙或者是外窗的位置;另外,冷负荷较高的情况下,应根据要求安设多个置换通风器;此外,室内置换通风器的安设时,整体布局应与室内的整体空间相互协调。
(2)冷辐射吊顶系统。冷辐射吊顶系统主要是利用铜盘管内循环的冷水和热水,对室内的人们、地面、墙面以及电气设备等提供冷热辐射,实现对室内温度的调节,并达到制冷或供暖的效果,并由独立的新风系统满足室内的通风换气需要(如图1)。冷辐射吊顶系统搭配独立新风系统,能够合理控制室内湿度,提高室内舒适度,并能有效缓解冷辐射吊顶系统的室内空气结露问题,因此,合理搭配新风系统就显得尤为重要。
图1 冷辐射吊顶/新风系统图
在夏季工况时,将比常规温度稍高的冷水即高温冷水,温度约为16℃~18℃,通入辐射板铜盘管管网格栅,使得吊顶板的温度处于较低的状况,并通过辐射的作用抵消室内的热量,以为人们提供较为舒适的室内环境。在冬季工况时,将比常规温度稍低的热水即低温热水,温度约为35~40℃,通入铜盘管管网格栅,使得吊顶板的温度处于较高的状况,并为室内传递热量,达到取暖的效果。
在应用冷辐射吊顶系统时,应严格注意以下几点问题:首先,应用冷辐射吊顶系统的建筑,应做好室内的遮阳避免太远辐射影响辐射空调的效果;其次,我国南方地区温度高、气候潮湿,因此,必须采取合理的措施防止吊顶板结露;另外,合理组织通风,控制室内空气流速,以提高室内人员的舒适度。
(3)地源热泵空调系统。地源热泵技术是通过对浅层地热能源的合理利用,来实现建筑暖通空调的冬季采暖或夏季制冷功能。主要分为两种模式:首先,供暖时,热泵机组通过埋设的水路循环吸收浅层水体或土壤的热能,转移地下热能至室内,实现室内冬季采暖;其次,制冷时,热泵机组将室内的热量吸收并通过水路循环转移至地下水或土壤中,并通过风机盘管,向室内提供13℃的冷风,以实现夏季的制冷效果。其原理如图2所示。
图2 地源热泵空调系统原理图
据统计,良好的地源热泵空调系统,能够为用户节约30%~40%的采暖制冷空调的运行费用。并且,地源热泵能够一机多用,为用户提供采暖、制冷的同时,还能够为用户提供生活热水,COP值高达4.0以上。目前,新型地源热泵技术还可充分利用当地海洋资源,推广海水源热泵技术,从而解决目前面临的能源危机问题。
3 结语
暖通空调技术对于提升绿色建筑的能源利用率、降低空调能耗、提高实用性、推动节能减排而言意义重大。而在当前绿色建筑暖通空调系统施工中,如何在节约能源、保护环境的基础上,满足人们对室内环境舒适度的要求,这就需要广大技术人员不断努力加紧研究,并遵循“以人为本”、“节能环保”的原则,实现绿色建筑的可持续发展。
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