仿古建筑中綠色暖通空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用思考

撰稿：秦振春

 

〔摘要〕本文介紹了綠色建筑中暖通空調(diào)技術(shù)在仿古建筑中的應(yīng)用，著重介紹了圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)冷熱源、空調(diào)末端及建筑自然通風(fēng)方面綠色建筑技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合一個(gè)擬建的仿古建筑分析了這些技術(shù)如何與實(shí)際的仿古建筑有機(jī)融合，達(dá)到真正的綠色環(huán)保節(jié)能的目的。

〔關(guān)鍵詞〕綠色建筑；仿古建筑；暖通空調(diào)；節(jié)能

一、引言

隨著人們的生活水平的提高，在建筑建造和使用過程中，為了滿足們對(duì)環(huán)境的舒適度的要求，大都配備了供暖通風(fēng)或空調(diào)設(shè)施，近年來在仿古建筑內(nèi)也同樣為了提高舒適度而配備了中央空調(diào)系統(tǒng)，仿古建筑對(duì)建筑外表及景觀有著苛刻的要求，暖通設(shè)計(jì)時(shí)不得破壞外立面及周圍景觀，若設(shè)計(jì)不好，就會(huì)造成嚴(yán)重的建筑能耗浪費(fèi)，為此在這類建筑中，我們可以按綠色建筑的設(shè)計(jì)理念，遵循被動(dòng)措施優(yōu)先、主動(dòng)措施優(yōu)化的原則^①，最大限度地減少建筑能耗，減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，使仿古建筑達(dá)到與自然的和諧共生。本文將以泰安市汶河風(fēng)景區(qū)內(nèi)主要標(biāo)志性建筑“觀汶閣”（擬建）為例，思考在仿古建筑中綠色暖通空調(diào)技術(shù)如何得到應(yīng)用。

二、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于泰安市汶河風(fēng)景區(qū)漢博園內(nèi)，古老的汶河?xùn)|岸，南臨汶河，南望徂徠山，北眺五岳之尊泰山，建成后為漢博園乃至整個(gè)汶河風(fēng)光帶重要的標(biāo)志性建筑。總建筑面積為16931.6平方米，地上9層，地下1層，其中地上11961.2平方米，地下4970平方米。建筑高度72米，主要建筑功能為展覽、文化、休閑、觀景，見圖1。本建筑擬按綠色建筑二星進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)泰安室外設(shè)計(jì)參數(shù)初步估算該項(xiàng)目（含相鄰一棟3000平米的游客服務(wù)中心）夏季空調(diào)冷負(fù)荷約3000kW，冬季空調(diào)熱負(fù)荷約2000kW。

圖1 觀汶閣建筑效果圖

三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響很大，尤其是窗戶玻璃的性能及窗戶的遮陽效果最為重要，這些將影響中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備容量及運(yùn)行費(fèi)用。

本項(xiàng)目可以結(jié)合建筑的外形的特點(diǎn)，采用以下幾項(xiàng)綠色建筑節(jié)能技術(shù)：

（1）下部幾層結(jié)合建筑造型，將窗戶設(shè)置于建筑外墻內(nèi)側(cè)，利用外墻造型起到固定遮陽的效果，見圖2。這種固定遮陽既有水平式固定遮陽（見圖3）的優(yōu)點(diǎn)，又有垂直式固定遮陽（見圖4）的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地遮擋高度角中等的、從窗前斜射下來的陽光，遮陽效果比較均勻。

圖2 利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定遮陽

圖3 水平式固定遮陽

圖4 垂直式固定遮陽

（2）由于仿古建筑外形特點(diǎn)，其余窗戶無法做固定外遮陽，我們采用溫控變色遮陽玻璃，夏季玻璃顏色變深，攔截太陽光熱量，起到外遮陽的作用，無需使用室內(nèi)外遮陽設(shè)備；冬季保持透明，便于取暖采光。安裝了這種玻璃可以大大降低夏季和冬季空調(diào)的運(yùn)行能耗。

四、空調(diào)冷熱源

根據(jù)本項(xiàng)目能源資源特點(diǎn)和業(yè)主對(duì)項(xiàng)目要求，擬考慮以下三種方案，即地源熱泵、地表水源熱泵+輔助熱源（鍋爐）、冷水機(jī)組+鍋爐，并通過表1，對(duì)三種方案進(jìn)行了對(duì)比分析。

表1：冷熱源方案技術(shù)對(duì)比

方案分類	地源熱泵	地表水源熱泵+輔助熱源（鍋爐）	冷水機(jī)組+鍋爐（或市政熱力）
主要設(shè)備參數(shù)初步選型	1、熱泵主機(jī)2臺(tái)：制冷量1500kw，制熱量1500kw； 2、鉆孔埋管數(shù)量：500口； 3、夏季輔助冷卻暫定河水取水量：260t/h。	1、熱泵主機(jī)2臺(tái)：制冷量1500kw，制熱量1500kw； 2、河水取水量：700t/h。	1、冷水機(jī)組2臺(tái)：制冷量1500kw； 2、鍋爐2臺(tái)：1.5t/h或者換熱站容量：2000kw。
土建機(jī)房要求/配電要求	1、機(jī)房面積：約200m2， 2、配電容量：約 1000KW。	1、機(jī)房面積：約200m2； 2、鍋爐房面積120m2； 3、配電容量：約 1000KW。	1、冷凍機(jī)房面積180m2； 2、鍋爐房面積120m2或換熱站面積100m2； 3、配電容量：約 1000KW。
優(yōu)點(diǎn)	1、夏季供冷和冬季供熱都可靠，冬季供熱是熱泵中最可靠技術(shù)； 2、打孔面積充足； 3、室外無空調(diào)冷熱源設(shè)備，不影響景觀； 4、無鍋爐房，節(jié)省建筑面積； 5、運(yùn)行費(fèi)用最低。	1、夏季能更好利用地表水水溫品位； 2、室外無空調(diào)冷熱源設(shè)備，不影響景觀； 3、運(yùn)行費(fèi)用略低。	1、 夏季供冷和冬季供熱都可靠；
缺點(diǎn)	1、初投資較高； 2、需要進(jìn)行巖土熱響應(yīng)測(cè)試，以分析鉆孔難度、是否有溶洞后才能確定技術(shù)可行性。	1、冬季水溫過低時(shí)機(jī)組換熱器有凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)，可靠性低，一部分時(shí)間甚至大部分時(shí)間需要輔助熱源或加防凍液； 2、冬季可靠性比地源熱泵低； 3、需要鍋爐房，占用建筑面積。	1、夏季供冷需要冷卻塔，設(shè)備飄水對(duì)旅游園區(qū)影響性較大。 2、需要鍋爐房或換熱站，占用建筑面積； 3、運(yùn)行費(fèi)用最高。
需要的設(shè)計(jì)資料	1、根據(jù)暖通規(guī)范要求方案決策和設(shè)計(jì)前應(yīng)做巖土熱響應(yīng)測(cè)試②，目的:(1)分析鉆孔難度、是否有溶洞、鉆孔成本（2）獲得換熱指標(biāo)； 2、土壤熱平衡問題，是否需要輔助冷卻（運(yùn)行時(shí)間短），待巖土熱響應(yīng)測(cè)試并準(zhǔn)確負(fù)荷計(jì)算后確認(rèn)； 3、若夏季需要輔助冷卻措施，可用河水冷卻，以省去冷卻塔。	1、獲得水溫水位水文參數(shù)數(shù)據(jù)，確認(rèn)冬季地表水熱泵供熱能力，確定輔助熱源容量； （1）近5年和2008年不同垂直深度全年水溫?cái)?shù)據(jù)； （2）水質(zhì)參數(shù)； （3）全年河流流動(dòng)性、流速； （4）全年動(dòng)態(tài)水位變化； （5）水文標(biāo)高測(cè)繪線； （6）取排水批文。 2、輔助熱源采用燃油燃?xì)鈨捎缅仩t。	1、根據(jù)市政供應(yīng)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比選擇用燃油燃?xì)鈨捎缅仩t或市政熱力。

從以上分析數(shù)據(jù)中，我們得出在巖土熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)束后，認(rèn)為地埋管技術(shù)可行性，則優(yōu)先選用地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵的打孔面積充足，該技術(shù)供冷供熱較為可靠，高效節(jié)能綠色，且不破整個(gè)仿古建筑及周圍景觀；若巖土熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)果顯示地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)不可行，則選用地表水源熱泵系統(tǒng)，建筑里大汶河近，取水方便，夏季較為節(jié)能，但需取得當(dāng)?shù)睾觿?wù)部門的審批文件；若當(dāng)?shù)睾觿?wù)部門不同意該項(xiàng)目取水，則采用冷水機(jī)組+鍋爐/市政熱力系統(tǒng)，該方案可靠，但冬季鍋爐有排煙，環(huán)保性較差，冷卻塔耗水多，設(shè)備飄水對(duì)旅游園區(qū)影響性較大。無論采用哪一種空調(diào)冷熱源方案，空調(diào)主機(jī)均可采用螺桿式壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)可利用滑閥式卸載裝置實(shí)現(xiàn)25%~100%范圍內(nèi)無極調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在部分負(fù)荷時(shí)段的節(jié)能運(yùn)行；制冷劑采用環(huán)保冷媒。

五、空調(diào)末端

空調(diào)末端關(guān)系到人體舒適度，其運(yùn)行模式也關(guān)系到整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，因此我們?cè)诰G色設(shè)計(jì)時(shí)可考慮在采用舒適節(jié)能的新型空調(diào)末端產(chǎn)品，可以考慮采用如下幾種綠色技術(shù)：

（1）如在空調(diào)末端風(fēng)口安裝雙重感知傳感器：運(yùn)用智能化獨(dú)立百葉控制和創(chuàng)新360°全方位送風(fēng)，實(shí)現(xiàn)通過體感控制的、主動(dòng)交互式溫度調(diào)節(jié)，大幅度提升室內(nèi)環(huán)境人居體驗(yàn)舒適感受。

（2）人體感知探頭：通過對(duì)房間內(nèi)是否有人和人員離開時(shí)間的判斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)、關(guān)閉和啟動(dòng)空調(diào)，并可記憶原始設(shè)定狀態(tài)，這種技術(shù)可以有效的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

六、自然通風(fēng)

本仿古建筑，外形為高聳的塔樓，在過渡季節(jié)及夏季空調(diào)不使用時(shí)可以利用建筑核心筒樓梯間煙囪效應(yīng)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)^③，引導(dǎo)氣流通過塔樓頂部排出室內(nèi)，帶走建筑物內(nèi)的熱量，對(duì)于建筑節(jié)能和室內(nèi)舒適度的改善有著積極意義。為此核心筒樓梯間及前室的防火門應(yīng)采用常開防火門代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常閉防火門，常開防火門平時(shí)保持開啟狀態(tài)，使人員通行便利，能實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)良好的自然通風(fēng)，在火災(zāi)情況下能自行關(guān)閉，起到隔煙阻火作用。

        

圖5 利用樓梯間煙囪效應(yīng)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)

五、結(jié)語

通過上面的介紹，我們認(rèn)識(shí)到綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)盡量優(yōu)先利用好被動(dòng)技術(shù)，如建筑有條件時(shí)，盡量利用建筑的內(nèi)樓梯間或天井的煙囪效應(yīng)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，使建筑達(dá)到舒適節(jié)能的效果；在使用主動(dòng)技術(shù)時(shí)，如采用中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能降低建筑能耗，空調(diào)冷熱源應(yīng)利用可再生能源（地源熱泵系統(tǒng)、地表水源熱泵系統(tǒng)等），空調(diào)末端也需采用一些當(dāng)代的傳感技術(shù)（如360°全方位送風(fēng)技術(shù)、人機(jī)交互式溫度調(diào)節(jié)、人離開自動(dòng)關(guān)機(jī)技術(shù)等）實(shí)現(xiàn)既能提高人體舒適度又能降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗的目標(biāo)。對(duì)于仿古建筑，還需要結(jié)合這類建筑自身的特點(diǎn)和要求，有機(jī)的將綠色建筑技術(shù)設(shè)計(jì)理念融合進(jìn)來。

參考文獻(xiàn)：

①  中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)．民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ/T229-2010．中國建筑工業(yè)出版社

②  中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)．地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范GB50366-2005．中國建筑工業(yè)出版社2009年版

③  劉勇．實(shí)現(xiàn)綠色建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的技術(shù)．能源與節(jié)能，2013，8（95）：56-58

[作者簡介]：秦振春，男，1981年生，碩士學(xué)位，高級(jí)職稱，國家注冊(cè)公用設(shè)備工程師（暖通）?，F(xiàn)在江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院從事暖通設(shè)計(jì)工作。