公共建筑暖通系统绿色节能设计策略

引言

随着城市化快速发展，公共建筑数量持续增长，其能耗问题愈发突出。暖通系统在公共建筑能耗中占比颇高，其中暖通系统能耗不容小觑。在全球积极应对气候变化、我国大力推进双碳目标的当下，提升公共建筑暖通系统能源效率、降低能耗迫在眉睫。

一、公共建筑暖通系统能耗现状与问题分析

1.1 能耗现状调研

公共建筑涵盖办公、商业、科教文卫等多种类型，体量大且功能复杂，致使暖通系统能耗呈现出多样性与复杂性。在商场中，大面积的空间、密集的人流以及众多长时间运行的设备，使暖通系统需持续维持适宜的温湿度与空气质量，能耗始终处于高位。办公楼因办公时间规律，暖通系统在工作日长时间运行，不同区域如办公区、会议室等对环境需求有别，也导致能耗情况较为复杂。医院不仅要求暖通系统保证室内温湿度稳定，还需严格控制空气质量，以满足医疗环境的特殊需求，特殊科室如手术室、重症监护室等对暖通系统的运行要求更为严苛，能耗自然不容小觑。酒店则受入住率、经营时段等因素影响，客房、餐厅、大堂等不同功能区域的暖通系统运行时间和负荷差异大，能耗波动明显。

1.2 传统设计存在的问题

传统公共建筑暖通系统设计理念侧重于满足室内环境的基本温湿度要求，对长期运行的节能效果和可持续性考量不足。在系统设计环节，负荷计算多依赖经验或估算，缺乏精准的模拟分析，使得设备选型普遍偏大。这种大马拉小车的现象，导致设备长期在低负荷状态下运行，效率低下，能源浪费严重。设备选型时对能效指标关注不够，大量低能效设备被选用，进一步增加了能耗。输配系统设计也常存在不合理之处，管网布局缺乏优化，导致水力失调，增加了水泵和风机的运行能耗。

1.3 影响节能的因素分析

气候条件对公共建筑暖通系统能耗起着关键作用。不同气候区的建筑，供暖和制冷需求截然不同。严寒地区冬季漫长且寒冷，建筑需大量热量维持室内温度，暖通系统供暖能耗极高。夏热冬暖地区则以制冷需求为主，长时间的高温天气使空调系统持续运行，制冷能耗成为主要部分。建筑的朝向和体型系数也影响着能耗，朝向不佳会导致太阳辐射得热不均匀，增加暖通系统调节负担，体型系数大意味着建筑与外界的热交换面积大，热量散失或获取过多，从而提高能耗。建筑围护结构的保温隔热性能直接关系到暖通系统能耗。保温性能差的外墙、隔热效果不佳的外窗以及不保温的屋面，都会使室内外热量大量传递，暖通系统需消耗更多能源来维持室内温度稳定。管理运营水平对节能效果影响显著，缺乏科学管理、设备维护不及时，会导致系统设备性能下降，能耗升高。

二、公共建筑暖通系统绿色节能设计原则与策略

2.1 绿色节能设计原则

大型公共建筑暖通系统绿色节能设计是整体设计的思想指导下统筹考虑多项原则，效能节能原则是首位原则，必须考虑系统全生命周期里提高能源有效利用的比例，在技术上尽可能实现节能减耗而不是靠机器设备参数的提升，在室内环境舒适性原则是不允许有所偏颇的，节能设计必须保障人体健康为前提，合理地控制温湿度变化幅度、调节气流组织等方式去消除过量节能而产生的室内环境问题。

2.2 基于气候适应性的设计策略

对建筑所在地气候环境的具体气候类型进行分析研究后，采用因地制宜的方式制定有针对性的设计内容。在严寒和寒冷地区，充分考虑到建筑内的冬季热量散发问题，并从建筑的外围结构体保温性能提升外，采用气密性设计降低外部冷风渗入问题。在供暖形式方面采用连续供暖和局部调温相结合的内容，保证在夏季取暖过程中核心区域的取暖温度，在非营业时间内适当降低取暖温度。而在夏热冬冷地区，既要兼顾夏季采暖又保障冬季供热，所以可以采用从外立面窗户遮阳结构增强对太阳热辐射得热问题。夏热冬暖地区以制冷节能为主，利用自然通风和机械通风相结合的方式，在建筑空调机房系统方面需要尽量提高制冷降温效率，减少在营业时段内不必要的能源浪费。

2.3 能源高效利用策略

能源利用高效可以从整个体系进行能量调控。热源供冷站应避免单台设备工况点的高负荷，多台设备联动时进行负荷调节，如在部分负荷工况下投运的主机台数应减少，使保留的主机均运行在高效率工况范围内。管网应合理布置，水力系统平衡设计，减少管网阻力、泵风机的无效能耗。利用余热是能源利用的关键因素，空调设备运行过程中，制冷机组中冷凝时会向冷水水箱释放大量的冷凝热，可以把这部分热能用于制备生活热水的预热，排风机内含有热量，可用热交换器传递热量给新风，用于降低新风负荷的处理能耗。

2.4 设备优化与选型策略

配置冷热源设备要结合实际，以防大马拉小车而造成能耗的大马拉小车现象。选用符合部分负荷范围内的冷热源设备，与公共建筑的负荷变化规律相吻合。末端选用符合空间功能性需求的设备，大空间选用分层式空调、减小无效冷热设备面积，人流集中空间选用大风量、低风速的设备，使得人群体感舒适。

2.5 可再生能源利用策略

可再生能源应用形式应根据建筑自身条件来选择匹配的可再生能源技术，例如在建筑的屋面和外墙上采用集太阳光热、光电于一体的太阳能技术，在屋顶集热器提供建筑生活热水或辅助热源，光伏板为系统控制器和小型轴流风机提供电源，减少建筑对公共电力系统的依赖性；地源热泵系统适合在地质环境允许的建筑中利用土壤或地下水恒温层的能量来进行能量交换，适合负荷较为稳定的办公建筑、医院等建筑。

三、公共建筑暖通系统绿色节能设计的推广与展望

3.1 推广应用的障碍与解决措施

推广绿色节能设计面临多重障碍。技术层面，部分先进技术缺乏成熟应用案例，实际适配性待验证，且不同建筑类型的技术适配标准不明确。经济上，初期设计与设备投入较高，部分业主因短期成本顾虑不愿尝试。认知层面，设计方和运营方对节能技术的长期效益认识不足，仍依赖传统设计经验。解决需多管齐下，建立技术示范项目，形成可复制的应用方案。

3.2 未来发展趋势与研究方向

未来将呈现智能化与集成化趋势。系统将结合感知技术实现动态调控，根据人流、气候等变量自动优化运行。多能源协同成为重点，融合多种可再生能源并实现与传统能源的智能互补。研究需聚焦三方面：开发适配不同场景的模块化节能系统，提升技术普适性，构建数字化设计平台，实现能耗模拟与方案优化一体化。探索系统长期运行的能效衰减规律，建立全生命周期维护方案。

结语

公共建筑暖通系统绿色节能设计是实现双碳目标的重要路径。其需遵循高效、环保等原则，结合气候适应性设计，通过能源高效利用、设备优化选型及可再生能源应用等策略降低能耗。虽推广存在技术、经济等障碍，但通过示范项目、政策引导等可逐步解决。未来智能化、集成化是趋势，相关技术研究需持续推进，为建筑可持续发展提供有力支撑。

参考文献

[1] 吴思青 . 分析在大型公共建筑中绿色节能设计及其带来的经济效益 [J].艺术科技 ,2015,28(12):223.

[2] 于海 . 绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的运用 [J]. 科技资讯 ,2021,19(12):90-92.