绿色建筑的暖通设计节能与实践

引言

随着能源危机和环境问题的日益严峻，绿色建筑已经成为可持续发展的重要方向，而暖通系统是建筑能耗的主要组成部分，暖通系统的节能设计直接关系到建筑的运行效率和环境品质，在绿色理念的引领下，优化暖通设计，提高系统能效已成为行业共识，开展暖通节能实践，对实现节能减排目标、改善居住环境、推动建筑行业绿色转型有着重要意义。

一、绿色建筑定义

绿色建筑指的是在建筑的整个生命周期中，最大程度上节约资源（能源、土地、水资源、建筑材料等），保护环境，降低污染，给人们营造出健康、舒适且高效使用的空间的建筑。关键在于做到人与自然和谐共处，以生态优先、可持续发展为方向，在设计、施工、运营和拆除等各个阶段都要把环境影响和资源效率纳入考量范畴。技术层面，绿色建筑将建筑物理、可再生资源、集成智能控制系统以及新型环保材料等前沿技术融合，形成高性能建筑体系。在标准体系方面，各国都有自己的绿色建筑评价指标体系，如中国的《绿色建筑评价标准》、美国的 LEED、英国的 BREEAM 等。这些标准推动绿色建筑向高质量、高性能方向发展，体现了建筑行业在全球气候变化背景下，致力于提高资源利用效率并实现环境友好型转型的系统性努力。

二、绿色建筑的暖通设计节能环保原则

（一）全生命周期节能控制原则

绿色建筑中的暖通设计要立足于建筑全生命周期的能效管控，包含设计，施工，运行，维护等各个阶段，设计阶段要精确模拟建筑的热负荷和能源需求，保证暖通系统在各种气候环境下都能高效稳定运转，施工阶段要保障管线布局恰当，保温材料安装到位，免除冷热量损耗，运行阶段要借助智能监控系统，随时调节设备运行参数，改良能耗结构，维护阶段重视定时检查并更新设备性能，让系统一直处在最佳状况，这种全流程的节能控制观念，有益于改善整个系统的效能，削减建筑运营期间的能源浪费，做到从源头到末端的能源细致化经营，让暖通系统一直处在节能运行的最适状态，符合绿色建筑可持续发展的本质要求。

（二）主动优先，被动优化原则

暖通系统节能设计要秉持“被动优先”理念，依靠建筑本体的热工特性来削减能耗负荷。建筑朝向、遮阳规划、外围护结构的热工性能、自然通风通道、采光状况等都应在建筑设计之初就统筹安排，最大程度发挥自然环境对室内热湿环境的调节效果。然后再做主动式设备系统的改良设计，包含高效热泵、冷热源分布体系、变频送风技术和末端控制策略等，进一步缩减整个系统的能耗。在此基础之上，主动系统应当具有可调节性、反应速度快以及节能自适应的能力，以保证在满足热舒适性需求的同时还能减少运行成本。如此一来，便能在复杂的气候条件下营造出稳定的舒适室内环境，而且还能提升建筑能源使用的灵活性和反应速度，符合当下建筑绿色智能化的发展走向。

（三）区域能源协同与系统集成原则

绿色建筑暖通设计需加大区域能源系统协同调度与多能互补力度，通过冷热电联供、能源梯级利用、区域能源站等集成化布局，以提升能源系统整体运行效率。在城市更新、园区开发或超高层综合体中，首先考虑建立集中供能系统，根据建筑群的能源需求特性，构建动态能量共享与负荷削峰机制，减少设备冗余和能源浪费。系统集成上，要达成暖通空调、建筑自动化系统、可再生能源系统（太阳能、地源热泵）、用能监控系统等高效协同，推进能源数据及时收集、分析、智能调节，建立起开放包容的能源经营平台。这样一种区域化、智能化、系统化的规划理念，有益于塑造出更为高效、更具韧性的建筑能源系统生态。

三、绿色建筑的暖通节能设计策略

（一）气候响应导向的暖通设计优化策略

要充分利用本地气候数据，运用参数化建模技术对温度、湿度、风速、日照等气候变量进行动态模拟，以此指导建筑体型、空间布局以及暖通系统的匹配策略。在寒冷地区，重点提升建筑围护结构的保温性能，减小传热系数，并依靠蓄热材料来保持室内的热稳定状态。在炎热湿润地区，优先考虑提升建筑的遮阳能力，还要加强自然通风路径的规划，减小机械冷负荷。在夏热冬冷地区，务必做到冬季供热和夏季制冷的均衡调节能力，以应对双峰负荷的运行模式。设计阶段要采用建筑信息模型 BIM 和能耗仿真工具 EnergyPlus 或DesignBuilder，做到气候回应下的多种方案比较，选出最合适的暖通设置。系统选型时不能出现大马拉小车的情况，要依靠负荷划分和动态调节机制，保证系统一直处在高效区间运行。还要建立多时段负荷预估模型，提升抵御极端气候事件的韧性，在各种气候干扰之下，暖通系统能够持续运行，维持舒适性边界条件不变。

（二）高性能设备与系统的选择策略

设备选型上尽量挑选能效高、部分负荷性能好、运行稳定的产品，比如说全直流变频多联机系统、高效的磁悬浮离心式冷水机组或者新型的相变储能制冷站点之类，在能源供应体系里搭建多源多端的系统架构以达成能量高效传递并实施再使用，例如对冷热源施行余热回收处理，安排多种级别的换热水系统，并且做到变水量和变风量系统的联动控制之类的操作都是可以执行的。针对那些重要末端设施，即风机盘管、空调箱、新风机组等，要搭配精度较高的电子膨胀阀、EC 风机以及智能传感模组，保证设备能够迅速做出反应并精确地调节功能，以应对较为复杂的工况条件。系统构成上，要重视冷热源和末端负载的负荷匹配性，防止出现容量冗余和效率损失。在技术集成上，可以采用冷热电三联供技术、微电网平台、区域能源网络等技术，提高能源协同效率。从实际运行角度来讲，还要设置不同运行模式下的系统调度策略，比如启停顺序、部分负荷运行逻辑、轮换运行机制等，配合先进的能耗管理系统，做到运行参数的实时调整，保证系统在各种工况下都能达到最低单位能耗水平。

（三）室内环境智能控制策略

为了改善暖通系统的运行水平并提升室内环境质量，绿色建筑需要采用智能化控制策略，通过数据驱动机制来创建精确感知并与之响应调节的闭环系统。控制系统的应按照环境多维度参数信息采集的情况，例如温度、湿度、二氧化碳浓度、PM2.5 浓度、人员密度以及热舒适指数等，实现对室内空气质量及能源使用状况的即时监控，并且采用先进的建筑能耗管理平台 BEMS 或能源物联网架构 EnergyIoT，结合人工智能算法与机器学习技术，针对历史数据进行趋势分析并实施行为建模，进而达成自适应调节策略。对于在运行逻辑上，可根据不同区域的功能分区、人员活动属性及使用时间段进行区别设置，在会议室、办公区和公共区之间设置不同的启停时间和新风量调节模型。暖通系统应与照明系统、遮阳系统、门禁系统联动，利用人流感应或环境感知等手段触发多系统联动，做到精确控制。在控制手段上应大量使用模糊控制方法、预测控制方法、群控算法等取代传统的定值控制方式，提高系统对复杂情况的适应能力。

（四）可再生能源集成利用策略

绿色建筑的暖通节能目标迫切需要依靠各种可再生能源形式的高效集成与协同利用，才能实现系统层面的低碳运行和能源自治能力。太阳能在建筑中的应用方式丰富，可以使用光热系统供应热水和辅助采暖，也可以用光伏组件给暖通系统供应部分电力；风能在低密度建筑区适合做小型风力发电集成，可以为局部设备供电或者给储能系统充电；地源热泵系统具有较高能效比，不同季节都能依靠地能稳定供冷供热，是高效绿色暖通系统的关键部分。在集成策略上要创建可再生能源-常规能源的混合系统架构，让系统在可再生能源缺乏时自动切换到高效常规能源运行模式，以保证连续性和稳定性。建筑要设置多能互补系统经营平台，针对各类能源的即时产出、消耗以及余力实施动态评估，做到负荷分配和运行策略的自动切换。可再生能源系统应与储能单元、锂电池组、热储能罐等配合布置，可以优化系统调峰能力和运行柔韧性，缩减对外部电网的依赖程度。建筑的屋顶、立面和地下空间应当统筹规划，用于最大限度地布置可再生能源设施并保障其运行安全，提高整个建筑的能源自给率。

四、结束语

总之，在暖通系统节能设计向系统集成化、智能化与低碳化发展趋势转变的大背景下，暖通系统的节能设计未来需要注重系统间的协同效应与系统间的动态响应，暖通系统需要更注重由单一能效向整体能效方向的转变。面对当今能源、环境等问题，暖通系统节能设计将会成为建筑行业发展的关键技术进步，成为城市生态系统转型升级的重要部分。

参考文献

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