公共建筑暖通系统绿色节能设计策略

引言

在全球能源危机与气候变化双重挑战下，建筑行业能源消耗与碳排放问题日益严峻。传统暖通系统设计存在负荷计算粗放、设备选型不合理、能源利用效率低等问题，导致大量能源浪费。

一、公共建筑暖通系统能耗现状分析

1.1 公共建筑暖通系统能耗构成

公共建筑暖通系统能耗主要涵盖供暖、通风与空调三大部分，三者在总能耗中的占比因建筑类型与地域差异显著。在寒冷地区，北方城市冬季依赖集中供热或燃气锅炉维持室内温度，其能耗主要受围护结构保温性能及供热管网效率影响。尤其在人员密集场所，如体育馆、地铁站，需持续引入新风保障空气质量，风机与空气处理设备能耗不容小觑。

1.2 影响公共建筑暖通系统能耗的因素

建筑围护结构性能是能耗的关键影响因素。外墙传热系数每降低 0.1W/ (m²⋅K) ），但部分老旧建筑外墙保温层破损、外窗气密性差，导致热量流失严重。暖通系统设计选型也直接决定能耗水平，如部分办公楼盲目配置超大制冷机组，造成大马拉小车现象。运行管理因素不容忽视，据调查，缺乏专业运维的建筑，其暖通系统能耗较优化运行状态高，如未根据室外温度调节供暖供水温度、设备未定期清洗导致换热效率下降等问题普遍存在。

1.3 公共建筑暖通系统能耗存在的问题

当前公共建筑暖通系统能耗存在显著痛点。能源利用效率低，传统定频设备仍占市场较大份额，可再生能源应用不足，尽管地源热泵、太阳能光热技术成熟，但受初投资高、场地限制等因素影响，我国公共建筑可再生能源利用率不足 15% ，远低于欧洲 30% 的平均水平。系统协同性差，部分建筑空调与通风系统独立运行，无法实现联动控制，导致能源重复消耗。

二、公共建筑暖通系统绿色节能设计原则与目标

2.1 绿色节能设计原则

公共建筑暖通系统绿色节能设计需遵循系统性、前瞻性原则，以实现经济、环境与社会效益的协同发展。可持续性原则要求设计贯穿全生命周期理念，优先选用可再生能源与循环利用材料，如采用地源热泵替代传统锅炉供暖，减少化石能源依赖；经济性原则强调在满足节能需求的同时控制成本，通过技术经济分析对比不同方案，对比冰蓄冷系统与常规制冷系统的初投资与运行费用，选择最优方案。动态适应性原则需考虑建筑功能变化与气候变化，采用模块化设计便于系统升级，预留可再生能源接入接口应对未来能源结构转型。

2.2 能源消耗目标

能源消耗目标聚焦降低系统能耗强度与提升能源利用效率。设定单位面积能耗指标，要求新建公共建筑暖通系统单位面积年能耗较现行国家标准降低 25%-35% ，明确可再生能源替代率，力争实现太阳能、地热能等可再生能源在暖通系统能源消耗中占比不低于 30% ，如南方地区采用太阳能辅助空气源热泵系统，北方严寒地区推广地源热泵结合生物质能供热；优化设备能效水平，要求制冷主机综合部分负荷性能系数（IPLV）提升至 5.0 以上，风机单位风量耗功率降低至 0.28W/ (m³/h) ），通过高效设备应用减少能源浪费。

2.3 环境影响目标

环境影响目标致力于减少污染物排放与生态破坏。设定碳排放强度目标，要求公共建筑暖通系统单位面积年碳排放较传统设计降低，通过采用电力驱动的高效热泵系统替

代燃煤锅炉，控制污染物排放，确保氮氧化物、颗粒物等排放符合《大气污染物综合排放标准》，降低生态影响，在设备选型与系统布局中优先采用低噪声、低振动设备，室外机安装采取隔音减震措施，控制设备运行噪声≤55dB，避免对周边生态环境造成干扰。

2.4 室内环境目标

人员的室内环境目标是提高人员的舒适性与健康舒适水平。温湿度需要达到室内夏令的室温维持在 24-26°C ，高相对湿度，冬令通过对温度、湿度的分别控制避免过冷、过热发生；空气品质保证室内 CO2 浓度 ≤1000ppm ，PM2.5 浓度≤ 35μg/m³ ，利用高效过滤、通风换气等方式，对医院、学校等特殊建筑设置空气消毒净化功能。气流组织需要工作区风速 ≤0.3m/s ，避免人体直吹产生寒冷感觉，通过置换通风、分层空调等方式实现均匀、舒适分布的气流组织，为建筑使用者提供健康舒适的室内环境。

三、公共建筑暖通系统绿色节能设计策略

3.1 系统设计优化策略

首先需要做好系统设计优化工作，这是开展公共建筑暖通系统节能工作的前提保障，在负荷精准计算时，以稳态计算方法为传统理念和标准，使用 EnergyPlus、DeST等动态模拟软件，同时考虑建筑围护结构的热工指标、人员活动的作息时间、设备散热等动态指标来开展全年逐时负荷计算，将系统负荷的误差控制在 5% 以内，避免设计设备冗余和超载的配置。

3.2 节能技术集成应用

节电设备的集成应用有助于暖通系统能耗降低，可再生能源利用方面可以推广太阳能光热-光伏发电的集成技术，即在建筑屋顶部应用集热器与光伏发电面板相结合的技术解决热水及部分电力需求问题；地源热泵系统利用地下埋管换热器来高效吸热以及换热，制冷/制热性能系数(COP)可达到 4.5 以上，其制冷/制热效率要明显高出传统空调系统效率；余热回收技术有助于能源利用率的提高，如空调排风全热回收装置，可以利用转轮或板式换热器来实现排风热能的回收再利用；工业余热和数据中心废热可经由热泵的提高后用于建筑加热，高效设备应用就是推广磁悬浮离心式冷水机组、永磁同步变频风机等新型设备，磁悬浮冷水机组部分负荷能效提高，风机能耗节约，实现了较大的运行节能。

3.3 智能控制与管理策略

控制系统和系统管理是达成暖通运行精细化的目的。建立物联（IoT）监测控制系统，在建筑内部署温度、湿度、CO2 浓度传感器以及各类设备状态传感器，监测实时数据，并将其上传至建筑运行管理系统，利用大数据计算以及深度算法，动态控制，如利用天气的预报信息，提前采取预控措施，调整空调系统的运行方式；基于人员定位技术进行实时调度管理，对人去楼空的设备进行开启以及关闭；应用数字双胞胎，建立虚拟暖通系统模型，并与物理系统联动，模拟不同工况下的运行效率、耗能结果，从而辅助决策运行控制策略。

结语

本研究通过系统分析公共建筑暖通系统能耗现状，构建精准化、高效化、智能化绿色节能设计策略体系，经案例验证可实现能耗降低。研究成果为建筑节能设计提供了可操作路径，对推动建筑行业双碳目标实现具有重要意义。未来，随着技术迭代与政策深化，可再生能源深度融合、数字孪生动态调控等将成为发展方向，持续助力暖通系统向零碳、智慧化升级。

参考文献

[1]张姣.公共建筑在不同气候区节能设计的差异性[J].民营科技,2011,(09):313-314.

[2]宏伟.公共建筑的节能设计也有法可依[J].建筑知识,2005,(03):18.