仿古建筑中綠色暖通空調技術的應用思考

撰稿：秦振春

 

〔摘要〕本文介紹了綠色建筑中暖通空調技術在仿古建筑中的應用，著重介紹了圍護結構、空調冷熱源、空調末端及建筑自然通風方面綠色建筑技術的應用，并結合一個擬建的仿古建筑分析了這些技術如何與實際的仿古建筑有機融合，達到真正的綠色環(huán)保節(jié)能的目的。

〔關鍵詞〕綠色建筑；仿古建筑；暖通空調；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，為了滿足們對環(huán)境的舒適度的要求，大都配備了供暖通風或空調設施，近年來在仿古建筑內也同樣為了提高舒適度而配備了中央空調系統(tǒng)，仿古建筑對建筑外表及景觀有著苛刻的要求，暖通設計時不得破壞外立面及周圍景觀，若設計不好，就會造成嚴重的建筑能耗浪費，為此在這類建筑中，我們可以按綠色建筑的設計理念，遵循被動措施優(yōu)先、主動措施優(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，使仿古建筑達到與自然的和諧共生。本文將以泰安市汶河風景區(qū)內主要標志性建筑“觀汶閣”（擬建）為例，思考在仿古建筑中綠色暖通空調技術如何得到應用。

二、項目概況

本項目位于泰安市汶河風景區(qū)漢博園內，古老的汶河東岸，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汶河風光帶重要的標志性建筑。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行設計。根據(jù)泰安室外設計參數(shù)初步估算該項目（含相鄰一棟3000平米的游客服務中心）夏季空調冷負荷約3000kW，冬季空調熱負荷約2000kW。

圖1 觀汶閣建筑效果圖

三、圍護結構

建筑圍護結構對空調負荷的影響很大，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系統(tǒng)的設備容量及運行費用。

本項目可以結合建筑的外形的特點，采用以下幾項綠色建筑節(jié)能技術：

（1）下部幾層結合建筑造型，將窗戶設置于建筑外墻內側，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，又有垂直式固定遮陽（見圖4）的優(yōu)點，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 利用圍護結構實現(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，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，無需使用室內外遮陽設備；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的運行能耗。

四、空調冷熱源

根據(jù)本項目能源資源特點和業(yè)主對項目要求，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）、冷水機組+鍋爐，并通過表1，對三種方案進行了對比分析。

表1：冷熱源方案技術對比

方案分類	地源熱泵	地表水源熱泵+輔助熱源（鍋爐）	冷水機組+鍋爐（或市政熱力）
主要設備參數(shù)初步選型	1、熱泵主機2臺：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2臺：制冷量1500kw，制熱量1500kw； 2、河水取水量：700t/h。	1、冷水機組2臺：制冷量1500kw； 2、鍋爐2臺：1.5t/h或者換熱站容量：2000kw。
土建機房要求/配電要求	1、機房面積：約200m2， 2、配電容量：約 1000KW。	1、機房面積：約200m2； 2、鍋爐房面積120m2； 3、配電容量：約 1000KW。	1、冷凍機房面積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	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； 2、打孔面積充足； 3、室外無空調冷熱源設備，不影響景觀； 4、無鍋爐房，節(jié)省建筑面積； 5、運行費用最低。	1、夏季能更好利用地表水水溫品位； 2、室外無空調冷熱源設備，不影響景觀； 3、運行費用略低。	1、 夏季供冷和冬季供熱都可靠；
缺點	1、初投資較高； 2、需要進行巖土熱響應測試，以分析鉆孔難度、是否有溶洞后才能確定技術可行性。	1、冬季水溫過低時機組換熱器有凍結風險，可靠性低，一部分時間甚至大部分時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，設備飄水對旅游園區(qū)影響性較大。 2、需要鍋爐房或換熱站，占用建筑面積； 3、運行費用最高。
需要的設計資料	1、根據(jù)暖通規(guī)范要求方案決策和設計前應做巖土熱響應測試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； 2、土壤熱平衡問題，是否需要輔助冷卻（運行時間短），待巖土熱響應測試并準確負荷計算后確認； 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數(shù)據(jù)； （2）水質參數(shù)； （3）全年河流流動性、流速； （4）全年動態(tài)水位變化； （5）水文標高測繪線； （6）取排水批文。 2、輔助熱源采用燃油燃氣兩用鍋爐。	1、根據(jù)市政供應條件和技術經(jīng)濟性對比選擇用燃油燃氣兩用鍋爐或市政熱力。

從以上分析數(shù)據(jù)中，我們得出在巖土熱響應測試結束后，認為地埋管技術可行性，則優(yōu)先選用地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵的打孔面積充足，該技術供冷供熱較為可靠，高效節(jié)能綠色，且不破整個仿古建筑及周圍景觀；若巖土熱響應測試結果顯示地源熱泵系統(tǒng)技術不可行，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?shù)睾觿詹块T的審批文件；若當?shù)睾觿詹块T不同意該項目取水，則采用冷水機組+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，設備飄水對旅游園區(qū)影響性較大。無論采用哪一種空調冷熱源方案，空調主機均可采用螺桿式壓縮機，該壓縮機可利用滑閥式卸載裝置實現(xiàn)25%~100%范圍內無極調節(jié)，以實現(xiàn)系統(tǒng)在部分負荷時段的節(jié)能運行；制冷劑采用環(huán)保冷媒。

五、空調末端

空調末端關系到人體舒適度，其運行模式也關系到整個空調系統(tǒng)的運行能耗，因此我們在綠色設計時可考慮在采用舒適節(jié)能的新型空調末端產品，可以考慮采用如下幾種綠色技術：

（1）如在空調末端風口安裝雙重感知傳感器：運用智能化獨立百葉控制和創(chuàng)新360°全方位送風，實現(xiàn)通過體感控制的、主動交互式溫度調節(jié)，大幅度提升室內環(huán)境人居體驗舒適感受。

（2）人體感知探頭：通過對房間內是否有人和人員離開時間的判斷，自動調節(jié)、關閉和啟動空調，并可記憶原始設定狀態(tài)，這種技術可以有效的實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行。

六、自然通風

本仿古建筑，外形為高聳的塔樓，在過渡季節(jié)及夏季空調不使用時可以利用建筑核心筒樓梯間煙囪效應實現(xiàn)自然通風^③，引導氣流通過塔樓頂部排出室內，帶走建筑物內的熱量，對于建筑節(jié)能和室內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，常開防火門平時保持開啟狀態(tài)，使人員通行便利，能實現(xiàn)建筑內良好的自然通風，在火災情況下能自行關閉，起到隔煙阻火作用。

        

圖5 利用樓梯間煙囪效應實現(xiàn)自然通風

五、結語

通過上面的介紹，我們認識到綠色建筑設計應盡量優(yōu)先利用好被動技術，如建筑有條件時，盡量利用建筑的內樓梯間或天井的煙囪效應實現(xiàn)自然通風，使建筑達到舒適節(jié)能的效果；在使用主動技術時，如采用中央空調系統(tǒng)時，應提高圍護結構的性能降低建筑能耗，空調冷熱源應利用可再生能源（地源熱泵系統(tǒng)、地表水源熱泵系統(tǒng)等），空調末端也需采用一些當代的傳感技術（如360°全方位送風技術、人機交互式溫度調節(jié)、人離開自動關機技術等）實現(xiàn)既能提高人體舒適度又能降低空調系統(tǒng)的運行能耗的目標。對于仿古建筑，還需要結合這類建筑自身的特點和要求，有機的將綠色建筑技術設計理念融合進來。

參考文獻：

①  中華人民共和國國家標準．民用建筑綠色設計規(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準．地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范GB50366-2005．中國建筑工業(yè)出版社2009年版

③  劉勇．實現(xiàn)綠色建筑暖通空調設計的技術．能源與節(jié)能，2013，8（95）：56-58

[作者簡介]：秦振春，男，1981年生，碩士學位，高級職稱，國家注冊公用設備工程師（暖通）。現(xiàn)在江蘇省城市規(guī)劃設計研究院從事暖通設計工作。