零能耗建筑的暖通节能设计研究

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随着经济的发展与社会的进步，人们的生活水平日益提升，对当前建筑住宅的居住需求也在不断提升。为满足人们的基本居住需求，符合当前可持续发展的建筑理念，越来越多的建筑施工技术人员开始着力研究零能耗建筑，并对其中的暖通系统进行节能设计，以此提升人们的居住舒适感及生活幸福感。同时，在一定程度上降低房屋的碳排放，改善生态环境质量，推动实现绿色建筑及健康生活的可持续发展。

1零能耗建筑概述

零能耗建筑也被称为零能源建筑，是一种消耗非常规能源的建筑，其运行能源主要依靠太阳能及其他可再生能源。应用该建筑的主要目的是最大限度降低二氧化碳的实际排放量，很多西方发达国家早已对其进行研究，如瑞士、德国和加拿大等[1]。零能耗建筑在实际运行过程中，一般不会消耗石油、煤炭以及电力等常规的不可再生能源，其围护结构一般为被动式节能设计，这也是该建筑的最大特点之一。同时，零能源建筑会将风能、太阳能以及生物质能等可再生能源作为运行能源，改善建筑周围的生态环境质量，满足人们日益增长的生态住宅需求，以实现人与自然的和谐共处。零能耗的设计理念十分符合我国推行的节能减排战略，由该理念设计出的建筑也十分符合当前我国社会发展需求的建筑形式。零能耗建筑设计及其实践应用，是推动我国可持续生态文明建筑发展的强大理论支持。随着零能耗建筑设计理论的完善与普及，我国很多地区都已经开始推行零能耗建筑，在切实提高建筑项目自身建设性能的基础上，借助热源节能技术及变频技术有效降低建筑项目的总体能源消耗，为人们提供一个绿色健康的居住环境，有效提高人们的生活幸福感及居住满意度，进一步促进我国社会的和谐发展。自2000年以来，我国建筑领域便开始着力研究以可持续发展为核心技术的住宅科技，秉持可持续发展原则，对国外的建筑科学进行引进、消化、吸收和创新。一些建筑学家曾指出，我国的建筑形式多为高能耗建筑，往往会带来一定的环境污染问题。我国人口众多，资源紧张，高能耗建筑已不符合当前可持续发展的基本原则。不管是从环境资源角度，还是居民的长久利益角度，都需要切实研究与发展零能耗建筑，为我国的可持续发展奠定基础。

2零能耗建筑的设计现状

2.1循环水泵设计问题在当前的零能耗建筑中，暖通空调系统的循环水泵普遍存在着设计问题。通常情况下，零能耗建筑中所使用的循环水泵实际容量相对较大，已超出建筑的实际使用需求。出现这种设计错误的主要原因在于，零能耗建筑设计中的热负荷参数不够精准；同时，将暖通空调系统中的静水压力参数计算到循环系统的阻力数值中，造成计算失真，使循环水泵的容量计算失误，导致零能耗建筑中的资源分配出现失衡，整体的节能运行效率受到严重影响[2]。

2.2防火与防烟阀设计问题在零能耗建筑中，经常存在一些防火与防烟阀设计不够精准的问题，且两种阀门还存在混合使用的情况，从而导致暖通系统出现一定的通风问题。此外，一些暖通系统的设计人员业务水平相对有限，对防火以及防烟阀的设置不够严谨，在设计过程中缺少相应的保护措施，从而导致无法有效发挥出通风系统的实际作用。

2.3暖通系统设计问题在以往的暖通系统设计过程中，其温度调节设备一般都会应用在燃气型及燃油型设备中，从而造成暖通系统的建设成本相对较高。若设计方案存在问题，不仅会导致零能耗建筑存在一定的安全隐患，也会进一步提高运行成本。例如，如果地源热泵系统不能满足含水层的回灌要求，将会导致无法有效控制其制冷调节剂，进而对建筑室内的热冷负荷造成影响。此外，在设计零能耗建筑的暖通系统过程中，其施工设计流程相对较为严格，所需资金数量较大，同时还存在施工难度大以及施工质量有待提高等问题。

3零能耗建筑的暖通节能设计要点

零能耗建筑的设计理念能在科学合理的范围内全方位利用自然资源，有效降低建筑环境的污染与破坏，从而可以更好地为当地城市提供全面立体的可持续发展规划。在零能耗建筑设计过程中，设计人员应最大限度减少不可再生能源的使用，以全方位降低城市中的二氧化碳排放量。绝大多数的零能耗建筑都是坐北朝南，这样设计有助于建筑更好地吸收太阳能，从而有效降低暖通系统的使用功率，减少电力能源的消耗。从零能耗建筑的设计全局来看，其设计目的还涵盖了降低城市电力供应，减少城市中发电站的建设数量，真正推动了当前城市环境的绿色健康与可持续发展。

3.1工程概况为了更好地阐述零能耗建筑的设计理念，本文以我国南方某城市的零能耗建筑工程项目为案例，对其进行分析与研讨。案例工程位于某市的光伏产业园，总建设资金投入约为2亿元，建筑项目地上为7层；玻璃幕墙高度约为37m，面积约为1.8万m2。在实际建设中，建筑单位首次引进零能耗的建设施工概念，主要使用光伏幕墙为建筑项目提供太阳能电力；同时，借助地热和空气热泵等暖通节能技术，真正实现零能耗的建筑目标。该建筑工程设计容量为1MW，全年发电量预计70万kW·h，可以为当前建筑提供约80%的耗电量，若以使用25年为例，产生的电量大约为1737.5万kW·h。经计算，每年可代替煤炭资源约为为240t，减少碳排放量约432t[3]。

3.2热源节能设计在当前的零能耗建筑中，暖通空调系统的热源设计需要与建筑中其他设施相匹配，不能出现互相影响的情况。针对暖通空调的热源设计，其最为关键之处就是对热源泵的甄选。设计人员在选择热源泵的过程中，应全方位考量零能耗建筑的实际情况，同时了解与掌握热源泵市场的基本情况，特别是要了解一些较为常见的热源泵的规格及性能。设计人员可以优先选择地源热泵作为热源泵，其节能性相对较好，但是对零能耗建筑的热源系统要求也相对较高。值得注意的是，由于地质条件及环保工作的要求，地源热泵的实际应用也存在一定的局限性。在可持续发展的原则下，空气源泵等多元化的热泵形式应运而生，该种热泵最大的特点就是可以有效吸收自然界的能量，并且在热量供应的过程中不会产生污染物质。其生态效益和环保效益都相对较高，但是也存在一定的缺陷，如热量转换效率相对较低。因此，设计人员需要全面调研零能耗建筑的实际热量使用情况，甄选出最为合适的热源形式，以切实提升暖通系统的节能性，保证设计方案的客观与精准[4]。随着热源节能设计的不断完善与发展，零能耗建筑中循环水泵的设计也将得到有效完善，不仅可以最大限度提高热负荷参数的计算精准度，还可以有效、合理分配零能耗建筑中的资源。热泵作为一种经济性与技术性都占据优势的暖通节能技术，与以往的电锅炉相比，不仅用能手段相对清洁，而且热泵空调系统的电能消耗也仅为传统电锅炉的1/3，能够极大地帮助建筑节约运行成本。热泵节能还可以充分满足居民的热水供应需求，并利用制冷的余热对水源进行加热，无需再消耗其他能量。热泵所利用的低温热源一般为环境中的多元化废热，属于典型的可再生能源；当使用热泵对零能耗建筑进行供热时，可以最大限度降低对不可再生能源的消耗，减少碳排放。风能也是热源节能设计中不可或缺的重要组成部分，当零能耗建筑外部的空气温度低于室内时，设计人员可以充分利用室外的自然冷空气满足当前室内的冷负荷需求。由于借助自然风能有效满足了当前零能耗建筑的冷负荷需求，且在运行过程中减少了电力能源的使用，因此在一定程度上节约了能源，降低了环境污染，并有效改善了居民的室内空气质量。此外，太阳能也是零能耗建筑热源节能设计中的关键一环。太阳能的主要利用形式分为主动式和被动式，其中被动式是指零能耗建筑可以通过墙体及窗户等集热组件来收集太阳能。例如，案例工程中的玻璃幕墙，虽然集热形式较易受到外部温度的影响，但是其运行成本相对较低。主动式涵盖了太阳能采暖及太阳能制冷，其中太阳能采暖是指使用电力能源作为辅助，以此驱动由太阳能加热的水源，在管道中进行循环流动，从而对室内房间进行供热。而太阳能制冷是将收集到的太阳能转化成为电能，并将转化后的电能传输至零能耗建筑的制冷系统，通过电能驱动制冷系统。太阳能作为热源节能设计的重要内容，能够有效完善当前的暖通系统设计，特别是温度调节设备，不仅可以降低暖通系统的建设成本，还可以科学控制制冷调节剂。

3.3变频技术设计在当前的暖通系统中，变频技术已成为其主要的发展趋势之一，该技术的优势很多，使其在诸多领域中都有着广泛的应用。将变频节能技术充分应用于暖通节能设计中，不仅可以有效降低暖通系统的能耗量，而且还能根据用户的实际需求甄选最为合适的系统运行模式，操作灵活，并能在一定程度上节约系统的运行成本。同时，变频节能技术可以弥补暖通系统中的不足，优化与升级系统结构。目前，在暖通系统的实际设计过程中，不可避免会出现一定的设计冗余，使暖通设备无法满负荷工作，并且暖通设备在运行过程中会受到室外温度的影响，导致发生相应的变化。另外，暖通设备的运行还会受到用户使用情况的影响，变频节能技术可以最大限度降低不必要的浪费。暖通设备可以借助变频节能技术，调节自身的实际工作频率，在满足居民基本使用需求的同时，降低暖通设备的能源消耗[5]。变风量技术及变水量技术可以在一定程度上调节暖通设备的送风量及送水量，从而起到节能的作用。其中，变风量技术是通过暖通设备的末端装置感应室内的负荷变化，以此调节补偿暖通设备的送风量，使得室内温度可以保持在一个体感舒适的范围内。与以往的暖通设备送风量调节设备相比，其可以节约一半的能源消耗量。在变风量技术的控制下，零能耗建筑中的防火及防烟阀设计将得到有效优化，切实提高其通风性。变水量技术则是利用暖通风机的盘管控制暖通设备的水流，从而实现对温度的把控。与以往的定流调节系统相比，变水量技术可以根据暖通设备的实际使用情况，自由调节送水量，最大限度节约了能耗[6]。

4结语

切实做好零能耗建筑的暖通节能设计，不仅可以最大限度降低零能耗建筑的二氧化碳排放量，还可以有效改善生态环境，提高居民的生活舒适度及居住幸福感，促进社会和谐。因此，有关设计人员需要切实掌握好暖通节能的设计要点，并在实际施工中全面落实，使其可以充分发挥应有的作用，有效提高建筑的节能性，从而促进我国建筑领域的健康可持续发展。

作者:杨帆 单位:甘肃省建材科研设计院有限公司职工