仿古建筑中绿色暖通空调技术的应用思考

撰稿：秦振春

 

〔摘要〕本文介绍了绿色建筑中暖通空调技术在仿古建筑中的应用，着重介绍了围护结构、空调冷热源、空调末端及建筑自然通风方面绿色建筑技术的应用，并结合一个拟建的仿古建筑分析了这些技术如何与实际的仿古建筑有机融合，达到真正的绿色环保节能的目的。

〔关键词〕绿色建筑；仿古建筑；暖通空调；节能

一、引言

随着人们的生活水平的提高，在建筑建造和使用过程中，为了满足们对环境的舒适度的要求，大都配备了供暖通风或空调设施，近年来在仿古建筑内也同样为了提高舒适度而配备了中央空调系统，仿古建筑对建筑外表及景观有着苛刻的要求，暖通设计时不得破坏外立面及周围景观，若设计不好，就会造成严重的建筑能耗浪费，为此在这类建筑中，我们可以按绿色建筑的设计理念，遵循被动措施优先、主动措施优化的原则^①，最大限度地减少建筑能耗，减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，使仿古建筑达到与自然的和谐共生。本文将以泰安市汶河风景区内主要标志性建筑“观汶阁”（拟建）为例，思考在仿古建筑中绿色暖通空调技术如何得到应用。

二、项目概况

本项目位于泰安市汶河风景区汉博园内，古老的汶河东岸，南临汶河，南望徂徕山，北眺五岳之尊泰山，建成后为汉博园乃至整个汶河风光带重要的标志性建筑。总建筑面积为16931.6平方米，地上9层，地下1层，其中地上11961.2平方米，地下4970平方米。建筑高度72米，主要建筑功能为展览、文化、休闲、观景，见图1。本建筑拟按绿色建筑二星进行设计。根据泰安室外设计参数初步估算该项目（含相邻一栋3000平米的游客服务中心）夏季空调冷负荷约3000kW，冬季空调热负荷约2000kW。

图1 观汶阁建筑效果图

三、围护结构

建筑围护结构对空调负荷的影响很大，尤其是窗户玻璃的性能及窗户的遮阳效果最为重要，这些将影响中央空调系统的设备容量及运行费用。

本项目可以结合建筑的外形的特点，采用以下几项绿色建筑节能技术：

（1）下部几层结合建筑造型，将窗户设置于建筑外墙内侧，利用外墙造型起到固定遮阳的效果，见图2。这种固定遮阳既有水平式固定遮阳（见图3）的优点，又有垂直式固定遮阳（见图4）的优点，能够有效地遮挡高度角中等的、从窗前斜射下来的阳光，遮阳效果比较均匀。

图2 利用围护结构实现固定遮阳

图3 水平式固定遮阳

图4 垂直式固定遮阳

（2）由于仿古建筑外形特点，其余窗户无法做固定外遮阳，我们采用温控变色遮阳玻璃，夏季玻璃颜色变深，拦截太阳光热量，起到外遮阳的作用，无需使用室内外遮阳设备；冬季保持透明，便于取暖采光。安装了这种玻璃可以大大降低夏季和冬季空调的运行能耗。

四、空调冷热源

根据本项目能源资源特点和业主对项目要求，拟考虑以下三种方案，即地源热泵、地表水源热泵+辅助热源（锅炉）、冷水机组+锅炉，并通过表1，对三种方案进行了对比分析。

表1：冷热源方案技术对比

方案分类	地源热泵	地表水源热泵+辅助热源（锅炉）	冷水机组+锅炉（或市政热力）
主要设备参数初步选型	1、热泵主机2台：制冷量1500kw，制热量1500kw； 2、钻孔埋管数量：500口； 3、夏季辅助冷却暂定河水取水量：260t/h。	1、热泵主机2台：制冷量1500kw，制热量1500kw； 2、河水取水量：700t/h。	1、冷水机组2台：制冷量1500kw； 2、锅炉2台：1.5t/h或者换热站容量：2000kw。
土建机房要求/配电要求	1、机房面积：约200m2， 2、配电容量：约 1000KW。	1、机房面积：约200m2； 2、锅炉房面积120m2； 3、配电容量：约 1000KW。	1、冷冻机房面积180m2； 2、锅炉房面积120m2或换热站面积100m2； 3、配电容量：约 1000KW。
优点	1、夏季供冷和冬季供热都可靠，冬季供热是热泵中最可靠技术； 2、打孔面积充足； 3、室外无空调冷热源设备，不影响景观； 4、无锅炉房，节省建筑面积； 5、运行费用最低。	1、夏季能更好利用地表水水温品位； 2、室外无空调冷热源设备，不影响景观； 3、运行费用略低。	1、 夏季供冷和冬季供热都可靠；
缺点	1、初投资较高； 2、需要进行岩土热响应测试，以分析钻孔难度、是否有溶洞后才能确定技术可行性。	1、冬季水温过低时机组换热器有冻结风险，可靠性低，一部分时间甚至大部分时间需要辅助热源或加防冻液； 2、冬季可靠性比地源热泵低； 3、需要锅炉房，占用建筑面积。	1、夏季供冷需要冷却塔，设备飘水对旅游园区影响性较大。 2、需要锅炉房或换热站，占用建筑面积； 3、运行费用最高。
需要的设计资料	1、根据暖通规范要求方案决策和设计前应做岩土热响应测试②，目的:(1)分析钻孔难度、是否有溶洞、钻孔成本（2）获得换热指标； 2、土壤热平衡问题，是否需要辅助冷却（运行时间短），待岩土热响应测试并准确负荷计算后确认； 3、若夏季需要辅助冷却措施，可用河水冷却，以省去冷却塔。	1、获得水温水位水文参数数据，确认冬季地表水热泵供热能力，确定辅助热源容量； （1）近5年和2008年不同垂直深度全年水温数据； （2）水质参数； （3）全年河流流动性、流速； （4）全年动态水位变化； （5）水文标高测绘线； （6）取排水批文。 2、辅助热源采用燃油燃气两用锅炉。	1、根据市政供应条件和技术经济性对比选择用燃油燃气两用锅炉或市政热力。

从以上分析数据中，我们得出在岩土热响应测试结束后，认为地埋管技术可行性，则优先选用地源热泵系统。地源热泵的打孔面积充足，该技术供冷供热较为可靠，高效节能绿色，且不破整个仿古建筑及周围景观；若岩土热响应测试结果显示地源热泵系统技术不可行，则选用地表水源热泵系统，建筑里大汶河近，取水方便，夏季较为节能，但需取得当地河务部门的审批文件；若当地河务部门不同意该项目取水，则采用冷水机组+锅炉/市政热力系统，该方案可靠，但冬季锅炉有排烟，环保性较差，冷却塔耗水多，设备飘水对旅游园区影响性较大。无论采用哪一种空调冷热源方案，空调主机均可采用螺杆式压缩机，该压缩机可利用滑阀式卸载装置实现25%~100%范围内无极调节，以实现系统在部分负荷时段的节能运行；制冷剂采用环保冷媒。

五、空调末端

空调末端关系到人体舒适度，其运行模式也关系到整个空调系统的运行能耗，因此我们在绿色设计时可考虑在采用舒适节能的新型空调末端产品，可以考虑采用如下几种绿色技术：

（1）如在空调末端风口安装双重感知传感器：运用智能化独立百叶控制和创新360°全方位送风，实现通过体感控制的、主动交互式温度调节，大幅度提升室内环境人居体验舒适感受。

（2）人体感知探头：通过对房间内是否有人和人员离开时间的判断，自动调节、关闭和启动空调，并可记忆原始设定状态，这种技术可以有效的实现系统的节能运行。

六、自然通风

本仿古建筑，外形为高耸的塔楼，在过渡季节及夏季空调不使用时可以利用建筑核心筒楼梯间烟囱效应实现自然通风^③，引导气流通过塔楼顶部排出室内，带走建筑物内的热量，对于建筑节能和室内舒适度的改善有着积极意义。为此核心筒楼梯间及前室的防火门应采用常开防火门代替传统的常闭防火门，常开防火门平时保持开启状态，使人员通行便利，能实现建筑内良好的自然通风，在火灾情况下能自行关闭，起到隔烟阻火作用。

        

图5 利用楼梯间烟囱效应实现自然通风

五、结语

通过上面的介绍，我们认识到绿色建筑设计应尽量优先利用好被动技术，如建筑有条件时，尽量利用建筑的内楼梯间或天井的烟囱效应实现自然通风，使建筑达到舒适节能的效果；在使用主动技术时，如采用中央空调系统时，应提高围护结构的性能降低建筑能耗，空调冷热源应利用可再生能源（地源热泵系统、地表水源热泵系统等），空调末端也需采用一些当代的传感技术（如360°全方位送风技术、人机交互式温度调节、人离开自动关机技术等）实现既能提高人体舒适度又能降低空调系统的运行能耗的目标。对于仿古建筑，还需要结合这类建筑自身的特点和要求，有机的将绿色建筑技术设计理念融合进来。

参考文献：

①  中华人民共和国国家标准．民用建筑绿色设计规范JGJ/T229-2010．中国建筑工业出版社

②  中华人民共和国国家标准．地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005．中国建筑工业出版社2009年版

③  刘勇．实现绿色建筑暖通空调设计的技术．能源与节能，2013，8（95）：56-58

[作者简介]：秦振春，男，1981年生，硕士学位，高级职称，国家注册公用设备工程师（暖通）。现在江苏省城市规划设计研究院从事暖通设计工作。