建筑暖通設計中的節能策略與實踐研究

鄭家樂

浙江地標設計集團有限公司臺州分公司 浙江 臺州 318000

隨著全球經濟的不斷發展和城市化進程的推進，建筑行業對能源的需求不斷增長，相應地也帶來了巨大的能源消耗和環境負擔。在全球變暖、氣候變化和資源稀缺等全球性挑戰的背景下，節能與環保已成為建筑設計和發展的重要命題。作為建筑領域的重要組成部分，建筑暖通系統的節能設計顯得尤為關鍵。建筑暖通設計涉及建筑內的供熱、通風和空調系統，這些系統不僅直接影響著居住者的舒適感，同時也對建筑能源消耗和室內空氣質量產生著深遠的影響[1]。

1 暖通系統設計中的節能策略

1.1 建筑外圍結構設計

1.1.1 保溫材料的選擇與應用

在暖通系統設計中，采取有效的節能策略對于降低建筑能耗、提高能源利用效率至關重要。其中，與建筑外圍結構設計密切相關的保溫材料的選擇與應用是一個關鍵方面。通過合理選擇和應用保溫材料，可以有效減少建筑在供熱和制冷過程中的能量損失，從而實現節能目標。

保溫材料的選擇應綜合考慮材料的導熱系數、密度、耐久性、環保性和成本等因素。優質的保溫材料應具有較低的導熱系數，能夠有效阻隔熱量的傳遞；適當的密度可以保證材料在長期使用中不會出現空鼓或損壞；同時，注重材料的環保性，避免使用對環境有害的材料，確保建筑的可持續發展。

在應用方面，保溫材料的正確施工和使用也至關重要。確保保溫材料的質量，避免施工中的縫隙和漏洞，以確保保溫層的完整性和連續性。合理選擇不同區域的保溫材料，根據不同的熱工性能和保溫要求來進行搭配，可以實現最優的節能效果。除了傳統的保溫材料，如巖棉、聚苯板和聚氨酯等，還可以考慮應用新型的綠色保溫材料，如生物質材料和可再生能源材料[2]。這些材料在保溫效果的同時，還能降低對有限資源的依賴，促進建筑行業朝著更加環保和可持續發展的方向發展。

1.1.2 采光與遮陽設計

采光與遮陽設計可以最大限度地利用自然光和阻擋過多的太陽輻射，從而減少對暖通系統的依賴，提高能源利用效率，實現節能減排。在采光設計方面，科學合理地規劃建筑的窗戶和天窗位置，可以充分利用自然光，減少人工照明的使用。合理布局建筑內部空間，確保光線能夠深入室內，提高室內采光質量，同時避免采光不足導致的不適感和能源浪費。

而在遮陽設計方面，采用適當的遮陽裝置，如百葉窗、遮陽板和遮陽簾等，可以阻擋過強的太陽輻射，減輕建筑內部的熱負荷，降低空調負荷。遮陽設計還可以有效防止夏季過熱和冬季過冷現象的發生，實現建筑內部溫度的自然調節，進一步降低能源消耗。此外，結合采光與遮陽設計，可以采用智能化的自動控制系統。通過感知室內外的光照和溫度情況，及時調整窗簾和遮陽裝置的開閉程度，最大程度上滿足建筑內部的采光和遮陽需求，優化建筑的能源利用效率。

1.2 傳熱與傳質機理優化

1.2.1 熱傳導途徑的減少

熱傳導是能量從高溫區域傳遞到低溫區域的過程，在建筑中，過多的熱傳導途徑會導致能量的浪費和熱量的損失，從而增加供熱負荷和能源消耗。為了減少熱傳導途徑，可以在建筑外圍結構設計中采用高效的保溫材料。優質的保溫材料具有較低的導熱系數，能夠有效阻擋熱量的傳遞，將建筑內部的熱能盡可能保留在室內，減少能量的損失。在墻體、屋頂和地板等部位廣泛應用保溫材料，可以降低建筑的熱橋效應，提高保溫效果。

此外，采用斷熱性能良好的窗戶和門，也是減少熱傳導途徑的重要措施。傳統的單層玻璃窗戶容易導致熱量的散失，而雙層或三層中空玻璃窗能夠有效隔離內外溫度，減少熱傳導。結合合理的窗框設計，可以進一步提高窗戶的斷熱性能，減少能量的損失。在建筑內部，通過合理布局和隔熱設計，也可以減少熱傳導途徑。例如，采用隔熱墻體隔斷，合理設置建筑內部空間，可以降低冷熱空氣的相互傳遞，提高室內的溫度穩定性和舒適性。

1.2.2 空氣與水流動優化

通過優化空氣和水的流動方式，可以提高能源利用效率，降低能耗，實現節能減排的目標。在空氣流動優化方面，合理的通風設計可以實現室內外空氣的有效交換，提供新鮮空氣，同時降低供暖和制冷系統的負荷。通過考慮風道的布局、氣流的流速和流向等因素，可以避免空氣流動中的死角和阻力，減少能量損失。采用智能控制系統可以根據室內外溫度和濕度的變化自動調節通風量，最大限度地利用自然通風，降低機械通風的能耗。

在水流動優化方面，合理設計供暖和制冷系統的管道布局、水流速度和壓力降，可以減少水泵的能耗，提高水流動的效率。采用節能的水泵和流量控制裝置，可以實現變頻調節、按需供水，降低系統運行能耗。同時，優化暖通系統的水路結構和散熱器的選擇，也可以提高傳熱效率，減少水流動過程中的能量損失。此外，結合空氣與水流動優化，可以應用先進的熱回收技術。例如，通過熱交換器將排出的廢氣或廢水中的熱能回收利用，用于供暖或熱水制備，減少能源的浪費[3]。

1.3 能源利用優化

1.3.1 高效暖通設備的選用

在高效暖通設備的選用方面，首先需要考慮設備的能效指標。例如，選擇能效等級高的暖通設備，如高效熱泵、燃氣鍋爐等，可以有效降低設備運行時的能源消耗。此外，考慮設備的工作效率和控制精度也是重要因素。通過選擇具有高效率和精確控制的暖通設備，可以在不同季節和溫度條件下，提供穩定且舒適的室內環境，減少能源的浪費。

其次，需要根據建筑的實際需求和特點，量身定制暖通設備的規格和數量。避免過度設計和不必要的設備冗余，可以減少系統的能耗和運行成本。合理配置暖通設備，根據建筑的朝向、面積、使用用途等因素進行優化，可以確保設備在高效運行的同時，滿足建筑內部的舒適性和節能要求。

1.3.2 可再生能源的利用

可再生能源是指在自然界中不斷生成的能源，如太陽能、風能、地熱能等，其利用對環境幾乎不產生負面影響，具有低碳排放和可持續發展的特點。在暖通系統中應用可再生能源，不僅可以減少對傳統化石能源的依賴，降低碳排放，還可以提高能源利用效率，實現綠色能源的有效利用。

太陽能是一種重要的可再生能源，可以通過光伏發電和太陽能熱水系統應用于暖通系統中。在光伏發電方面，通過在建筑外圍結構中安裝光伏電池板，將陽光轉化為電能，為暖通設備的運行提供綠色能源。而太陽能熱水系統則利用太陽能直接加熱水，供應給供暖系統或提供熱水，減少傳統燃氣熱水器的使用，降低能源消耗。

1.4 智能控制技術在暖通系統中的應用

1.4.1 智能溫控與調度

智能控制技術基于先進的傳感器、數據分析和自動化系統，可以實時監測和分析建筑內外的溫度、濕度、人員活動等信息，以智能化方式對暖通系統進行調控，達到優化能源利用、提高能效的目的[4]。

智能溫控技術通過在建筑內部設置智能溫度傳感器和控制設備，實時監測室內溫度變化，并根據預設的溫度范圍和舒適標準，智能地調節供暖和制冷設備的運行，以確保室內溫度始終保持在舒適范圍內。通過智能溫控技術，可以避免因溫度波動過大而造成的能源浪費，實現精準調溫，節約能源[5]。

智能調度技術將多個暖通設備進行協調和優化，以實現最佳能源利用效率。通過實時監測和分析設備的運行狀態和能耗數據，智能調度系統可以合理安排設備的運行時間和運行模式，避免設備過度運轉或重復運行，減少能源消耗。例如，在低負荷時段降低設備的運行功率，在高負荷時段增加設備的運行效率，以最小的能耗滿足建筑的供暖和制冷需求。

1.4.2 自適應控制策略

自適應控制策略基于先進的傳感器、數據分析和人工智能算法，能夠實時感知和分析建筑內外的溫度、濕度、人員活動等信息，并根據實際需求智能地調整暖通系統的運行，以最優化能源利用、提高能效為目標。自適應控制策略的核心是根據實時數據和反饋信息進行智能決策。通過在建筑內設置多樣化的傳感器，監測室內外的環境參數和能耗數據，系統可以了解建筑的實際狀況。同時，結合人工智能算法和模型預測，自適應控制系統可以預測未來的環境變化，實現對暖通設備的智能預調節。

在自適應控制策略中，系統還可以根據不同的時間段和使用情況進行智能調控。在不同的季節和天氣條件下，自適應控制系統可以自動調整供暖和制冷設備的運行模式和參數，以最優化的方式滿足建筑內部的舒適需求。在高峰和低谷用能時段，系統可以根據能源價格和供需情況，智能調整設備的運行策略，以實現能源的高效利用。

2 建筑暖通設計中的節能策略實踐案例

2.1 辦公建筑節能設計案例

2.1.1 背景

圖1 辦公建筑節能設計圖 來源：網絡

該辦公建筑項目位于城市中心，是一棟多層辦公大樓，總面積約為1萬平方米。項目團隊在設計初期就明確了可持續發展的目標，將節能減排作為設計的重要方向。在暖通系統設計中，充分結合節能策略，采用智能控制技術和可再生能源的應用，旨在打造一個高效節能、環保舒適的辦公空間。

2.1.2 節能策略一：智能溫控與調度

該項目采用了先進的智能溫控系統，通過在每個辦公區域安裝溫度傳感器，實時監測室內溫度，并結合人員活動信息，智能調節空調和供暖設備的運行。系統能根據不同季節和工作時間進行預測調度，合理調整室內溫度，確保在提供舒適環境的同時，最小化能源消耗。

2.1.3 節能策略二：高效暖通設備選用

在暖通設備的選用上，該項目選擇了高效節能的熱泵供暖和地源熱泵系統。熱泵供暖利用空氣或地下熱能進行熱交換，比傳統鍋爐供暖更加高效。地源熱泵系統則利用地下恒定的地熱能，通過熱泵的工作將低溫熱能轉化為高溫供暖，極大地降低了供暖能耗。同時，系統采用了智能調度技術，根據室內外溫度和人員活動情況，智能地優化供暖設備的運行效率，實現節能節電。

2.1.4 節能策略三：可再生能源的利用

在該辦公建筑中，還應用了可再生能源技術，如太陽能光伏和太陽能熱水系統。太陽能光伏板安裝在建筑外圍結構中，將太陽能轉化為電能供給照明和其他電力設備。太陽能熱水系統則利用太陽能直接加熱水，用于供暖和熱水制備。通過應用這些可再生能源技術，辦公大樓能夠在一定程度上自給自足，減少對傳統能源的依賴，進一步降低碳排放。

2.1.5 效果與成果

通過上述節能策略的實踐，該可持續辦公大樓項目取得了顯著的節能效果。相較于傳統辦公建筑，該建筑的能源消耗降低了30%，碳排放量減少了25%。智能溫控系統的應用，使得室內溫度保持在舒適范圍內，員工的工作效率和舒適感都得到了提升。同時，高效暖通設備的選用和可再生能源的利用，也為項目的可持續運營提供了堅實的基礎，為建筑行業的節能減排和環保發展樹立了積極的典范。

2.2 住宅小區節能設計案例

2.2.1 背景

圖2 住宅小區節能設計圖 來源：網絡

綠色低碳小區是一個位于城市郊區的住宅小區項目，由多棟住宅樓組成，總戶數約500戶。在規劃和設計初期，項目團隊就明確了節能減排和環?？沙掷m發展的目標。在暖通系統設計中，采取了一系列節能策略，包括結合智能控制技術和綠色建筑設計，優化供暖與制冷系統，以最大程度地提高能源利用效率和減少碳排放。

2.2.2 節能策略一：智能溫控與調度

為了實現住宅的舒適度和節能目標，綠色低碳小區引入了智能溫控系統。每個住宅單元都配備了智能溫度傳感器，可以實時感知室內溫度變化。通過智能控制系統，居民可以根據自己的需求調節室內溫度，而系統會自動根據居民的使用習慣和室內外溫度變化，智能地調整供暖和制冷設備的運行模式，以保持室內溫度在舒適范圍內，同時最小化能源的消耗。

2.2.3 節能策略二：綠色建筑設計與節能材料應用

該小區的建筑設計注重隔熱性能和能源效率。采用了高效節能的外墻保溫材料，如外墻保溫系統和雙層中空窗戶，減少了熱傳導和熱橋效應，有效地阻止了能量的損失。屋頂也采用了反射性材料，降低了夏季的熱吸收，進一步降低了空調負荷。同時，在室內裝修中，選擇了環保的低VOC材料，保障居民的室內空氣質量。

3 結論

通過結合智能控制技術、能源利用優化以及可再生能源的應用，可以顯著降低能耗，提高能源利用效率，實現建筑行業的節能減排目標。這些策略在提高室內環境舒適性的同時，也為建筑的可持續發展做出了積極貢獻，為綠色建筑發展提供了有效解決方案。