能源是人類賴以生存和發(fā)展的基本條件。進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源供應(yīng)的緊張對各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生活產(chǎn)生的巨大沖擊，全世界都充分認(rèn)識到節(jié)約能源的重要性。由于建筑能耗在社會總能耗中占有重大比例，建筑節(jié)能已成為世界節(jié)能浪潮的主流之一。在我國，2004年以來，全國大面積的電荒讓普通家庭意識到了能源的重要性，國家權(quán)威部門指出，我國目前已經(jīng)面臨能源短缺的危機(jī)。而隨著我國近年來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各地旅游賓館、大商場、辦公及商用建筑、住宅越來越多，建筑耗能日益成為人們所關(guān)心的大事。

建筑能耗是指建筑使用過程中的能耗，包括采暖、空調(diào)、照明、熱水、家用電器和其他動力能耗。其中，以采暖和空調(diào)能耗為主，占建筑總能耗的50%至70%。因此，各種公共、家庭用空調(diào)數(shù)量的激增，使空調(diào)能耗激增，夏季空調(diào)耗電、冬季采暖耗能日漸成為能耗大戶，空調(diào)節(jié)能、建造節(jié)能建筑已成為刻不容緩的大事。我國抓建筑節(jié)能工作必須從現(xiàn)在做起，重點(diǎn)解決的是北方城鎮(zhèn)采暖和大型公共建筑的能耗問題，在具體節(jié)能途徑上應(yīng)該在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)、降低采暖系統(tǒng)能耗、減少空調(diào)照明能耗上下功夫，從建筑節(jié)能的角度構(gòu)建節(jié)約型社會。

建筑熱工設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)節(jié)能建筑的空調(diào)系統(tǒng)，首先應(yīng)該重視的問題是為什么空調(diào)耗能如此巨大？除了空調(diào)數(shù)量龐大外，房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差是一個重要原因。由于很多原來建造的房屋沒有采取保溫隔熱措施，冬季室內(nèi)的采暖熱量通過門窗、墻體、屋面和地面散發(fā)出去很多，夏天室外的太陽輻射熱和熱空氣通過門窗、墻體和屋面?zhèn)鞯绞覂?nèi)，造成夏季室內(nèi)外溫度接近甚至高于室外，居民不得不開空調(diào)制冷降溫。空調(diào)向室外排放大量熱氣，使室外氣溫越發(fā)升高，室外溫度的升高，空調(diào)不停地運(yùn)行，形成城市熱島效應(yīng)，能耗增大。

所以，暖通專業(yè)在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時，為了要降低建筑的空調(diào)耗能，第一步就是要配合建筑專業(yè)確定建筑內(nèi)、外墻、屋面、地面及其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑構(gòu)成方式、使用保溫材料的情況。根據(jù)國家2005年4月4日頒布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005），應(yīng)根據(jù)我國的地域情況，按照嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)B區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)來區(qū)分建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，首先特別要注意的是控制好建筑的體形系數(shù)和窗墻比，體形系數(shù)、窗墻比越大，單位建筑面積對應(yīng)的外表面面積就越大，單位建筑面積對應(yīng)的傳熱系數(shù)就越大，傳熱損失就越大。而體形系數(shù)和窗墻比又是牽涉到建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等各方面的因素，需要既能達(dá)到建筑師的創(chuàng)作意圖、達(dá)到建筑功能，又能權(quán)衡利弊，兼顧不同類型的建筑造型，盡可能的減少房間的外圍護(hù)面積，使體形不要太復(fù)雜，凹凸面不要過多，以達(dá)到節(jié)能的目的。

過去主要是通過暖通空調(diào)設(shè)備的使用來滿足溫度要求的，而現(xiàn)在要通過加強(qiáng)建筑物的保溫和隔熱能力，來盡量滿足這一要求，減少通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量浪費(fèi)，使室內(nèi)環(huán)境接近人體舒適度的要求和降低建筑的能耗。因此，在校正建筑專業(yè)選用各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料時，應(yīng)特別注意其的保溫效果?，F(xiàn)在，我國的建筑都廣泛的使用了大面積的玻璃幕墻和各種窗戶，在外墻、屋頂、地面上使用的保溫材料類型、熱工性質(zhì)都比較成熟的情況下，窗戶就成為了節(jié)能的最薄弱環(huán)節(jié)，其保溫和隔熱的效果在整體節(jié)能效果中顯得尤為重要。如果窗戶的保溫性能不過關(guān)，當(dāng)室內(nèi)外溫差過大時，窗子結(jié)露，繼而產(chǎn)生的自流水的問題給用戶會帶來很大的麻煩。尤其在選擇使用低輻射玻璃時，應(yīng)特別注意其材料性能，否則就容易出現(xiàn)冬季效果尚可，但夏季反而耗能會增大的現(xiàn)象。在對窗戶節(jié)能設(shè)計(jì)的各種措施中，外遮陽措施是建筑物在夏季或東西向的房子可采取的非常好的節(jié)能方法，只是需要解決外遮陽的建筑美觀問題。目前，可以參考的國外的遮陽節(jié)能窗的做法也多了起來，如鋁合金遮陽卷簾、木條遮陽，還有在雙層玻璃中間加遮陽百葉的做法。

不可否認(rèn)，使用了節(jié)能材料的建筑的初投資額會比以前增加一些，根據(jù)有關(guān)方面資料，在歐洲，一些西歐國家以法律形式明文規(guī)定，建筑必須達(dá)到一定的節(jié)能要求，如法國與瑞典等國，對建筑物的隔熱型玻璃都有強(qiáng)制的規(guī)定，因而使得節(jié)能技術(shù)與材料都比較成熟，使用比較普遍，大批量生產(chǎn)也使成本不斷降低。在西歐地區(qū)建設(shè)節(jié)能型建筑，成本一般增加5％至10％左右。但關(guān)鍵問題是節(jié)能型建筑的運(yùn)營費(fèi)用將會大大降低，其運(yùn)營費(fèi)用大約只相當(dāng)于普通建筑的70％，而且總體費(fèi)用將逐年遞減。

熱泵技術(shù)的應(yīng)用

設(shè)計(jì)節(jié)能建筑的空調(diào)系統(tǒng)，如何減少一次高品位能的利用是一個很關(guān)鍵的技術(shù)問題。如果能利用各種在土壤、太陽能、水、空氣、工業(yè)廢熱中蘊(yùn)藏著無窮無盡的低品位熱能無疑是一種成功的節(jié)能措施，熱泵技術(shù)正是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的最佳選擇。其可以通過輸入較少的高品位能源把廣泛存在于大自然的綠色低品位的熱能提高到可以在建筑用能的溫度（如采暖、生活熱水）。

根據(jù)熱泵系統(tǒng)的熱力循環(huán)型式，通常將熱泵分為蒸汽壓縮式熱泵、氣體壓縮式熱泵、蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵、熱電式熱泵。其中，蒸汽壓縮式熱泵是在目前研究和使用最為普遍的方式，按照其使用的低溫?zé)嵩吹姆N類，基本都屬于空氣源熱泵、地源熱泵、水源熱泵和太陽能熱泵四種類型：

1、空氣源熱泵：將室外的空氣作為低位熱能，獲取方便，設(shè)備基本上都是使用一個氣-液換熱器與熱泵機(jī)組耦合，幾乎不會對環(huán)境造成影響。因此該系統(tǒng)具有系統(tǒng)組成簡單、年運(yùn)行時間長、初始投資較低、技術(shù)比較成熟的優(yōu)點(diǎn)，在地方氣候條件適宜，特別是冬季氣候較溫和的地區(qū)，是一種性價比出色的節(jié)能方法。但該系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是很突出的，室外空氣隨季節(jié)的變化不斷變化，溫度、濕度的對熱源的影響明顯，熱泵的年效率不穩(wěn)定。在濕度較大的或者冬季天氣寒冷的地區(qū)，其制熱量的變化與建筑熱負(fù)荷的需求趨勢正好相反，溫度低、濕度大會使熱泵效率會大大降低，甚至無法工作。由于除霜技術(shù)尚不完善，雖然很多的產(chǎn)品都宣傳可以正常工作在零下20度甚至更低的溫度，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，常常是耗費(fèi)大量的電熱能源的情況下才能達(dá)到理想效果，這與節(jié)能的目的是相違背的。因此在寒冷及高濕度地區(qū)，熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜問題已成為節(jié)能中很大的技術(shù)障礙。

2、地源熱泵：利用地表淺層中蓄存的低品位熱能（土壤、地層、地下水）作為熱源，冬季熱泵從淺層的土壤中取熱，用于建筑供暖，同時蓄存冷量以備夏用；夏季熱泵逆向運(yùn)行，將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進(jìn)行降溫，同時蓄存熱量以備冬用，因此這是一種典型的可以再生的能源?，F(xiàn)在，對這種地表淺層中蓄存的低品位熱能的利用技術(shù)已經(jīng)比較成熟。地表5m以下溫度一年四季相對穩(wěn)定，夏季比環(huán)境空氣低，冬季比環(huán)境空氣高，熱容量大，變化幅度比較小，既能保持熱泵高效、穩(wěn)定運(yùn)行，又可利用巖土的天然蓄能能力，且對周圍環(huán)境影響較小，維護(hù)費(fèi)用。但是，大地土壤的溫度較低，地下埋管內(nèi)的載能流體與管外的土壤之間的換熱系數(shù)小，能流密度很低，為了獲取足夠的熱量，就需要的地下?lián)Q熱器的表面積足夠大，就需要有足夠的地下埋管換熱器，因此將占據(jù)較大的地下和地上空間，初始投資是比較大的。

3、水源熱泵：水源熱泵與地源熱泵相似，但是以低溫水作為低溫?zé)嵩?，可高效地利用量大面廣的地下水、地表水、電廠冷卻循環(huán)水及工業(yè)廢水、污水等作為低位熱源，熱泵COP一般可達(dá)到4-5，節(jié)能效果十分明顯。根據(jù)其熱源的溫度的情況可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，滿足供暖、空調(diào)及生活熱水的需要，波動范圍也要遠(yuǎn)小于空氣溫度的變化的，因此其系統(tǒng)的全年運(yùn)行不僅性能穩(wěn)定、工作可靠、運(yùn)行費(fèi)用低。但是，水源熱泵也有其致命的弱點(diǎn)，它要受到可利用的水源條件、水層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水資源使用政策以及能源結(jié)構(gòu)和價格等因素的限制。使用電廠冷卻循環(huán)水及工業(yè)廢水、污水等作為低位熱源，應(yīng)用的局限性較大；使用地下水，由于水資源已經(jīng)是一種日益緊缺的資源，因此在應(yīng)用之前必須做詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能分析。而且由于會造成水資源的浪費(fèi)，為避免地下水的嚴(yán)重流失，通常還要求采用地下水回灌技術(shù)，同時保證地下水不受污染，這在目前仍然是一個難題；利用地表水，可以在靠近江、河、湖、海等大體積自然水體的地方比較經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)，但其缺點(diǎn)和空氣源熱泵類似，受到自然條件的限制，熱泵的換熱可能會對水體中生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生無法預(yù)計(jì)的影響，而且環(huán)境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會降低。此外，不同面積、深度和溫度的地表水單位體積能夠承擔(dān)的冷、熱負(fù)荷需要根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算。

4、太陽能熱泵：太陽能熱泵不同于普通的太陽能直接供熱系統(tǒng)，也不同于以太陽能光電或熱能發(fā)電驅(qū)動的熱泵機(jī)組，而是利用太陽能集熱器作為蒸發(fā)器熱源的耦合熱泵系統(tǒng)。能源清潔、安全，幾乎不會對環(huán)境產(chǎn)生環(huán)境污染。傳熱設(shè)備可以采用廉價的低溫集熱器，集熱成本非常低。但是太陽能對于整個地球來說全年是非常穩(wěn)定的，但我們可利用的部分本身并不具有穩(wěn)定的特點(diǎn)，其能流密度低、供能不連續(xù)性，這就需要采用較大的集熱和蓄能裝置，并且需要配備相應(yīng)的輔助熱源，其較大面積的集熱器占有了較大的空間，造成系統(tǒng)初投資較高。

綜上，可見這些類型的熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少空調(diào)用能中高品位能源的消耗，但是各有其利弊，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)建筑的地域特點(diǎn)和具體的設(shè)計(jì)情況及甲方要求進(jìn)行靈活的選用。在合適的地方，也可以采用多種熱泵耦合的方式提高效率和性價比。

空調(diào)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題

在設(shè)計(jì)節(jié)能建筑的空調(diào)系統(tǒng)過程中，設(shè)計(jì)者在空調(diào)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)都應(yīng)該從細(xì)處入手，切實(shí)落實(shí)好節(jié)能的觀念，規(guī)避一些不好的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

1、在選擇冷熱水機(jī)組主機(jī)配備容量時，出于保護(hù)性參數(shù)的考慮，常常會將各空調(diào)系統(tǒng)的峰值疊加，然后再加上完全系數(shù)，從而導(dǎo)致最后冷熱水機(jī)組配備容量偏大，這樣會導(dǎo)致大部分時間在部分負(fù)荷下低效率運(yùn)行，造成了很大的投資和能源浪費(fèi)。主機(jī)余量過大也會造成水泵等其他輸送動力設(shè)備的容量過大，整個管路特性遠(yuǎn)離最佳工作點(diǎn)，以至于總體能耗過大。

2、僅僅考慮到減小冬、夏兩季的新風(fēng)負(fù)荷，而將新風(fēng)口及空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)入口按照冬、夏兩季的風(fēng)量設(shè)計(jì)，致使過渡季節(jié)仍需要開啟冷水機(jī)組，也將使空調(diào)能耗顯著增大。

3、室內(nèi)溫度的設(shè)定上，由于盲目追求舒適性或者忽略了普通空調(diào)系統(tǒng)的自控系統(tǒng)，將導(dǎo)致系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中沒有手段根據(jù)人員的變化和實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行必要的調(diào)整，致使供冷量、供水量和送風(fēng)量都大于實(shí)際的需求，由此就會造成大量的能量浪費(fèi)。

4、在水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)增加必要的控制手段，可在運(yùn)行時根據(jù)流量的變化與功率的變化比成三次方關(guān)系，增大送回水溫差，減小水流量，以降低水系統(tǒng)設(shè)備的能耗。同時也可以采用變流量技術(shù)，改善水泵運(yùn)行工況，使其保持在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。

5、重視冷熱源的回收?？照{(diào)系統(tǒng)能源利用率最大限度的提高也是實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能的主要途徑?，F(xiàn)在，我國空調(diào)冷熱回收利用主要是通過系統(tǒng)中安裝能量回收裝置，用排風(fēng)中的能量來處理新風(fēng)，就可以減少處理新風(fēng)所需的能量，降低機(jī)組負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。在選擇熱回收裝置時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟(jì)狀況、工程的實(shí)際狀況、排風(fēng)中有害氣體的情況等多種因素綜合考慮，以確定選用合適的熱回收裝置，從而達(dá)到花較少的投資，回收較多熱（冷）量的目的。換熱器的布置形式和氣流方式對換熱性能也有影響，熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分考慮其安裝尺寸，運(yùn)行的安全可靠性以及設(shè)備配置的合理性，同時還要保證熱回收系統(tǒng)的清潔度。熱回收設(shè)備可以與不同的系統(tǒng)結(jié)合起來使用，利用冷凝熱，以節(jié)約能源。

綜上所述，可見設(shè)計(jì)節(jié)能建筑是一個在設(shè)計(jì)理念上的改變，涉及到設(shè)計(jì)的方方面面，在這里談到的只是其中的幾個問題，也借鑒了不少的資料，希望能給同行們在設(shè)計(jì)相關(guān)建筑時提供一些有益的參考。相信隨著設(shè)備工藝技術(shù)的不斷更新和設(shè)計(jì)理念的進(jìn)步，我國的節(jié)能建筑會穩(wěn)步邁向國際先進(jìn)水平。