【行业新闻】建筑生态环境与暖通空调系统的相互关系

1、 引言

建筑生态环境的概念是对建筑有影响的一切的外在事物，不仅包括室内、外的热、湿、光、声、水等等环境，更重要的是它考虑的是生态，包含的是一种生态的理念，即使建筑，人，环境在一种动态的平衡中共生。而建筑作为一种人工环境应该去适应生态环境，尽量减少对生态环境的负面影响，同时明确暖通空调系统在其中起着一个非常重要的作用。

暖通空调的任务是什么？绝不仅仅是选择几个设备，满足人们对于温湿度的要求，这只是一个低层次的过程。我们要做的，是创造一种建筑范围内的生态环境，达到一种生态循环的要求，这是暖通空调的根本任务所在，也是我们专业之所以改名为建筑环境与设备工程的原因。

2、 建筑生态环境

建筑是人类的基本活动之一，也是人类文化的组成部分。建筑与特定的文化背景，人们的生活环境，生活方式以及工作环境有着密切的联系。建筑还有着物质形态的特征，从本质上看，建筑也是环境，是人工环境的一部分，它与生态环境有着不可分割的联系。

建筑生态环境是指建筑周围，对建筑的存在与发展产生影响的一切的外在事物。与传统的建筑环境类似，一般也分为室内环境与室外环境两个部分。

2.1 建筑室内环境

建筑室内环境包括建筑室内的温度，湿度，气流组织分布，空气质量，采光，照明，色彩，空间布局等及它们相互组合后产生的效果。它是影响人们舒适感觉和健康的直接方面。传统的建筑环境考虑的往往只是温湿度的要求。

2.2 建筑室外环境

建筑室外环境主要是自然环境，包括建筑热湿环境，光环境，水环境，声环境等，还有其他的一些人文环境，地理环境，物理环境等。所谓建筑热湿环境，主要反映在空气环境的热湿特性中,它受室外气候参数和各种湿热源的影响；建筑的光环境是为了达到人们视觉和心理的满足；水环境是为了满足人们日常用水的需要；声环境则一方面满足人们听觉的需求，另一方面要尽量降低噪声的污染；人文环境是指人们的生活等各方面的习惯；地理环境是建筑所处的地理位置的特点。建筑环境在这里却几乎不考虑人文和地理等的影响。

3、 暖通空调系统的发展

现代建筑的存在，既作用于周围的生态环境，同时也作用于居住者和使用者。自从有了人类社会，就有了人类的住所，人类从原始的洞穴、简陋的茅草屋到高级豪宅；从低矮的多层建筑发展到100多层400多米高的高层建筑；从简单的居住发展到今天的办公楼、写字楼、会堂、宾馆、体能场馆、商业建筑、医院、图书馆等功能种类繁多的建筑，这些建筑形式及功能的发展，直接反映了社会的发展，科技的进步，物质生活的丰富，精神生活需求的提高，反映了当今世界经济的蓬勃发展。人们已不再满足于简单的居住办公，而希望能有一个舒适的居住环境，适宜的温湿度，使用方便的冷热水系统，清洁的饮用水系统，快捷安全的垂直交通系统等等，这些都依赖于暖通空调系统等建筑设备的发展，而暖通空调系统的发展又是由人们对建筑使用功能的众多要求所决定的。总之，现代建筑离不开暖通空调系统，同时科技的快速进步和房屋建筑技术的发展，带动和促进了暖通空调系统的发展。

但是，暖通空调发展到今天，在满足人们众多功能要求的同时，不得不将考虑的范围扩展到建筑周围的生态环境。能源的大量使用，对周围环境的无限破坏，这些都对人类发展产生了严重的影响。如何建立一种生态的平衡，这需要我们暖通空调进行反思。

4、 建筑生态环境与暖通空调系统的关系

建筑与建筑生态环境之间的关系，本质应该是建筑去适应其生态环境，减少对环境的各种恶劣影响，而暖通空调系统此时便在建筑中发挥一种能动性的作用，利用各种方法创造良好的建筑生态环境，以此来协调建筑与环境之间的关系。

4.1 建筑生态环境对暖通空调系统的影响

4.1.1 室外污染

室外环境与室内是有联系的，室外的污染必然会影响到室内。室外在没有工业污染的条件下主要是受交通车辆散发的VOC气体的影响。研究表明，无论室内还是室外，总是离地面越高VOC的含量越低。所以一般认为建筑物的一层受到室外影响最大[1]。

4.1.2 室外计算参数

室外计算参数包括室外温度，湿度，风速，太阳辐射以及大气压等。参数确定得过高，会增加设备的投资和运行费用，经济上不合理；确定得过低，则满足不了工艺和人们使用的要求，实用上不合理。而目前我们的设计参数都是根据不保证率来确定的，室外空气温度的变化会使暖通空调系统在绝大部分时间里是处在部分负荷状态下运行，这样也会在经济上产生不合理。

4.1.3 城市的区域风场

风是由于大气压差所引起的大气水平方向的运动。由于建筑地理位置的一些影响（如图4.1），在太阳直射的中午，会在高层建筑的背光面形成一块大的阴影区，导致这块地区的温度低于周围大气温度，特别是在炎热的夏季，这种差异温度差更为明显，这样就导致了区域范围内大气压差，形成一个区域风场。这不仅影响了周围低矮建筑的暖通空调设计，而且高层建筑本身的背光面房间负荷也相应减小了。

4.1.4 霜冻效应[1]
霜冻效应是一种温度的局部倒置现象。(原理如图2) 当空气流入山谷、洼地时，只要没有风力扰动，空气就会如池水一样聚积在一起。处于这种凹地里的建筑或住宅，以及多高层建筑的底层和地下室都会出现一种温度比周围地面上的温度低得多的情况，特别是在夜间更为明显。这就对地下室等的空调设计提出了要求。

4.2 暖通空调系统反作用于建筑生态环境

4.2.1 城市热岛效应

形成的最主要的原因是由于城市具有特殊的下垫面，它是由沥青、混凝土、石子、金属等热传导率和热容量大的材料组成，与郊区农村的植被及土壤的性质不同，它凹凸不平，使地面风速减小，城区空气湍流增加，而且还坚硬密实不透水，使城区的蒸发减小，径流过程加速，从而使空气湿度减小，这样导致城市工业、交通及人们生活释放的大量余热，无法排出。同时城市中大量污染物的排放，为城市的云、雾、降水提供了凝结核，导致城市大气透明度降低。

由于气象站一般设在郊外，图4，图5是利用CTTC程序[2]计算得到的一个典型小区室外空气温度和气象站空气温度存在明显的差别。以定量的说明城市中心与郊区的空气温度差别。

4.2.2臭氧层破坏

臭氧是氧的同素异形体，在大气中的含量很少，但是它对于大气污染却具有很重大的意义。在15~25km的高空，大气中的氧在太阳紫外线的作用下形成臭氧层，阻止了对人类有害的太阳紫外线的大量达到地面，但是近年来，因暖通空调行业中大量CFC与HCFC类含氟制冷剂的使用,造成了地球两极臭氧层遭到破坏,形成空洞,导致太阳辐射中紫外线含量增多,对人类的健康形成了严重威胁。

4.2.3 环境污染

空调的耗电量大，是众所周知的。在我国，电力的绝大部分是由煤炭来供应的，煤炭燃烧的废气中含有大量对环境有害的成分，加之我国对于废气不能进行很好的处理，势必造成对环境的严重污染。同时，燃油空调中一次能源的使用也会产生一定的污染。

4.2.4 噪声污染

暖通空调设备中，风机、电机、空调机组及各种空调器、末端设备都会产生噪声，噪声对人们的生产和生活以及健康状况都会产生影响，同时也影响到室外的声环境。

4.3 协调两者之间关系的方法

4.3.1 适当的控制太阳辐射

太阳辐射的影响是双方面的：一方面增加进入室内的太阳辐射，可以充分利用昼光照明,减少电气照明的能耗,也减少照明引起的夏季空调冷负荷以及减少冬季采暖负荷；另一方面 ,增加进入室内的太阳辐射又会引起空调日射冷负荷的增加。因此，我们需要对太阳辐射采取适当的控制措施。

a)选用节能玻璃窗。
b)采用将可见光引进建筑物内区,同时遮挡对周边区直射日射的遮檐[3]。
c)采用通风窗技术,将空调回风引入双层窗夹层空间,带走由日射引起的中间层百叶温度升高的对流热量。中间层百叶在光电控制下自动改变角度,遮挡直射阳光 ,透过散射可见光[4]。
d)规划建筑布局，避免日晒。居住建筑多采用行列式或组团式布置[1]。
e)利用建筑物中庭,将昼光引入建筑物内区[5]。
f)利用光导纤维将光能引入内区,而将热能摈弃在室外[5]。
g)最简单易行但又是最有效的方法是设建筑外遮阳板,也可将外遮阳板与太阳能电池结合,不但降低空调负荷,而且还能为室内照明提供补充能源[6]。

4.3.2寻找绿色环保的制冷剂

自《蒙特利尔议定书》签定的近10年来，制冷空调行业已作了积极响应，采取了许多措施和行动，寻找绿色环保的制冷济，以替代CFC与HCFC类工质。 从目前情况分，替代工质有许多种，大致归纳如图7所示。

4.3.3常规能源的优化利用

例如对于小区中的采暖系统，在城市规模、市政管网设施等条件适宜的地区应推广热电联产、集中供热等大型采暖方式；在有合适的低温热源可以利用的地区可考虑采用热泵等采暖方式；对以电为主要能源的地区，电力峰谷差大的地区宜采用蓄热技术；泵、风机等动力输送设备宜采用变频技术；集中供热应对热网系统进行优化设计，并加强保温；对于集中供热的采暖末端应设有热计量装置和温控阀等可调节装置等。

4.3.4运用计算机进行辅助模拟设计

暖通空调系统是在不断变化的环境下运行的，这就需要在设计的过程中不仅要考虑系统运行中的最不利工况，而且要对系统运行的过程进行预测，了解其动态的运行效果，这样才能在设计和运行过程中做出最佳的选择。

计算机由于拥有强大的数据处理功能在此时便发挥出了作用，例如可以运用计算机对热湿过程进行模拟，对空调系统进行多工况最佳调节以及计算机辅助设计(CAD)等。

4.3.5 可再生能源能源的开发与利用

要尽可能节约不可再生能源（煤、石油、天然气），并积极开发可再生的新能源，包括太阳能、风能、水能、生物能、地热等无污染型能源，提高可再生能源在暖通空调系统利用中的比例，同时要注意提高可再生能源系统的效率。

4.3.6 确定合适的通风量及气流组织形式

合理的气流组织可以保证送风气流送到所需的任何地方,而不出现死角,重叠和短路等不合理的现象。气流出现死角通常是由于送风口布置不均，或者是数量不够造成的；气流出现重叠则是因为送风口数量过多；气流出现短路，一般是送、回风口位置太近造成的，这些在我们设计中都应该注意。

4.3.7 水的循环利用

结合当地水资源状况和气候特点，保证安全的生活用水，制定相应的节水、污水处理回收利用、雨水收集和回用方案，实现水的循环利用和梯级利用。对于沿海严重缺水城市应考虑海水利用方案。努力提高水循环利用率和用水效率，减少污水排放量。如美国研制出了一种新型生态住宅[8]，它的雨水循环利用系统是将雨水汇集到房下储水槽，然后送到厨房，使用后经净化再冲厕所或浇灌植物。

4.3.8 加强空调系统的维护

空调系统对于环境的影响很大一部分是由于维护和监测不够造成的，这是由于目前物业管理部门缺乏暖通空调专业人员，空调系统的维护工作难以科学合理的完成。对于空调的维护主要包括水系统和风系统。

a)水系统的清洁维护主要采用化学、物理手段。通过自动或人工的方法定期向水中放入化学药品来实现软化水和杀菌的作用，并且要定期排放污水。通过各种除垢仪清除水中的污垢。
b)风系统的清洁维护是通过对过滤器的清洗、更换完成的。

5、结语
（1）建筑生态环境是一种基于生态的建筑环境观。要求在建筑的范围内形成一种良性的生态循环，这就需要明确它考虑的各个方面。
（2）暖通空调系统在建立这种生态平衡中，发挥着重要的作用。
（3）建筑生态环境与暖通空调系统是相互影响着的，明确它们之间的相互影响，其目的是为协调这种矛盾服务的。

建筑生态环境的观念在我国建筑设计特别是暖通空调系统设计中的地位还不突出，人们只是在口头上呼喊着建筑环境的恶化，期盼所谓的生态建筑。但是在实际工程中，建筑设计、施工人员却很难真正满足所谓生态建筑的要求。一个很重要的原因，就是建筑生态环境的观念深如人心，没有得到足够的重视。建筑生态环境的指导观念，是建筑发展的必然趋势，希望能得到广大建筑行业人士，特别是暖通同行的共识。

参考文献
[1] 李念平,傅俊。萍建筑环境学[M].湖南:湖南大学出版社,2002.
[2] 林波荣,李莹,朱颖心。利用改进的CTTC模型对住区热环境进行预测与评价[J].3E空调网。
[3] 姚江波,白蔚君。绿色建筑与建筑节能[J].华中建筑,2000,2。
[4] 范存养,龙惟定。面向地球环境时代的空调技术[J].制冷与空调,2001,1(1):23-26。
[5] 汪琪美。建筑•生态与节能。北京建筑工程学院学报[J],1999,1。
[6] 清华大学建筑学院编著。建筑设计的生态策略[M]. 北京: 中国计划出版社, 2001.4
[7] 朱明善。21世纪制冷空调行业绿色环保制冷剂的趋势与展望[J].3E空调网。
[8] 魏东杰,胡彤。绿色建筑中暖通空调的应用[J].河北建筑科技学院学报,2003,20（3A）:20-22。

                                                                                                                                                               本文转自筑能网