建筑热环境与暖通空调系统设计的互动关系

孟吉祥

青岛长屹实验室科技有限公司  山东省青岛市266109

摘要：本文探讨了建筑热环境与暖通空调系统设计之间的互动关系。在建筑设计中，外部环境因素如气候、季节和太阳辐射，以及内部因素如建筑结构、材料选择和朝向，都对热环境产生影响。热舒适性概念与标准，如PMV/PPD指数，被介绍以实现舒适性。暖通空调系统在供暖、通风和空调方面具有重要功能，其设计原则涉及能效、室内空气质量、健康与安全等方面。系统集成设计的协同优化在系统设计中扮演关键角色。文章强调了建筑热环境与暖通空调系统之间相互影响的重要性。热环境因素影响暖通空调系统设计的负荷计算和设备选择。相反，暖通空调系统也对建筑热环境产生影响，包括室内温度分布和湿度控制。在系统设计中，需要平衡热舒适性与能耗之间的权衡，以确保系统的有效运行。

关键词：建筑热环境；暖通空调系统；热舒适性；能效；系统集成设计

1 引言

建筑热环境与暖通空调系统设计之间的紧密关系在现代建筑设计中占据着重要地位。随着人们对室内舒适性和能源效率要求的提高，热环境与空调系统之间的相互影响变得愈发显著。建筑外部环境因素如气候、季节和太阳辐射，以及内部因素如建筑结构、材料选择和朝向，直接影响着室内的热环境。同时，暖通空调系统在供暖、通风和空调等方面的功能也直接关系到室内的热舒适性和空气质量。本文旨在深入探讨这种相互关系，剖析建筑热环境与暖通空调系统设计之间的相互影响机制，从而为创造舒适、健康、节能的室内环境提供理论支持和实践指导。通过对两者之间的密切关联进行深入分析，本文将展示它们在实际建筑设计中如何相互作用，为更好地应对不断变化的气候和不断提升的舒适性要求提供新的洞察和方法。

2 建筑热环境的影响因素及设计要点

在建筑设计中，考虑建筑热环境因素是确保室内舒适性和能效的关键步骤。这些因素可以分为两大类：建筑外部环境因素和建筑内部因素。建筑外部环境因素是影响建筑热环境的重要因素之一。气候条件是其中最主要的因素之一。不同地区的气候差异导致了室内外温差的变化，从而影响了室内温度的控制。季节的变化也会影响到建筑的采暖和冷却需求，需要在设计中充分考虑。此外，太阳辐射是建筑能量收支的重要组成部分，建筑的朝向和遮阳设计会影响到室内的日照和热辐射，从而影响室内热环境的稳定性。建筑内部因素同样对热环境产生显著影响。建筑的结构和材料选择直接影响着建筑的隔热性能和热惯性。高热惯性的建筑可以更好地储存和释放热量，保持室内温度的稳定性。此外，建筑的朝向和布局也会影响室内的热分布，合理的布局可以最大程度地减少热桥效应，提高室内舒适度。热舒适性的概念与标准在建筑热环境设计中起着重要作用。人体的热感受与环境的温度、湿度、辐射等因素密切相关。PMV（Predicted Mean Vote）和PPD（Predicted Percentage of Dissatisfied）等指数被广泛用于评估热舒适性。PMV指数通过综合考虑温度、湿度、气流等因素，预测人们的舒适感受，而PPD指数则用于评估在特定条件下可能感到不舒适的人的比例。这些指标为热环境设计提供了科学依据。[1]

在建筑设计中，将热环境因素纳入考虑，以实现舒适性，需要综合权衡各种因素。例如，在寒冷地区，需要采取适当的保温措施和供暖系统，以保持室内温度。而在炎热地区，除了保证充足的通风，还需要有效的空调系统来降低室内温度。因此，在建筑设计中，要根据具体的气候条件、建筑特点和用户需求，采取综合的热环境设计策略，以实现舒适性和能效的平衡。

3 暖通空调系统设计的基本原则

暖通空调系统在建筑中扮演着关键角色，为室内环境的供暖、通风和空调提供支持。系统的设计原则涉及多个方面，包括能效、室内空气质量、健康与安全等。系统的功能首先涵盖了供暖、通风和空调。供暖要求系统能够在寒冷季节为室内提供适宜的温度，确保居住者的舒适度。通风系统在室内维持新鲜空气的循环，排除污浊空气，提供良好的室内空气质量。空调系统则在炎热季节降低室内温度，使人们得以在炎热的天气中保持舒适。在系统设计中，能效是至关重要的考虑因素之一。高效的暖通空调系统可以减少能源消耗，降低运行成本，同时对环境产生较小的影响。系统的能源效率取决于多个因素，包括设备的选择、设计的优化以及运行的管理。通过选用高效的设备、合理的布局以及智能化的控制策略，可以最大程度地提高系统的能效。室内空气质量也是系统设计中不可忽视的方面。良好的室内空气质量有助于保障居住者的健康和舒适感。系统需要有效地过滤和处理空气中的污染物，确保室内空气清新。此外，适当的湿度控制也是保持室内空气质量的关键，避免湿度过高或过低对居住者造成不适。健康与安全是系统设计的另一个重要方面。暖通空调系统应当在运行过程中确保用户的安全。系统的设计和安装需要遵循相关的安全规范和标准，以减少潜在的安全风险。此外，系统中的材料和设备选择也应当考虑室内环境和用户的健康影响，避免释放有害物质。

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需要强调的是，系统集成设计在实现上述原则时起着关键作用。建筑与暖通空调系统之间的协同优化能够最大程度地提高系统的综合性能。建筑的热性能、朝向和布局等因素需要与系统的供暖、通风和空调策略相匹配，以实现最佳的效果。

4 建筑热环境与暖通空调系统的互动关系

建筑热环境与暖通空调系统设计之间存在着紧密的相互关系，二者在设计过程中相互影响，共同决定了室内环境的舒适性和能效。热环境因素对暖通空调系统设计产生影响，而暖通空调系统也对建筑热环境产生影响。首先，热环境因素对暖通空调系统设计产生直接影响。建筑的外部环境因素，如气候条件和太阳辐射，决定了室内热负荷的大小。在寒冷地区，寒冷的气候和较低的室外温度会增加供暖负荷，需要选择适当的供暖设备和控制策略。相反，在炎热地区，高温和强烈的太阳辐射会导致空调负荷增加，需要设计有效的冷却系统。因此，建筑的气候环境需要在暖通空调系统设计中被充分考虑。其次，暖通空调系统对建筑热环境产生影响。系统的运行方式和效率直接影响了室内温度分布和湿度控制。例如，合理的通风设计可以保持室内新鲜空气的循环，防止局部温度过高或过低。冷却系统的性能和位置选择也会影响室内温度的均匀性。此外，湿度控制对于室内空气质量和舒适度同样至关重要，适当的湿度范围可以减轻人体的不适感。在系统设计中，平衡热舒适性与能耗之间的权衡是一项重要任务。设计人员需要根据建筑的热性能和用户需求，选择合适的供暖、通风和空调策略。过度供暖或过度冷却都会增加能源消耗，而不足的供暖或通风则会影响室内舒适性。因此，在系统设计中，需要综合考虑热环境因素、用户需求和能源效率，寻求最佳的平衡点。

建筑热环境与暖通空调系统设计之间存在着密切的相互关系。热环境因素影响着暖通空调系统的负荷计算和设备选择，而系统的设计和运行也会影响建筑热环境的稳定性和舒适性。在实际设计中，要全面考虑这种相互关系，以实现舒适性和能效的双重目标。

5 结语

总的来说，本文深入探讨了建筑热环境与暖通空调系统设计之间的紧密关系。建筑的外部环境因素和内部因素以及暖通空调系统的功能和设计原则在实现室内舒适性和能效方面扮演着关键角色。热环境因素影响着暖通空调系统的设计与运行，而系统的性能也直接影响了建筑的热环境和用户的舒适感受。在设计过程中，综合权衡各种因素，并寻求热舒适性与能效的最佳平衡，是实现高质量室内环境的关键。这一深入的探讨为建筑热环境与暖通空调系统的优化设计提供了有益的指导和启示。

参考文献

[1]张媛媛,郭佳昌,罗鹏等.复合冰壳建筑及其建筑热环境研究综述与展望[J].暖通空调,2023,53(07):60-67.

[2]袁永莉.辐射空调系统耦合建筑热环境的动态仿真研究[J].建筑节能(中英文),2023,51(04):100-104.