原創(chuàng)??潘玉亮?高性能建筑

【引言】

? 我國建筑用能約占全國能源消費總量的21.7%，且占比仍在上升。寒冷地區(qū)居住建筑規(guī)模巨大，每年新增建筑數(shù)量相當可觀。隨著廣大居民生活水平的逐漸提高，供暖和空調(diào)設(shè)備的使用也越來越普遍。如何在保障居民居住舒適度的同時，盡可能降低住宅建筑? 的能耗，是我國建筑節(jié)能工作的重點內(nèi)容之一。超低能耗建筑作為我國建筑節(jié)能標準不斷提升，而提出來的一種新型建筑形態(tài)，正逐漸成為未來住宅建筑發(fā)展的主流趨勢之一。但是，超低能耗居住建筑不同于常規(guī)居住建筑，如何正確、合理的選擇和設(shè)計暖通空調(diào)系統(tǒng)，對于居住環(huán)境的舒適性和建筑的節(jié)能性，都有重要的影響。

一、寒冷地區(qū)超低能耗居住建筑技術(shù)特征分析
? 超低能耗建筑強調(diào)采用性能化設(shè)計方法，根據(jù)氣候特征和場地條件，通過被動式設(shè)計大幅度降低建筑冷熱需求，通過主動式措施大幅度提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率。寒冷地區(qū)超低能耗居住建筑能耗水平應較行業(yè)標準《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ26-2010降低50%以上。

1.1保溫隔熱性能更高的圍護結(jié)構(gòu)

超低能耗建筑應采用保溫隔熱性能更高的圍護結(jié)構(gòu)。在嚴寒和寒冷地區(qū)，圍護結(jié)構(gòu)保溫性能的重要性尤為顯著。高性能的外墻和外窗等被動式技術(shù)在提高建筑能效的同時，還可以大幅度提高建筑質(zhì)量和壽命，改善居住環(huán)境。寒冷地區(qū)居住建筑屋面K值推薦取值為0.10-0.20 W/(㎡·K)，外墻K值推薦取值為0.15-0.20 W/(㎡·K)]；相對于《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ26-2018規(guī)定的參數(shù)限值，屋面K值降低幅度約為20%~60%，外墻K值降低幅度約為55.6~66.7%。

1.2無熱橋的設(shè)計和施工

建筑圍護結(jié)構(gòu)中熱流密度顯著增大的部位，成為傳熱較多的橋梁，稱為熱橋。熱橋?qū)Τ湍芎慕ㄖ挠绊懜鼮轱@著。超低能耗建筑設(shè)計時，應進行消除或削弱熱橋的專項設(shè)計，嚴格控制熱橋的產(chǎn)生。

1.3建筑整體的高氣密性

超低能耗建筑需具有良好的氣密性，室內(nèi)外50Pa壓差下?lián)Q氣次數(shù)≤0.6次/h。良好的氣密性可以減少室外空氣對室內(nèi)熱濕環(huán)境的干擾，比如可減少冬季冷風滲透，降低夏季非受控通風導致的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發(fā)霉、結(jié)露和損壞，減少室外噪聲和空氣污染等不良因素對室內(nèi)環(huán)境的影響，提高居住者的生活品質(zhì)。建筑良好的氣密性主要是通過氣密等級高的外門窗和連續(xù)的氣密層等來實現(xiàn)的。

1.4高效新風熱回收系統(tǒng)

超低能耗建筑氣密性較高，只靠室外自然滲透無法保證室內(nèi)新風量的需求。且建筑內(nèi)部有各種污染物，也需通過引入新風解決。直接引入室外新風會帶來較高的新風負荷，因此新風系統(tǒng)需設(shè)置熱回收裝置，通過回收利用排風中的能量來降低供暖、供冷需求。

1.5?高能效冷熱源系統(tǒng)

超低能耗居住建筑由于具有良好的圍護結(jié)構(gòu)、氣密性和無熱橋設(shè)計，可有效降低建筑的冷熱負荷需求。但是冬季需要滿足應對極端天氣下的制熱負荷；夏季除濕負荷無法完全通過提高圍護結(jié)構(gòu)性能和設(shè)置新風熱回收系統(tǒng)完全消除。因此超低能耗居住建筑還是需要設(shè)置供冷供熱系統(tǒng)。常規(guī)的集中式冷熱源系統(tǒng)在調(diào)節(jié)性和靈活性上都有一定的不足。高能效的戶式冷熱源系統(tǒng)，從靈活可控、產(chǎn)權(quán)劃分、能耗計量等方面都有一定的優(yōu)勢，成為寒冷地區(qū)超低能耗居住建筑的優(yōu)選方案之一。

二、寒冷地區(qū)超低能耗居住建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計注意事項
? 2.1新風設(shè)備

考慮到房屋產(chǎn)權(quán)及管理的便利性，超低能耗居住建筑宜分戶獨立設(shè)置新風系統(tǒng)。新風系統(tǒng)應選擇帶熱回收的機組形式，通過回收利用排風中的能量來降低冷熱負荷和冷熱源設(shè)備的容量。

（1）熱回收效率

新風熱回收裝置分為全熱回收型和顯熱回收型，顯熱回收具有較好的性價比，全熱回收裝置有利于降低結(jié)露和結(jié)霜的風險，應根據(jù)具體項目綜合考慮。顯熱回收裝置的顯熱交換效率不應低于75%；全熱熱回收裝置的全熱交換效率不應低于70%。

（2）空氣凈化裝置

新風熱回收系統(tǒng)應設(shè)置低阻高效的空氣凈化裝置，不僅可為室內(nèi)提供更加潔凈的空氣，同時也可減緩熱回收裝置因積塵等原因造成的換熱效率的下降?？諝鈨艋b置對大于等于0.5μm細顆粒物的一次通過計數(shù)效率宜高于80%，且不應低于60%。目前新風設(shè)備一般是在機組送風口設(shè)高效過濾網(wǎng)，在機組新風入口、排風入口設(shè)粗效過濾網(wǎng)。

（3）單位風量耗功率

超低能耗居住建筑供暖供冷需求相對于常規(guī)建筑大幅度下降，通風能耗占比逐漸升高。為了減小風機能耗，需對熱回收裝置單位風量風機耗功率（功率與風量的比值）進行限制，此值不應大于0.45 W/(m3·h)。

（4）新風預熱

在室外氣溫較低的冬季，為了防止新風機組排風側(cè)結(jié)露和結(jié)霜，通常需要對新風進行預熱。預熱的方式主要包括以下幾種：1）新風入口段設(shè)電加熱器預熱新風；2）有集中供暖時，利用熱網(wǎng)回水對新風進行預熱；3）采用地道風預熱室外空氣。

（5）消聲隔振措施

新風機組應進行消聲隔振處理，機組送風口和排風入口處宜設(shè)消音軟管或消聲器等消聲裝置，風機和風管連接處應采用軟連接。應盡量降低風管和風口風速，主風道風速宜小于3m/s，送風口風速宜小于1.5m/s。吊裝的設(shè)備可采用靜音型彈性減震吊架，并加裝橡膠隔振墊。機器外壁應貼裝吸音棉。

2.2?冷熱源系統(tǒng)

寒冷地區(qū)超低能耗居住建筑通常采用的戶式冷熱源系統(tǒng)包括新風熱回收及熱泵一體機、戶式多聯(lián)機、風管機等。以新風熱回收及熱泵一體機為例，此種設(shè)備是戶用熱泵機組和新風機組集成的設(shè)備，由室內(nèi)機和室外機組成；室內(nèi)機基本為吊頂式的形態(tài)，可以安裝在廚房、衛(wèi)生間或封閉陽臺的吊頂內(nèi)；室外機需安裝在室外平臺。從功能的角度，設(shè)備一般均可實現(xiàn)供熱、供冷、高效新風熱回收、新風凈化過濾、過渡季新風旁通、內(nèi)循環(huán)供熱供冷等功能。

（1）性能系數(shù)

新風熱回收及熱泵一體機的冷熱源為空氣源熱泵。隨著室外環(huán)境溫度的下降，空氣源熱泵的制熱能力逐漸減小。以常規(guī)3HP（匹）空氣源熱泵空調(diào)為例，在室外溫度為-7℃時的制熱量僅為其額定工況（室外溫度7℃）下制熱量的78%左右，在室外溫度更低的工況下，制熱量衰減更加嚴重，往往需要電輔熱來提高出風溫度，導致能耗急劇上升。根據(jù)《近零能耗建筑技術(shù)標準》GB/T 51350-2019，空氣源熱泵機組低環(huán)境溫度名義工況下的性能系數(shù)（COP），熱風型應不低于2.0，熱水型應不低于2.3。實際設(shè)計選型時，應注意選擇低環(huán)境溫度下COP較高的設(shè)備。

（2）噪聲控制

新風熱回收及熱泵一體機室內(nèi)機需布置在住宅室內(nèi)，通常機組有新風機、排風機、循環(huán)風機3個風機，設(shè)備運行時會產(chǎn)生一定的噪聲。居住建筑室內(nèi)空間有限，通常很難設(shè)置專門放置暖通空調(diào)設(shè)備的設(shè)備間，目前項目一般是將室內(nèi)機布置在廚房的吊頂中。由于廚房通常毗鄰餐廳和客廳，設(shè)備運行時噪音一般會傳遞到相鄰的空間，造成室內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量的下降。建筑方案設(shè)計時，應盡可能考慮設(shè)置能放置室內(nèi)機的封閉陽臺，以有效的控制噪聲傳遞。室內(nèi)機和風管的其他消聲隔振措施可參照新風設(shè)備的要求進行設(shè)置。

（3）化霜水排放

冬季室外溫度較低時，空氣源熱泵室外換熱器會結(jié)霜。為保證設(shè)備的正常運行，需要除霜，會產(chǎn)生化霜水。如果化霜水不及時排走，容易在室外機平臺處結(jié)冰，甚至形成冰錐，懸掛在室外機平臺處，產(chǎn)生一定的危險。因此應在室外機平臺處設(shè)專門的化霜水排水管，將化霜水及時排走，排水管應做保溫處理。

（4）室外機安裝位置

室外機不應布置在通風不良的建筑豎井或過于封閉的空間，應布置在通風良好的地方，確保進風與排風通暢，不產(chǎn)生氣流短路；應避免受到污濁氣流，比如廚房油煙排氣的影響；為保障系統(tǒng)的高效運行，室外機換熱器應具備清掃的條件。

三、實際案例分析
以北京地區(qū)某超低能耗住宅項目一個戶型為例，進行了新風熱回收及熱泵一體機的設(shè)計。新風熱泵一體機管路布置圖如圖1所示。主要關(guān)注點包括以下部分：

3.1?在建筑方案設(shè)計時就對戶型進行了優(yōu)化，設(shè)置了可容納室內(nèi)機的北向封閉平臺，將室內(nèi)機布置在封閉平臺內(nèi)；室內(nèi)機采用靜音型彈性減震吊架和橡膠隔振墊進行吊裝，外壁貼裝吸音棉；同設(shè)備連接的風管均采用1.5~2m的保溫消音軟管；控制主風道風速小于3m/s，送風口風速小于1.5m/s。

3.2?每個功能空間都設(shè)有送風口，其中餐廳設(shè)置下送風口，起居室、主臥和次臥設(shè)置側(cè)送風口，可有效保證各個功能空間的新風和供暖、空調(diào)需求。

3.3?衛(wèi)生間設(shè)排風口，過道作為過流區(qū)，臥室房間的內(nèi)門與地面間留有縫隙，用于排風，使新風氣流從起居室和臥室等主要活動區(qū)流向衛(wèi)生間等功能區(qū)，保證所有房間得到充分通風，室內(nèi)氣流組織良好。

3.4?循環(huán)風口和主要送風管布置在走道區(qū)域，臥室采用側(cè)送風，吊頂可以集中布置在這些區(qū)域；風管采用扁平型風管，短邊尺寸為120mm，占有吊頂空間較小。

3.5?外墻上的新風口和排風口布置在不同方向，可有效避免新風、排風的短路；與室外連通的新風和排風管路上設(shè)計有保溫密閉型電動風閥，并與系統(tǒng)聯(lián)動，保證建筑的氣密性。

3.6?設(shè)置溫度控制裝置和室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置，設(shè)備運行狀態(tài)可根據(jù)室內(nèi)溫度、CO2濃度、PM2.5濃度進行調(diào)節(jié)。

四、小結(jié)
本文介紹了超低能耗居住建筑的主要技術(shù)特征。對寒冷地區(qū)超低能耗居住建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計需注意的事項進行了重點分析。超低能耗居住建筑一般冷熱負荷低、無專門設(shè)備用房、宜分戶獨立設(shè)置新風系統(tǒng)和冷熱源系統(tǒng)。實際工程中，應綜合考慮室內(nèi)層高、裝修、舒適性等因素，做好設(shè)備選型、布置，氣流組織和噪聲控制等方面的優(yōu)化工作。