寒冷地区超低能耗居住建筑暖通空调系统形式对比浅析

中国建筑科学研究院有限公司建科环能科技有限公司

潘玉亮

我国建筑用能已达到全国能源消费总量的1/4左右，且占比仍将上升。寒冷地区居住建筑规模十分巨大，而且每年新增数量相当可观。随着我国经济的发展，广大居民对居住热环境的要求日益提高，供暖和空调的使用越来越普遍，暖通空调系统的用能也越来越高。超低能耗建筑作为我国建筑节能标准不断提升，而提出来的一种新型建筑形态，越来越受到人们的关注。超低能耗建筑是近零能耗建筑的初级表现形式，其室内环境参数与近零能耗建筑相同，能效指标略低于近零能耗建筑，其建筑能耗水平应较国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JCJ26-2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2012降低50%以上^[1]。

目前超低能耗建筑在我国得到了迅速发展。根据相关资料，当前我国在建及建成的超低能耗建筑项目约1000万平方米，其中约60%分布在北京、河北、山东和河南[2]。这些地区主要位于寒冷地区，可见，寒冷地区是我国目前大力发展超低能耗建筑的重点区域。国家也在政策层面大力推广超低能耗建筑的应用。住房和城乡建设部等七部门2020年联合印发的《绿色建筑创建行动方案》明确提出，推动超低能耗建筑、近零能耗建筑发展。

1寒冷地区超低能耗居住建筑暖通空调系统设计要点分析

超低能耗建筑强调采用性能化设计方法，根据气候特征和场地条件，通过被动式设计大幅度降低建筑冷热需求，通过主动式措施大幅度提高能源设备与系统效率[2]。对于寒冷地区的普通居住建筑，多采用集中供暖方式，末端使用散热器，夏季使用分体式空调。此种暖通空调方式具有技术成熟、稳定性较好等特点，但存在灵活性和调节性不足的问题；且集中供暖多采用根据面积收费的方式，难以体现超低能耗居住建筑供暖能耗大大降低而带来的供暖费用减少的优点。分散的户式冷热源系统在使用灵活性、产权划分上都有一定的优势，成为寒冷地区超低能耗居住建筑优选的能源方案之一。

超低能耗居住建筑具有良好的气密性，单纯的靠室外自然渗透无法保证室内新风量的需求。因此，超低能耗居住建筑必须设新风系统来保证室内新风量的要求。

综合看来，寒冷地区超低能耗居住建筑需配备新风系统和户式冷热源设备来满足新风、供热和空调的需求。同时应考虑居住建筑层高和室内使用空间的限制，选用尺寸适当的吊顶式暖通空调设备。

2寒冷地区超低能耗居住建筑暖通空调系统形式对比分析

根据相关资料，寒冷地区超低能耗居住建筑通常采用的户式冷热源系统形式包括：1）新风热泵一体机；2）新风换气机+多联机；3）新风换气机+风管机。各种户式冷热源系统对比见表1。

2.1新风热泵一体机

新风热泵一体机是户用热泵机组和新风机组集成的设备，具有供暖、空调、提供新风等功能。此种设备包括室内机和室外机，室内机包括吊顶式、壁挂式、立式等产品形态。目前市场上的产品绝大多数室内机都是吊顶式的形态，可以安装在厨房、卫生间或封闭阳台的吊顶内；壁挂式、立式等产品形态可以安装在阳台、杂物间等区域；室外机需安装在室外平台。从功能的角度，设备一般均可实现供热、供冷、高效新风热回收、新风净化过滤、过渡季新风旁通、内循环供热供冷等功能[3]。

图1 新风热泵一体机平面布置图

图1为方案一的管路布置图。本方案选用吊顶式设备，室内机布置在阳台。此种方式采用一种暖通空调系统即可满足建筑供暖、空调、新风的功能，系统形式紧凑，管路简单，一机多用，对室内装修影响相对较小。缺点是不能实现分室温控，不能根据末端各房间个体化差异调节室内温度。

表1 各种户式冷热源系统对比

2.2 新风换气机+多联机（图2）

此种系统形式由新风换气机提供新风，由多联机系统进行供暖和空调。多联机系统是指一台室外空气源制冷或热泵机组配置多台室内机，通过改变制冷剂流量能适应各房间负荷变化的直接膨胀式空气调节系统。新风换气机布置在阳台，相对于方案一，风管风量小，室内风管的尺寸和数量有所减少，但增加了多联机室内机和相应的冷媒管、冷凝水管，对室内房间的装修影响较大。每个房间的送风量是新风换气机风量和多联机室内机风量的叠加，一般可达400~500m3/h，室内有一定的吹风感。相较于方案一，由于每个房间有独立的多联机室内机，可以实现分室温控，根据个体化差异调节室内温度。

图2 新风换气机+多联机平面布置图

2.3 新风换气机+风管机（图3）

此种系统形式由新风换气机提供新风，由风管式机组进行供暖和空调。风管式机组是以空气为输送介质，将集中进行冷热处理后的空气通过风管送入到各个空调区域。由于风管机送风量较大，再叠加新风换气机的送风量，在三个方案中主风管送风量最大，主风管尺寸也最大。此方案新风换气机和风管机室内机布置在阳台，房间内没有室内机，安装比方案一复杂，比方案二简单，对室内装修的影响也介于方案一和方案二之间。此方案不能实现分室温控，不能根据各房间个体化差异调节室内温度。

图3 新风换气机+风管机平面布置图

3  能耗和经济性分析

对于超低能耗居住建筑，暖通空调系统的能耗包括新风换气机和冷热源设备的能耗。新风热泵一体机、多联机和风管机的冷热源均为空气源热泵，三种方案中的新风系统均采用带热回收的机组；因此三种方案的暖通空调系统能耗是相近的。从造价的角度看，新风热泵一体机和新风换气机+多联机的方案相近，新风换气机+风管机的方案造价低于前两种系统，降低幅度约为60~90元/m²之间。

4  结语

超低能耗建筑是建筑节能领域新的发展方向，推广此类建筑，有利于建筑节能，有利于助力建筑领域碳达峰、碳中和目标的实现。暖通空调系统设计是超低能耗建筑设计的重点所在，直接影响到建筑的使用舒适性和能耗。本文详细介绍了三种寒冷地区超低能耗居住建筑可采用的暖通空调系统，重点探讨和对比了各方案对室内装修、舒适性、节能性以及造价等因素的影响。研究结果表明，方案一系统形式比较简单，一机多能，安装方便，对室内装修影响较小，但是不能实现分室温控，造价稍高；方案二系统形式稍显复杂，室内需要安装的设备较多，对室内装修有较大影响，造价稍高，但能实现分室温控；方案三系统形式比方案一复杂，比方案二简单，对室内装修的影响也介于方案一和方案二之间，造价在三个方案中最低，不能实现分室温控。超低能耗居住建筑暖通空调系统选择和设计时，应根据项目实际情况，综合考虑项目投资、层高、装修、室内舒适性等因素，进行优化选择。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院有限公司.GB/T51350-2019近零能耗建筑技术标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[2]丁怡婷.能耗超低，建筑变“绿”[N].人民日报，2021-08-11（18）.

[3]杨灵艳，徐伟，李剑东，等.热泵型新风环境控制一体机性能测试工况研究[J].暖通空调，50（8）：48-52.

作者简介

潘玉亮(1985——)，男，硕士，高级工程师。