河北省某被动式超低能耗居住建筑暖通空调设计

河北建研建筑设计有限公司
马新然 王海峰 陈兴飞 张利姣

1  项目概况

该项目位于河北省石家庄市（寒冷Ｂ气候区）某住宅小区，南北朝向，建筑占地面积740.82m²，长和宽分别为52.4ｍ和17.38ｍ，建筑面积10333.18m²，建筑体形系数为0.26。建筑高度43.15ｍ，地上12层，地下2层。使用功能地上为住宅，地下为工具间。南立面效果图见图１。该项目现为主体在建工程，尚未达到竣工及测试验收阶段。

图１ 南立面效果图

2  气象参数及技术指标

2.1室外空气计算参数

夏季:大气压力99.58kPa,空调计算干球温度35.1℃,空调计算湿球温度26.8℃,空调计算日平均温度30.0℃,通风计算温度30.8℃,室外平均风速1.7m/s,室外最多风向的平均风速2.6m/s,室外计算相对湿度60%[2]｡冬季:大气压力101.72kPa,空调室外计算温度-8.8℃,通风计算温度-2.3℃,室外平均风速1.8m/s,室外最多风向的平均风速2m/s,室外计算相对湿度55%[2]｡全年供冷时间为5月19日至8月22日,供暖时间为11月7日至3月30日｡

2.2被动式超低能耗居住建筑技术指标

2.2.1室内环境参数指标(见表1)

表1超低能耗居住建筑室内环境参数

2.2.2能耗指标(见表2)

表2能耗指标及气密性指标

2.2.3内部热源参数指标

建筑的人员密度为32m²/人;照明功率密度为5W/m²;家用电器的功率密度为8W/m²;房间人员在室率､电器设备使用率､照明开启时间参照DB13(J)/T273—2018《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》附录A｡

2.2.4其他

高效新风热回收装置的显热换热效率≥75%,全热交换效率≥70%;单位风量风机耗功率≤0.45W/(m³/h)｡

3年供暖､供冷需求计算

3.1年供暖需求

年供暖需求指整个供暖期内逐时热负荷的累计值与套内使用面积的比值｡建筑物供热需求的逐时热负荷,按下式计算[3]:

3.2年供冷需求

年供冷需求指整个供冷期内逐时冷负荷的累计值与套内使用面积的比值｡建筑物供冷需求的逐时冷负荷,应按下式计算[3]:

该项目采用的能耗模拟软件为超低能耗PHES软件｡基于上述设计参数,按照设计图纸采用该软件对其进行模型建立及模拟计算,结果见表3｡

表3供冷､供暖需求计算值kW·h/(m²·a)

上述计算结果均满足规范要求｡

相较于传统节能建筑,被动式超低能耗建筑采用保温隔热性能和气密性能更优良的围护结构,大大降低了围护结构的耗热量｡此外,供热需求也考虑了内部热源的影响,由图2可知,供暖需求中,室内得热量及外窗日射得热量基本可平衡通过外围护结构的失热量,室内新风(含渗透)负荷占比较为明显｡该项目采用高效热回收设备,新风经热回收装置预热后,可实现明显的节能效果｡供冷期间,良好的围护结构不利于减小室内由于人体､设备､灯光等散热､散湿形成的冷负荷｡因此,在有利气候条件下应鼓励开窗换气,以降低室内冷负荷｡

4超低能耗居住建筑暖通设计要点

4.1空调新风系统概述

图2供暖､供冷得(失)热量构成情况

该项目每户采用1台集新风高效热回收及空气源热泵功能为一体的机组(下文简称能源一体机)｡能源一体机利用空气源热泵作为冷热源,对各房间进行供冷､供热､新风供给与净化｡选用某厂家能源一体机,单台额定制热量为5.5kW,额定制热COP为3.2;额定制冷量为4.9kW,额定制冷EER为3.02｡图3为空调新风系统的平面示意图｡

图3空调新风系统平面示意图

如图3所示,室内机放置于厨房吊顶内,室外机放置于附近空调机挑板上｡送风管由机组接入

客厅及各个卧室,循环风管由机组接至厨房入口处,排风管由卫生间､衣帽间等接至能源一体机处,新､排风管连接能源一体机与室外相接｡其空气循环系统由3部分组成:室外新鲜空气､室内循环空气和室内污浊空气｡

4.2空调新风系统设计要点

4.2.1客餐､卧室空调新风设计要点

卧室或客厅等主要房间分别在上部设置送风口,门下部预留25mm缝隙,餐厅上部设置集中回风口｡当室内CO2浓度超标时,自动开启新风模式补充室内新风｡当室内CO2浓度不超标､而室内温湿度不能满足设计要求时开启循环风机,新风机､排风机及对应保温气密电动阀门关闭,空气经循环风机从室内主要房间送风口送入各房间,然后经门下部回风缝隙到餐厅集中循环风口,收集至能源一体机循环处理｡当室内CO2浓度与室内温､湿度均不满足设计要求时,新风工况与循环风工况同时运行,能源一体机进入混风模式运行｡

4.2.2厨房补风设计要点

被动式超低能耗居住建筑具有较好的气密性,厨房因设置局部排风系统,当系统运行时,大量油烟及空气快速排出,为避免破坏主要功能房间的环境舒适度,厨房宜设独立补风系统,以满足厨房内的空气平衡｡补风管道上设置保温电动气密阀,并与抽油烟机联动控制｡在抽油烟机未开启时,补风管道上的保温气密电动阀应关闭严密,不得漏风;当抽油烟机开启时,油烟通过抽油烟机排至带止回装置的防火排风风道,引至屋顶高空排放｡同时,补风管道上的保温气密电动阀开启,室外空气通过补风管道进入厨房补风｡为了减小室外补给空气对室内环境的影响,补风口应设置在灶台附近,以缩短补风距离｡

4.2.3卫生间排风设计要点

被动式超低能耗居住建筑对能耗有严格的控制指标,为了有效利用室内污浊空气中的余热(冷)量,降低建筑能耗,卫生间排风由能源一体机统一集中控制,并由设在坐便器上方的排风口排风｡此外,卫生间预留变压式排气道,设有卫生间通风器,过渡季节可直接排风｡以上方式均可满足卫生间3h-1的换气次数要求｡卫生间门的下部预留25mm缝隙用于进风,使气流从洁净区流向污浊区｡

4.2.4室外风口的布置要点

室外新､排风口为带不锈钢防雨风帽的圆形出墙风口,风口颜色同外墙并设置防虫网｡

1)新风取风口应设在室外空气较清洁的地点,不宜设于建筑凹位｡

2)新风系统接室外的风管需有不小于1%坡度向外坡｡

3)新､排风口水平布置时,宜布置在不同方向,在相同方向布置时需保证不小于1m的水平距离;新､排风口竖直布置时,排风口宜在新风口上方,需保证不小于1m的竖直距离｡

4.3空调新风系统设计注意事项

4.3.1能源一体机

1)能源一体机的显热换热效率≥75%,全热换热效率≥70%｡

2)能源一体机的新风进口及餐厅集中回风口设置低阻高效的空气净化装置,进风口过滤等级不低于G4+F7,Pm².5高效过滤网H11,回风口过滤等级不小于G4｡

3)能源一体机系统在新风及排风管路中设置保温气密电动阀,并与机组内新风机及排风机联动｡

4)能源一体机监测室内温湿度､CO2浓度､Pm².5浓度,并根据监测数据及设定值实现智能运行｡

5)室内外机各自有独立的冷凝水立管､化霜水立管,收集排放机组产生的冷凝水和化霜水｡

4.3.2空调新风系统噪声

空调新风系统的噪声主要来自于机组的运行､风管内空气的流动｡

1)关于机组:应选择高效､低噪声､低振动机组｡机组的吊装必须采用阻尼减振吊架吊装｡

2)关于风管:根据室内允许噪声级,主风管风速可取4~5m/s,支风管风速2~3m/s,卧室内支风管≤2m/s｡此外,机组的进出口处采用柔性不燃软接头及适当长度的消声软管｡

3)关于室内风口:餐厅集中回风口处可设置消声静压箱后再接风口,上部回风口风速宜≤4.0m/s;上部送风口风速宜取1.5~3.0m/s｡

4.3.3空调新风系统风管

相较于常规居住建筑,超低能耗居住建筑要求全装修,室内装修简洁,且不应损坏围护结构气密层和影响气流组织｡因此,暖通设计中风管及风口的布置在不影响气流组织的前提下,也要配合精装进一步优化｡

4.4空调新风系统控制策略

1)能源一体机系统可以根据室内机的负荷自动调节室外机的负荷,通过变频调节压缩机的转速,达到节能的目的｡

2)能源一体机系统防冷风侵入控制:能源一体机停机时,联锁关闭新､排风管上的保温气密电动阀,防止冷风侵入｡

3)能源一体机系统可实现控制模式:单机就地控制及远程控制｡

5结论及建议

1)通过对该项目的模拟计算分析得知,供暖期间室内得热量及外窗日射得热量基本可平衡通过外围护结构的失热量,室内新风(含渗透)负荷占比较为明显,故采用高效热回收设备对排风中的能量进行回收利用｡

2)对于被动式超低能耗居住建筑,在保证室内卫生及舒适度的条件下,开窗通风换气能有效降低空调制冷运行能耗｡

3)设计阶段需要详细了解超低能耗居住建筑主要房间的各项指标要求,并应对设备的运行模式､智能控制有深入了解｡

设计同类建筑时注意以下几点:

1)被动式超低能耗居住建筑中能源一体机通常布置在厨房中,通向室外的新风管､排风管､制冷剂管､抽油烟机的补风管及送往各个房间的风管都由厨房引出,且新､排风口位置也需满足规范要求,因此,厨房的布局及尺寸应尽量满足布管要求｡

2)室外新风口水平或竖直方向距燃气热水器排烟口､厨房油烟排放口和卫生间排风口等污染物排放口及空调室外机等热排放设备的距离不应小于1.5m,当竖直布置时,新风口应设置在污染物排放口及热排放设备的下方[4]｡因此,室外机的安放位置应尽量远离新风口､补风口,避免室内获取质量较差的新风｡

3)为保证室内净高要求,风管布置时要与结构专业密切配合｡

4)热泵作为热源时,冬季需考虑设备化霜水的及时排放,避免影响设备性能｡

本文来源：暖通空调 2021年第51卷增刊