绿色建筑新时期：建筑暖通空调规划与负荷分析

　　本文来源：《建设科技》2021年12月23期

　　1 负荷分析

　　以北京地区典型户型148户型的六层住宅楼为例， 按超低 能 耗建 筑标准、北京市现有住宅标准(居住75%节能标准)及北京市新地标(居住80%节能标准) 进行对比设计，采用专用暖通负荷计算软件(天正负 荷计算软件)进行冷热负荷计算，并以此作为设备选 型的依据。典型楼栋如图1所示，6层，一梯两户，每层建筑面积 312.8m2，层高3.05m，总建筑面积1876.8m2。按三种节能标准，建立计算模型，设定计算参数，如表1所示，进行冷热负荷计算。

图1 典型户型

　　表1 计算参数对比

　　设计建筑的冷热负荷计算结果如表2 和图2 所示。 按照 75% 节能、80% 节能 和超低能耗建筑标准， 外围护结构的保温层厚度逐渐加大，传热系数降低依次减低，隔热性能不断提高;门窗的保温性、气密性也都 有了极大的提高;同时，对建筑的整体气密性和无热桥 设计也都有了相应要求。因此，按三种节能标准计算的 典型建筑，其冷负荷(不含新风)和热负荷(不含新风) 都大幅降低，超低能耗建筑相比 75% 节能建筑冷负荷降低了 20%，热负荷降低了 45%;相比 80% 节能建筑 冷负荷降低了 17%，热负荷降低了 15%，保温隔热性大幅提升。

　　表2 计算结果对比

　　超低能耗建筑作为一种高节能性的建筑形式，其冬 季采暖需求和夏季制冷需求极低，这一方面降低了采暖制冷设备的容量，同时延长了不需要任何采暖制冷设备的过度季的时间，冬季采暖季和夏季制冷季时间相对缩短，所以超低能耗建筑内的采暖制冷设备为极端天气下的辅助供冷供暖设备。 超低能耗建筑气密性要求高，室内外的漏风量低， 减少了室内结露发霉的风险，降低了室外噪音和空气污染。较高的气密性也带来了新的问题，较普通住宅，超低能耗建筑必须配置新风系统 ，保证室内空气的流通 和空气的新鲜性，新风系统也是超低能耗建筑后期舒适 性的关键因素。 新风系统，一方面室内连续供应新风保证室内空气 的新鲜，同时可有效控制室内 CO2、TVOC 的浓度达到 健康标准，有效控制室内 PM2.5 指标达到良好以上标 准。普通住宅内新风不是必须的，新风的引入带来了新 鲜的空气，也会增加采暖能耗和制冷能耗。因此，新风 系统必须带有高效热回收装置，要求热交换芯的显热回 收效率 ≥75%，全热回收效率 ≥70%，最大量的回收室 内的热量，降低新风负荷 ，且单位风量风机耗功率要≤0.45Wh/m3，进一步降低新风机的能耗。即使超低能耗建筑采用了高效带热回收的新风机，引入新风带来的冷负荷和热负荷也是很高的。由表 3 可知，新风冷负荷占总冷负荷的 8.3%，而新风热负荷占 总热负荷的比例高达 38.0%，更突显了提高新风机热回 收效率的重要意义，见图 3、图 4。

　　表3 超低能耗户型负荷分析

图3 冷负荷分析

图4 热负荷分析

　　2 暖通空调系统

　　按超低能耗建筑设计标准，北京市地方标准《超低 能耗居住建筑设计标准》DB11/T 1665-2019的要求， 超低能耗建筑辅助供暖供冷应优先利用可再生能源，减少市政热力的使用，尽量避免采用化石能源。因此辅助供热供冷系统应综合考虑经济技术因素，优先选用空气 源热泵、地源热泵、新风空调一体机和多联机等系统形 式，详见表4。 冷热源设计时，考虑多能互补集成，优 先利用可再生能源，并兼顾生活热水需求。目前，常规住宅内多为市政热力 + 散热器 / 地暖 + 分体空调的采暖空调系统，随时超低能耗建筑的不断推广，市政热力和小区自建锅炉房规模必将会逐渐缩小，甚至被取消;而 以分户独立、间歇供给、用户按需自主控制的新型采暖 空调形式必将会成为行业主流，带来暖通空调技术的革 新和暖通空调产品、部品和厂家的更新换代，见表 5。

　　表5 暖通空调系统方案比选

　　超低能耗建筑冷热负荷极低，但是极端天气下也 需要开启辅助采暖制冷设备。表 6 为超低能耗户型各 个房间的冷负荷和热负荷计算值。以 15m2的主卧室为 例，其热负荷约为 500W，冷负荷约为 820W;20m2 左右的起居室其冷负荷也不到1KW, 热负荷仅 600W;而 148m2 的户型，其总冷负荷约为 4.6KW，总热负荷约 为2.8KW。

　　表6 房间负荷分析

　　拟定采用多联机的采暖制冷方式，根据负荷计算表， 每个房间的负荷值都很小，只能选择多联机室内机的最 小机型，制冷量为 1.7KW，制热量为 1.9KW，超配 1.7 倍以上，严重偏大;按照 148 户型的总冷负荷和总热负 荷，多联机室外机选择 3HP 机型，甚至 2HP 机型就够了。 可是室外机的选型受限于室内机型号(室内机冷热负荷 叠加)，只能选择 4HP 机型，其总制冷量为 11.2KW， 总制热量 12.5KW，冷负荷超配率为 229%，热负荷超 配率高达 557%，“大马拉小车”现象严重。由此可知，随着节能标准的提高，围护结构的保温 隔热性能提升，室内负荷降低，与之相适应的暖通空调 产品也面临巨大的挑战，一方面，匹配超低能耗建筑的 低负荷率的变频产品、满足超低温运行、可实现智能控 制和自动控制的暖通空调产品亟待研发;另一方面，适 合超低能耗建筑的更节能、更高效、具有更高能效等级(综合能效性能系数)的暖通空调产品亟待研发。 3 经济性对比 选取典型户型 148 户型，按超低能耗建筑标准和现 行普通建筑标准进行对比分析，在室内舒适性标准相同 的前提下，选用相同类型的暖通空调设备形式(新风 + 多联机)，采用不同的围护结构，进行冬季和夏季负荷 计算和暖通空调设备选型，进行全年采暖和空调耗电量 估算和对比分析，见表 7。 表7 采暖和制冷费用对比分析

(备注：1. 因生活热水、新风、设备、照明等项目的耗电量，超低能耗建筑和普通建筑基本无差别，未测算;本测算仅比较采暖和空调的运行费用;2. 因实际运行费用影响因素较多，人的使用习惯和行为习惯不同、舒适性标准和舒适性要求不同，开启时间不同，运行费用也会有较大差别;3. 同时，本测算按不利条件计算， 舒适性标准高，设备选型保守，若再考虑过渡季时间长短不同(超低能耗建筑，保温性和气密性好，室内温度受室外影响小，过渡季时间相对延长，采暖季和制冷季 相对缩短)、阶梯电价不同等因素，超低能耗建筑采暖 空调全年运行费用会更低。)

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