熱泵技術(shù)新風系統(tǒng)

       裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅超低能耗建筑能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保，符合建筑市場發(fā)展趨勢，同時也為廣大居民打造了舒適完美的宜居環(huán)境。作為衡量人體感知舒適性指標的房間溫濕度及室內(nèi)空氣質(zhì)量等參數(shù)控制尤為重要，目前在超低能耗住宅項目中實現(xiàn)上述指標選用的主流設備為新風空調(diào)一體機，此設備原理以作為可再生能源的空氣為介質(zhì)，采用熱泵技術(shù)得以實現(xiàn)。通過對應用于超低能耗住宅項目熱回收換熱器、空氣源熱泵及新風空調(diào)優(yōu)化設計及施工等方面的分析，解決能源利用效率低、經(jīng)濟性差的問題。

       被動式超低能耗建筑

       被動式超低能耗建筑是指適應氣候特征和自然條件，通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結(jié)構(gòu)，采用高效新風熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境并能滿足綠色建筑基本要求的建筑。

       超低能耗建筑的主要技術(shù)指標為：

       (1)房屋單位面積年采暖需求≤15 kWh/(m2a)或房屋單位面積采暖熱負荷≤10 W/m2；

       (2)房屋單位面積年制冷需求≤15 kWh/(m2a)或房屋單位面積最大制冷負荷≤20 W/m2；

       (3)房屋單位面積年一次能源總需求≤120 kWh/(m2a)；

       (4)房屋氣密性在室內(nèi)外壓差50pa的條件下，換氣次數(shù)≤0.6/h(50 Pascal)；

       (5)室內(nèi)環(huán)境全年處于舒適狀態(tài)，室內(nèi)溫度宜為20-26°C，超出該溫度范圍的頻率≤10%。

       新風空調(diào)系統(tǒng)

       熱回收新風機

       空調(diào)新風一體機是針對被動房研究的新型設備，它是空氣源熱泵機組和熱回收新風機組的有效組合，既能夠作為房間的冷熱源，又能夠提供新風。其中熱回收新風機是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的全方位換氣新風系統(tǒng)，它的核心部件及實現(xiàn)節(jié)能的部件均是換熱器，例如，夏季住宅內(nèi)空氣焓值通常比室外空氣焓值低，廚房、衛(wèi)生間等污濁空氣由排風口、排風管道進入新風機熱交換器，此時室外較高焓值新風也由室外新風口及新風管道進入熱交換器，因新風、排風的焓值不同，所以進行熱交換，使得新風焓值降低，達到節(jié)能的目的。

       空氣源熱泵機組

       超低能耗住宅建筑宜優(yōu)先利用高效新風熱回收系統(tǒng)滿足室內(nèi)供冷或供暖要求，但為保證房間的舒適性，有時還會額外向房間補充一些冷量或熱量。這種提供輔助能源大部分就是通過空氣源熱泵得以實現(xiàn)的。空氣源熱泵通常由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥等組成。

       空氣源熱泵作為超低能耗住宅建筑輔助冷熱源，得到廣泛的應用。但在冬季制熱采暖時，制熱能效比（cop值）隨環(huán)境溫度降低而下降，在0～-10°C環(huán)境溫度工作時，熱泵機組能效比衰減較快，普通型空氣源熱泵在-10°C下將無法工作，為了提高制熱能效比，需采用帶噴氣增焓技術(shù)的熱泵系統(tǒng)。

       運用噴氣增焓技術(shù)的空氣源熱泵具有的優(yōu)點如下：低溫環(huán)境制熱工況時，熱泵機組壓縮機的排氣溫度隨著補氣壓力升高下降顯著，故增大補氣量可以改善壓縮過程并能更好降低排氣的溫度，使得壓縮機能夠可靠的運行；低溫環(huán)境制熱工況時，熱泵機組制熱量提升隨相對補氣壓力幾乎是線性增長，能夠更好提高低溫制熱工況效率。綜上所述，嚴寒地區(qū)寒冷地區(qū)選擇帶噴氣增焓技術(shù)的熱泵系統(tǒng)能夠顯著提高制熱效率。

       新風熱回收換熱器分類

       新風熱回收換熱器按照原理不同分為轉(zhuǎn)輪換熱器、板式換熱器、溶液循環(huán)式換熱器、熱管式換熱器和溶液吸收式換熱器等。每種熱回收裝置有其獨特的運行原理、工作特性、運行參數(shù)、使用場合以及適用工況等。

       （1）轉(zhuǎn)輪換熱器。適用于溫差較大的新風熱回收系統(tǒng)。轉(zhuǎn)輪換熱器缺點如裝置體積較大，設備占用空間大，轉(zhuǎn)輪因設置轉(zhuǎn)動機構(gòu)，轉(zhuǎn)動就消耗能量，另外轉(zhuǎn)輪換熱器的風壓壓損較大，有氣流滲漏，會發(fā)生交叉污染現(xiàn)象。

       （2）板式換熱器，不能進行潛熱回收，只回收顯熱，板式換熱器具有使用壽命長，方便維護保養(yǎng)，同時換熱效率高，該種換熱器特別適用于室內(nèi)外溫差大，濕度小的地區(qū)。

       （3）溶液循環(huán)式換熱器具有如下優(yōu)點：室內(nèi)排風與室外新風是完全隔離互不直接接觸，這樣就不會產(chǎn)生交叉污染。吸收熱量側(cè)和釋放熱量側(cè)是通過管道連接的，因為管道布置方式比較靈活多樣，所以對空間要求不高，安裝方便快捷；該換熱裝置的缺點是只能對顯熱進行回收，潛熱是不能回收利用的。再有，因為管路中需要配置循環(huán)泵，所以需額外耗費能源動力。另外因為熱量是通過中間熱媒進行輸送的，故存在溫差損失，導致?lián)Q熱效率通常在60%以下。

       （4）熱管式換熱器。熱管式換熱器具有優(yōu)點如下：熱管換熱器布局緊湊合理，傳熱面積較大。熱管式換熱器因為沒有設置轉(zhuǎn)動裝置，所以便沒有額外的能源消耗。另外，每根熱管自成換熱體系，不易堵塞也方便更換。熱管換熱器工作時，溫度降小，近乎于等溫運行工作，換熱效率處于60%-70%之間；該換熱裝置的缺點是對潛熱不能進行回收利用。

       （5）溶液吸收式換熱器。溶液吸收式換熱器具有如下優(yōu)點：冬季無需考慮防凍措施，溶液在-20°C不會結(jié)冰。新風與排風可以完全獨立，無交叉污染現(xiàn)象。設備構(gòu)造簡單、維護方便，運行較穩(wěn)定。噴灑溶液可以除掉空氣中大部分細菌及微生物及可吸入顆粒物，能夠凈化空氣。全熱回收效率較高，可以達到50%-85%，且全熱回收效果不會隨使用時間的增加而衰減；該換熱裝置的缺點是設備的外形尺寸較大，安裝占用的空間多。系統(tǒng)中設置有溶液泵，需要額外的動力能源消耗。如果室內(nèi)產(chǎn)生有毒有害氣體，且該氣體會溶解在溶液中隨溶液噴淋發(fā)生揮發(fā)則不能采用此種設備。

       經(jīng)過對比，針對超低能耗住宅項目來講，根據(jù)換熱器能量回收原理和結(jié)構(gòu)不同選擇板式及轉(zhuǎn)輪式換熱器無論是從熱回收效率、初投資、運行能耗方面都是具有明顯優(yōu)勢；轉(zhuǎn)輪式與板式回收系統(tǒng)在顯熱效率和潛熱效率相差不大的情況下，由于不需要提供裝置運行轉(zhuǎn)動所需電能，板式回收裝置的系統(tǒng)能效要高于轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置。

       超低能耗住宅建筑新風空調(diào)設計

       通風電力需求

       超低能耗建筑對能耗指標有嚴格限制，根據(jù)《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則（試行）（居住建筑）》規(guī)定，熱回收裝置單位風量風機耗功率應小于0.45W/(m3/h)。故此，在設備設計選型時，熱回收新風機組的單位風量耗功率一定要在此限值之內(nèi)。

       風量衰減與能耗問題

       超低能耗住宅建筑新風系統(tǒng)設備內(nèi)部的過濾網(wǎng)是有一定阻力的，機組剛開始投入運行時濾網(wǎng)的阻力最小，稱為濾網(wǎng)的初阻力，隨著使用時間的延長，新風設備內(nèi)部濾網(wǎng)的積塵會逐步增多，從而使得過濾網(wǎng)的阻力值不斷升高，當濾網(wǎng)的容塵量達到飽和時對應的阻力為濾網(wǎng)的終阻力，也就是濾網(wǎng)的最大阻力。一般情況下當濾網(wǎng)的容塵量達到飽和時，濾網(wǎng)的終阻力比初阻力增大一倍。目前，過濾網(wǎng)自清潔技術(shù)是解決過濾網(wǎng)塵積最經(jīng)濟環(huán)保的技術(shù)，此技術(shù)分為微顆粒凝聚技術(shù)和濾網(wǎng)自清潔技術(shù)。微顆粒凝聚技術(shù)是指利用光熱凝聚超細顆粒物的機理，有效凝聚PM2.5，將微顆粒凝聚成大的顆粒，有效提高濾除效率，有效降低能耗，并有效避免了普通靜電除塵技術(shù)帶來的臭氧污染問題。濾網(wǎng)自清潔技術(shù)，是設置定期自動清潔的濾網(wǎng)，濾網(wǎng)使用一段時間積塵后，利用該技術(shù)及時清除積塵，有效地避免了新鮮空氣通過積塵濾網(wǎng)后再次受到污染。另外，利用該技術(shù)還能大幅度延長濾網(wǎng)的使用壽命，降低后期維護頻率及使用成本，同時可有效地解決新風系統(tǒng)風量衰減所造成的能耗問題。

       施工前優(yōu)化

       通風系統(tǒng)中風機的機外靜壓等于系統(tǒng)管網(wǎng)的總壓力損失，包括沿程壓力損失及局部壓力損失?？倝毫p失越大，那么通風機消耗的功率就越大，建筑物的能耗指標就會增大，所以，施工前對通風系統(tǒng)管道進行優(yōu)化，即保證系統(tǒng)使用功能，又盡量降低系統(tǒng)總壓力損失。風量一定的情況下，通風系統(tǒng)的阻力越小則系統(tǒng)所需風壓越小，相應風機功率就越小，也就越節(jié)約能耗。故此，減小通風系統(tǒng)的阻力是我們施工前優(yōu)化的關(guān)鍵。風管沿程阻力與風管的長度成正比例關(guān)系，即風管長度越長，沿程阻力越大，基于此，施工前對管路優(yōu)化時在考慮氣流組織合理的情況下，盡可能減小風管的長度；風管沿程阻力和局部阻力均與風管內(nèi)空氣流速的平方成正比例關(guān)系，所以，降低風管內(nèi)空氣流速可以減小系統(tǒng)的阻力，雖然加大風管截面會使風速降低，但卻會帶來工程成本的增加，綜合考慮下，超低能耗住宅建筑通風系統(tǒng)室內(nèi)主風管內(nèi)風速宜為2～3m/s、支風管內(nèi)風速不宜大于2m/s；通風、空調(diào)風管系統(tǒng)中產(chǎn)生局部阻力的配件，主要包括空氣進口、彎管、變徑管、三（四）通管、風量調(diào)節(jié)閥和空氣出口等，所以為減小通風系統(tǒng)局部阻力，管路優(yōu)化時盡量減少上述部件的使用數(shù)量。超低能耗住宅建筑新風空調(diào)系統(tǒng)的新風（送風）管與排風（回風）管分別連接室內(nèi)及室外空間，在新風空調(diào)系統(tǒng)不運行情況下，依靠室內(nèi)外壓差作用，有時也會將室外冷（熱）空氣壓入室內(nèi)，增加室內(nèi)冷（熱）負荷；另外，如住宅套內(nèi)房間較多，一套新風空調(diào)系統(tǒng)工作時向套內(nèi)所有房間均送新風，則對套內(nèi)無人房間的空氣處理會產(chǎn)生能源的浪費?；谝陨峡紤]，我們課題組正在研究一種帶電動閥片的風口，根據(jù)新風空調(diào)設備的開關(guān)及所處房間需求控制此風口的開關(guān)狀態(tài)，更好的實現(xiàn)節(jié)能。

       施工過程中質(zhì)量控制

       超低能耗住宅項目新風空調(diào)系統(tǒng)管道保溫質(zhì)量對系統(tǒng)冷熱量損失也影響較大，為達到節(jié)能目的施工中加強對保溫質(zhì)量的控制也有重要意義。橡塑保溫施工時，保溫板的切割下料施工工序操作難度較大，橡塑本身柔軟，切割時的切口不容易平直，此缺陷會帶來保溫層外表面棱角不清，線條不直，觀感性差，甚至如果切口誤差大的話，會造成保溫層覆蓋不嚴、結(jié)露、冷熱量損失等情況發(fā)生。施工過程中要對切割效率和切割質(zhì)量密切關(guān)注。

       針對采用空氣源熱泵技術(shù)的新風空調(diào)系統(tǒng)在超低能耗住宅建筑應用中能源利用效率低的問題，本文通過對多種不同型式新風換熱裝置的分析對比得出在超低能耗住宅建筑中應用板式及轉(zhuǎn)輪式換熱器比其它型式換熱器具有明顯優(yōu)勢；

       關(guān)于能量回收形式方面是回收顯熱還是回收全熱應視項目所處氣候帶及具體情況綜合考慮；

       在嚴寒地區(qū)及寒冷地區(qū)選用帶噴氣增焓技術(shù)的空氣源熱泵比常規(guī)熱泵能夠顯著提高制熱效率；

       在超低能耗住宅建筑新風空調(diào)設計方面嚴格控制并盡量減小單位風量風機耗功率降低系統(tǒng)能耗；

       在施工優(yōu)化過程中，盡量減小新風空調(diào)系統(tǒng)阻力，降低系統(tǒng)能耗。另一方面，管道保溫施工中，嚴格控制施工質(zhì)量，減小系統(tǒng)能量損失。