引領(lǐng)低碳時(shí)代——“低供能系統(tǒng)”集成技術(shù)與工程應(yīng)用取得顯著成效

本刊記者 趙利平

引領(lǐng)低碳時(shí)代
——“低供能系統(tǒng)”集成技術(shù)與工程應(yīng)用取得顯著成效

本刊記者 趙利平

舉世矚目的哥本哈根會議之后，“低碳”概念鋪天蓋地而來，如何切實(shí)減少能耗和污染，為可持續(xù)發(fā)展做貢獻(xiàn)，已經(jīng)成為各行各業(yè)追求的目標(biāo)。然而，縱觀早已成型的綠色建筑領(lǐng)域，深耕細(xì)作者卻屈指可數(shù)。

作為低碳建筑長期以來的倡導(dǎo)者，中國建筑科學(xué)研究院與朗詩集團(tuán)股份有限公司毫無疑問成了綠色低碳建筑的領(lǐng)跑者，其合作的“低供能系統(tǒng)”集成技術(shù)與工程應(yīng)用取得顯著成效，他們共同完成的150萬平方米的低能耗、高舒適住宅，規(guī)模之大，設(shè)計(jì)、施工難度之復(fù)雜均屬國內(nèi)首創(chuàng)。

時(shí)代呼喚“低碳”

目前，我國建筑節(jié)能技術(shù)與需求差距很大，達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的技術(shù)體系尚不完善。若用國際水準(zhǔn)衡量，問題表現(xiàn)更為突出：多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)比較低級，系統(tǒng)配套差，產(chǎn)業(yè)化程度也不高；可再生能源建筑應(yīng)用缺乏具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)；高效、低能耗、高可靠性的高效供能技術(shù)的系統(tǒng)集成化不高如果大幅度提高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)有技術(shù)恐怕大都難以支撐。

就整個綠色建筑領(lǐng)域而言，盡管國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了較為成功的案例，然而建筑節(jié)能集成技術(shù)在示范工程中的應(yīng)用還遠(yuǎn)未在我國大規(guī)模展開，尤其是居住建筑更是一片空白。

事實(shí)上，如果把建筑節(jié)能系統(tǒng)集成技術(shù)應(yīng)用到示范工程中，一方面可以實(shí)際檢驗(yàn)技術(shù)的可靠性，進(jìn)而解決建筑設(shè)計(jì)、技術(shù)、產(chǎn)品與應(yīng)用的協(xié)調(diào)問題、技術(shù)集成等難題，完善相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品，制、修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；另一方面，可以通過項(xiàng)目成果推廣的示范，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為下一步在全國大面積推廣應(yīng)用提供典型模式，從而引導(dǎo)城鎮(zhèn)建筑可持續(xù)發(fā)展。

時(shí)代呼喚“低碳”。中國建筑科學(xué)研究院與朗詩集團(tuán)股份有限公司適時(shí)地抓住時(shí)機(jī)，大膽出手，在居住建筑領(lǐng)域書寫了一段頗受矚目的傳奇。

創(chuàng)新才是硬道理

如何才能實(shí)現(xiàn)真正的“低碳”？這是每個項(xiàng)目組成員都在思考的問題。當(dāng)然，答案只有一個——創(chuàng)新。

本著創(chuàng)新精神，項(xiàng)目組開始了大膽地嘗試與實(shí)踐，以理論研究、數(shù)學(xué)模型分析、實(shí)驗(yàn)室研究、現(xiàn)場測試研究、仿真模擬、樣板房建設(shè)以及大型示范工程建設(shè)等相結(jié)合的技術(shù)手段為研究路線，全面集成了室外取放熱系統(tǒng)、能量提升系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)、新風(fēng)處理系統(tǒng)、輻射頂棚系統(tǒng)、排風(fēng)能量回收系統(tǒng)六個子系統(tǒng)，著重于研究和解決“低供能系統(tǒng)”中各個子系統(tǒng)之間的優(yōu)化、匹配、集成等技術(shù)難點(diǎn)，著力于通過工程應(yīng)用進(jìn)一步完善節(jié)能建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)品、裝置與示范工程的協(xié)調(diào)、優(yōu)化等系列難題，著眼于發(fā)展一套系統(tǒng)的、全面的建筑HVAC高效供能系統(tǒng)技術(shù)集成體系，取得了諸多突破性成果。

系統(tǒng)的構(gòu)建與提出

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系節(jié)能設(shè)計(jì)

被動節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)

通過與建筑專業(yè)協(xié)商、配合，主動合理地利用了居住本身的體形、朝向、材料、構(gòu)造、空間組織等設(shè)計(jì)因素來適應(yīng)該地區(qū)氣候特點(diǎn)，被動地降低了建筑對HVAC供能系統(tǒng)的依賴。因此，在少增加或不增加造價(jià)的基礎(chǔ)上在很大程度上可被動實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這種直接向大自然求答案的方式，可以起到四兩撥千斤的效果，比起后續(xù)采用先進(jìn)的HVAC設(shè)備，充分利用新技術(shù)、新材料等主動式設(shè)計(jì)方法來解決生態(tài)問題、能耗問題會更適合我國國情。比如：項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中提出了按朝向分別考慮設(shè)計(jì)遮陽形式的想法，有效地解決了夏季建筑防曬的問題；倒置式屋面保溫體系與綠色種植屋面的成功應(yīng)用有效地改善了頂部房間室內(nèi)熱環(huán)境效果。

地埋換熱器施工照片及地源熱泵機(jī)房照片

四大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

輻射頂棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要用于承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，冬季供回水溫度為28-26℃的低溫?zé)崴?，保持室?nèi)溫度在20-22℃，夏季供回水溫度為18-20℃的高溫冷水，保持室內(nèi)溫度在24-26℃，整個供能季室內(nèi)溫度場非常均勻。由于該系統(tǒng)具有系統(tǒng)慣性大、啟動時(shí)間長、動態(tài)響應(yīng)慢的特點(diǎn)，控溫和調(diào)節(jié)需要較長時(shí)間，故大大減少了機(jī)器和水泵的運(yùn)行時(shí)間。此外，交換終端不采用風(fēng)機(jī)盤管，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，沒有噪音，也沒有風(fēng)吹，舒適度非常高。

24h持續(xù)置換全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為營造高舒適的室內(nèi)環(huán)境，采用了置換新風(fēng)系統(tǒng)，夏季新風(fēng)主要承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷及很小部分的顯熱負(fù)荷。新風(fēng)冬夏均以比室溫低的溫度從墻角地面以小于0.3m/s的風(fēng)速送入室內(nèi)，在地面蔓延形成新風(fēng)湖，遇到人體等室內(nèi)發(fā)熱體加熱后自然上升包裹人體，使人體始終吸入的是新鮮空氣，而人體呼出的廢氣亦隨上升氣流帶走，從衛(wèi)生間、廚房等頂部的排風(fēng)口排出室外。置換新風(fēng)系統(tǒng)讓人始終處在健康的新風(fēng)環(huán)境中。

排風(fēng)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)置換新風(fēng)系統(tǒng)主要用于以下兩個方面：去除室內(nèi)的CO2和水蒸氣。送風(fēng)量需滿足居住人的呼吸衛(wèi)生要求和防止頂板結(jié)露需要。新風(fēng)量不宜過大，以降低新風(fēng)處理的能源消耗。經(jīng)過對該建筑物全年的動態(tài)能耗分析發(fā)現(xiàn)：因?yàn)橥鈬o(hù)保溫的加強(qiáng)，建筑傳熱能耗大大地降低，而新風(fēng)的處理能耗占建筑物總能耗的60－70%。因此，如何減少新風(fēng)能耗是十分重要的。本工程采用了排風(fēng)能量回收裝置。能量回收率可達(dá)70%以上，運(yùn)行測試結(jié)果表明：能量回收裝置起到了很好的節(jié)能效果。

生活熱水免費(fèi)制取系統(tǒng)一個良好的節(jié)能系統(tǒng)僅僅利用冷量或熱量是不夠的，應(yīng)講究冷、熱兼用。生活熱水系統(tǒng)的設(shè)置在夏季實(shí)際上是冷凝熱回收的一種有效手段，也是減少能量損失，平衡地下熱場的有效途徑。熱水加熱系統(tǒng)中因?yàn)闊岜脵C(jī)組造價(jià)和空調(diào)負(fù)荷與熱水加熱負(fù)荷時(shí)間上的不統(tǒng)一，設(shè)計(jì)中在系統(tǒng)中加裝了蓄熱裝置，以提高系統(tǒng)的可靠性和初投資的經(jīng)濟(jì)性。

三項(xiàng)成功實(shí)踐

大型淺層地?zé)崮艿某晒?yīng)用

項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人袁東立教授介紹，地源熱泵技術(shù)雖然較為成熟，但在大型項(xiàng)目中應(yīng)用需解決以下三大難題：1)工程造價(jià)；2)地下土壤熱堆積效應(yīng)；3)水力平衡。首先，經(jīng)過詳細(xì)分析計(jì)算后，本項(xiàng)目采用了混凝土樁基埋管＋垂直埋管的聯(lián)合換熱形式,合理地降低了工程造價(jià)。其次，通過深入研究地溫供冷、熱空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于示范工程的適應(yīng)性以及地下能量堆積效應(yīng)和地溫變化特性，成功地提出了平衡補(bǔ)償源頭能量的混合式熱泵系統(tǒng)和冷凝熱回收制備生活熱水系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于工程實(shí)際，實(shí)現(xiàn)對示范工程的源頭能量補(bǔ)償技術(shù)及方法的綜合評價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，因本項(xiàng)目地下?lián)Q熱器環(huán)路數(shù)量多，如何保證各環(huán)路間的水力平衡是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是降低地埋管循環(huán)泵功耗的重要途徑。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，最終采用兩級分集水器，二級分集水器置于各棟樓專設(shè)的窗井內(nèi)，一級分集水器置于地源熱泵機(jī)房內(nèi)。而且，本項(xiàng)目組除了對每個孔進(jìn)行水力計(jì)算外，在埋管形式上做了一些調(diào)整，如：將阻力較小、離分集水器較近的孔采用W型，較遠(yuǎn)的采用單U型來實(shí)現(xiàn)自平衡，并對其根據(jù)阻力大小進(jìn)行分組，效果甚好。

優(yōu)化、匹配、集成、協(xié)調(diào)難題的成功解決

150萬平米大型示范工程的成功實(shí)踐和應(yīng)用

用事實(shí)說話

節(jié)能效益顯著、舒適效果明顯本項(xiàng)目研究背景明確，實(shí)用性強(qiáng)，創(chuàng)新性突出，效益顯著。其中，“南京朗詩·國際街區(qū)B1、B2地塊項(xiàng)目”已經(jīng)成功交付近四年，整個系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能監(jiān)測系統(tǒng)顯示，在最冷月1月及最熱月7月，單位面積運(yùn)行費(fèi)約3.0元/m2，全年運(yùn)行費(fèi)用（涵蓋夏季制冷、冬季供熱、全年生活熱水）共計(jì)24.78元/m2，如不含生活熱水系統(tǒng)，HVAC全年運(yùn)行費(fèi)用（涵蓋夏季制冷、冬季供熱）僅為18.56元/m2，與常規(guī)空調(diào)相比，單位面積耗電量和運(yùn)行費(fèi)用均可節(jié)省60%以上，節(jié)能效果非常顯著，室內(nèi)舒適性效果明顯。

科技成果評估、鑒定2007年5月16日，建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心在北京主持召開了《“低供能系統(tǒng)”集成技術(shù)研究與工程應(yīng)用》科技成果評估會。評估委員會聽取了課題組的研究工作報(bào)告，審查了相關(guān)文件，并向課題組進(jìn)行了質(zhì)詢，經(jīng)過認(rèn)真討論，評估委員會一致認(rèn)為：該項(xiàng)研究工作在工程應(yīng)用中引入了“低供能系統(tǒng)”的新型理念，在關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)集成和系統(tǒng)管理方面均取得了重大創(chuàng)新，技術(shù)難度和工程復(fù)雜程度較大，總體技術(shù)水平、主要性能參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，具有積極的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。

國家級質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心權(quán)威測試2007年7月27日，示范工程在連續(xù)運(yùn)行了一個夏季和一個冬季后，經(jīng)國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心權(quán)威測試，天棚熱泵機(jī)組平均COP＝5.17，新風(fēng)熱泵機(jī)組平均COP＝4.76，系統(tǒng)整體能效為3.07，典型房間的客廳和書房的舒適度PMV－PPD評價(jià)指標(biāo)均在舒適范圍之內(nèi)，臥室舒適度PMV－PPD評價(jià)指標(biāo)為稍涼快。為了解“低供能系統(tǒng)”在連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)年后的具體使用效果，2010年1月，經(jīng)國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心再次復(fù)測，天棚熱泵機(jī)組平均COP＝5.24，新風(fēng)熱泵機(jī)組平均COP＝4.52，系統(tǒng)整體能效為3.17，繼續(xù)保持在高效運(yùn)行范圍之內(nèi)，節(jié)能效果持續(xù)明顯。

住戶的實(shí)際調(diào)查與反映通過對朗詩國際街區(qū)住戶的實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，將近有100%的用戶在使用過程中得到了如下結(jié)論：節(jié)能性較好，優(yōu)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，符合國家相關(guān)節(jié)能環(huán)保政策；舒適性較好，恒溫、恒濕、恒氧，感覺舒服；使用費(fèi)用較低，樂于接受。此外，從住戶的資料分析來看，有73%的購房者選擇朗詩國際街區(qū)的原因是它的“居住舒適度”，而其它的原因就很分散了。因此可以得到很明確的結(jié)論，技術(shù)含量對住房的銷售起到了十分積極的推動作用。

長期合作團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)與練就本項(xiàng)目實(shí)施過程中，集合了科研、設(shè)計(jì)、施工、材料供應(yīng)、檢測、調(diào)試等多個團(tuán)隊(duì)，進(jìn)而保證了“低供能系統(tǒng)”的成功應(yīng)用和示范工程的實(shí)際質(zhì)量，最終建立起了一支長期合作伙伴關(guān)系的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來完成后續(xù)的示范工程項(xiàng)目建設(shè)。

隨時(shí)施工、隨時(shí)檢測“低供能系統(tǒng)”在工程應(yīng)用中，做到了隨時(shí)施工，隨時(shí)檢測實(shí)際效果。基本上做到了每施工完一個子系統(tǒng)或一個環(huán)節(jié)便進(jìn)行相關(guān)效果的測試和確認(rèn)，尤其對相關(guān)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)，真正意義上保證了示范工程的實(shí)際效果。

系統(tǒng)集成技術(shù)的升級應(yīng)用在示范工程的建設(shè)規(guī)劃中，充分兼顧了節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保等諸多因素。在工程的建設(shè)中通過成熟的、規(guī)范化的成套技術(shù)，來提高工程質(zhì)量，縮短建設(shè)周期，提高住宅的舒適性、適用性、耐久性，從而達(dá)到提高住宅居住功能的目的。同時(shí)，對后續(xù)的建設(shè)方案也在不斷地完善，從多個機(jī)房的設(shè)計(jì)方案到目前采用的集中式供能等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了攻關(guān)。本項(xiàng)目提出的“低供能系統(tǒng)”在示范工程中的每一次應(yīng)用，都使建設(shè)費(fèi)用下降，節(jié)能效果增加。

示范效應(yīng)的擴(kuò)展與延續(xù)截至目前，已完成12項(xiàng)近150萬平方米的大型示范工程設(shè)計(jì)和建設(shè)工作，所有工程進(jìn)展情況一切良好。其中“南京朗詩·國際街區(qū)B1、B2、B3地塊項(xiàng)目”、“無錫朗詩·國際公園B1地塊項(xiàng)目”以及“蘇州朗詩·國際街區(qū)地塊項(xiàng)目”運(yùn)行正常；“無錫朗詩·國際公園B2地塊項(xiàng)目”、“杭州朗詩·國際街區(qū)地塊項(xiàng)目”以及“常州朗詩·國際街區(qū)地塊項(xiàng)目”施工完畢，系統(tǒng)正在調(diào)試運(yùn)行中；“蘇州朗詩·嘉業(yè)地塊項(xiàng)目”、“上海朗詩·長寧地塊項(xiàng)目”、“上海朗詩·綠島地塊項(xiàng)目”，“上海朗詩·南翔地塊項(xiàng)目”以及“南京朗詩·板橋地塊項(xiàng)目”正在按照節(jié)能設(shè)計(jì)圖紙施工過程中?！暗凸┠芟到y(tǒng)”集成技術(shù)體系研究成果成功應(yīng)用，將提高我國建筑節(jié)能決策的科學(xué)化水平，將代表和引領(lǐng)節(jié)能型、舒適的居住小區(qū)的建設(shè)方向。

社會效益顯著，產(chǎn)業(yè)化前景巨大“低供能系統(tǒng)”集成技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅大幅度的提升了居住小區(qū)自身的品質(zhì)，為入住的業(yè)主帶來了舒適的居住環(huán)境和恒溫、恒濕、恒氧的感受。其次，因整個項(xiàng)目集成采用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，環(huán)保效果顯著，通過本項(xiàng)目的實(shí)施，節(jié)約了大量的煤炭能源和電力消耗量，大大降低二氧化碳、二氧化硫、粉塵、氮氧化物和有害氣體的排放，減少了空氣污染，減少了溫室效應(yīng)。因此，綜合來看，項(xiàng)目的收益者囊括了入住的業(yè)主、開發(fā)商乃至整個社會，這樣的項(xiàng)目也將代表和引領(lǐng)節(jié)能型、舒適的居住小區(qū)的建設(shè)方向。該項(xiàng)成果如在全國各地推廣應(yīng)用，可以大大緩解我國城市發(fā)展對能源供應(yīng)的巨大壓力，緩解國際上要求的各項(xiàng)污染物減排對我國經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的壓力，具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)業(yè)化前景。只要認(rèn)真規(guī)劃設(shè)計(jì)好系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)、優(yōu)化匹配好各個子系統(tǒng)、協(xié)調(diào)處理好系統(tǒng)集成技術(shù)中的難點(diǎn)問題，對于大范圍、大面積開展該系統(tǒng)的工程應(yīng)用是指日可待的。至此，我們不難看出，作為一種新型的系統(tǒng)形式和設(shè)計(jì)理念，“低供能系統(tǒng)”從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，大大減少了對常規(guī)能源的依賴，是在保證室內(nèi)環(huán)境健康、舒適基礎(chǔ)上的一種真正意義上的節(jié)能系統(tǒng)，將為全面優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源、提高能源利用效率，促進(jìn)和扶持我國可再生能源利用的產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人、建筑與自然環(huán)境的和諧共生及城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。我們期待，“低供能系統(tǒng)”能夠遍地開花！科

項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人：

袁東立 1954年生，教授級高級工程師，中國建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院節(jié)能技術(shù)推廣室主任，國際地源熱泵協(xié)會會員，中國建筑學(xué)會會員，中國制冷學(xué)會會員。長期從事建筑節(jié)能與新能源利用的研究推廣工作，在熱泵及蓄能技術(shù)、高效供能系統(tǒng)集成應(yīng)用、能源規(guī)劃等方面，取得了一定創(chuàng)新性研究成果。