住宅工程能源供應(yīng)系統(tǒng)的節(jié)能分析

建筑整體節(jié)能環(huán)保與室內(nèi)康舒環(huán)境理念是指針對不同的建筑物類型，整合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)為建筑物度身定制整體節(jié)能環(huán)保方案，以達(dá)成室內(nèi)環(huán)境健康舒適的目的，整體節(jié)能環(huán)保達(dá)成低能耗、低污染、低噪音，室內(nèi)環(huán)境設(shè)計達(dá)到恒溫、恒濕、恒氧。

建筑整體節(jié)能環(huán)保與室內(nèi)舒適系統(tǒng)的達(dá)成必須從以下兩個方面考慮，一是能源消耗系統(tǒng)的節(jié)能；二是能源供應(yīng)系統(tǒng)的節(jié)能，作為補(bǔ)充的是人們?nèi)粘９?jié)能行為的規(guī)范。對于能源供應(yīng)系統(tǒng)，可以分為冷熱源節(jié)能技術(shù)、地源熱泵空調(diào)技術(shù)、能源傳輸節(jié)能技術(shù)、能源傳輸與能源轉(zhuǎn)換變頻技術(shù)、能源轉(zhuǎn)換節(jié)能技術(shù)、毛細(xì)管頂棚輻射制冷+干式風(fēng)機(jī)盤管技術(shù)、地板輻射采暖技術(shù)。

本文主要從能源供應(yīng)系統(tǒng)的地源熱泵空調(diào)技術(shù)、地板輻射采暖技術(shù)、全熱回收的中央新風(fēng)系統(tǒng)三個方面對住宅能源供應(yīng)系統(tǒng)的節(jié)能進(jìn)行分析。

一、地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用

1、地源熱泵系統(tǒng)的工作原理：

地源熱泵是以地下土壤層為冷（熱）源對建筑物進(jìn)行供暖、供熱水和空調(diào)供應(yīng)的技術(shù)。眾所周知，地層之下一年四季均保持一個相對穩(wěn)定的溫度。在夏季，地下的溫度要比地面空氣溫度低，而在冬季卻比地面空氣溫度高。地源熱泵正是利用大地的這個特點(diǎn)，通過埋藏在地下的換熱器，與土壤或巖石交換熱量。地源熱泵全年運(yùn)行工況穩(wěn)定，不需要其它輔助熱源及冷卻設(shè)備即可實現(xiàn)冬季供熱、夏季供冷。所以，地源熱泵是一項高效節(jié)能型、環(huán)保型并能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)，它既不會污染地下水，又不會影響地面沉降。在冬天，管道內(nèi)的液體將地下的熱量抽出，然后通過系統(tǒng)導(dǎo)入建筑物內(nèi)，同時蓄存冷量，以備夏用；在夏天，熱量從建筑物內(nèi)抽出，通過系統(tǒng)排入地下，同時蓄存熱量，以備冬用。地源熱泵一年四季均能可靠的提供高品質(zhì)的冷暖空氣，為我們營造一個非常舒適的室內(nèi)環(huán)境。因此，地源熱泵系統(tǒng)非常適合作為住宅中央空調(diào)的冷（熱）源。地源熱泵系統(tǒng)采用地埋管系統(tǒng)作為熱泵主機(jī)的冷熱源對建筑物進(jìn)行制冷及供暖，同時提供衛(wèi)生熱水。

2、地源熱泵系統(tǒng)一年運(yùn)行節(jié)能原理分析：

在夏季，地源熱泵機(jī)組提取地面之下的恒溫冷源，經(jīng)過主機(jī)制成70C-120C的冷凍水供風(fēng)機(jī)盤管使用。也可制成180C～200C經(jīng)調(diào)溫后通過毛細(xì)管頂棚輻射系統(tǒng)進(jìn)行房間的制冷。由于其較高的COP，可以達(dá)到5～6，因此，熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)空調(diào)運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的，它將比其它形式運(yùn)行提供制冷運(yùn)行的成本下降50%以上。地源熱泵機(jī)組在夏季制冷時，通過熱回收裝置可免費(fèi)提供衛(wèi)生熱水，衛(wèi)生熱水溫度可達(dá)到550C。

在冬季，地源熱泵機(jī)組提取地面之下的恒溫?zé)嵩矗?jīng)過主機(jī)制成450C的熱水，通過地板輻射系統(tǒng)或制成340C的熱水通過毛細(xì)管天棚或地板輻射采暖系統(tǒng)進(jìn)行房間的供暖，由于其COP可以達(dá)到4～5，它將比其它形式運(yùn)行提供制熱運(yùn)行的成本下降50%以上。同時，采用機(jī)組提供熱水比鍋爐提供熱水的運(yùn)行成本下降60%以上。

在春秋季節(jié)，可以利用地源機(jī)組制取衛(wèi)生熱水，其熱源可以來自與地下土壤，也可以來自與室內(nèi)的空氣(同時可以對室內(nèi)空氣進(jìn)行除濕)。采用機(jī)組提供熱水比鍋爐提供熱水的運(yùn)行成本下降60%以上。

2.1 舉例說明（以實際應(yīng)用某排屋工程為例）：

建筑類型 空調(diào)溫度及相對濕度 室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)db夏季 相對濕度 冬季 相對濕度住宅 24～27℃ 45%-65% 18～22℃ 40%-50% 小于40

2.2 空調(diào)冷、熱負(fù)荷的計算：

總熱負(fù)荷(KW)地下室客廳 26 120 3.12 90 2.34保姆房 5 120 0.60 90 0.45一層餐廳+門廳 33 150 4.95 90 2.97客廳 37.5 150 5.63 90 3.38二層客臥 14.2 120 1.70 90 1.28主臥 17.1 120 2.05 90 1.54三層書房 14.3 150 2.15 90 1.29主臥 18.5 150 2.78 90 1.67主衛(wèi) 10 120 1.20 90 0.90 175.6 24.17 15.80建筑 空調(diào)面積(m2)單位面積冷負(fù)荷(W/m2)總冷負(fù)荷(KW)單位面積熱負(fù)荷(W/m2)

2.3 生活熱水熱負(fù)荷的計算：

本設(shè)計為用戶每天提供50℃的生活熱水300L，自來水初始溫度為10℃，則每天需要加熱負(fù)荷為：

加熱3小時，所需加熱功率為4.65KW。

根據(jù)以上的冷、熱負(fù)荷計算可知：空調(diào)設(shè)計冷負(fù)荷為24.17KW，熱負(fù)荷為20.45KW（其中采暖負(fù)荷15.8KW，生活熱水加熱負(fù)荷4.65KW）。夏季，生活熱水由熱回收裝置制取，從而節(jié)約了能源。

3、系統(tǒng)控制方式：

地源熱泵空調(diào)主機(jī)控制采用溫控開關(guān)聯(lián)動控制：通過熱泵系統(tǒng)和室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的啟?？刂茩C(jī)組及水泵的啟停。即室內(nèi)只要有一臺末端開啟，主機(jī)自動開啟；室內(nèi)末端全部關(guān)閉，主機(jī)以及水泵關(guān)閉；室內(nèi)溫度控制，通過溫控開關(guān)控制熱泵機(jī)組和每房間空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水量，控制室內(nèi)溫度在設(shè)定范圍。室內(nèi)溫度采用液晶顯示，恒溫控制；機(jī)組節(jié)能控制：地源熱泵機(jī)組可根據(jù)回水溫度控制熱泵主機(jī)的選擇性開閉，達(dá)到節(jié)能目的。

二、地板采暖系統(tǒng)的應(yīng)用

1、低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)原理：

冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高對建筑供暖，同時還可提供衛(wèi)生熱水，采用低溫?zé)崴匕遢椛涔┡?，是一種先進(jìn)的供暖方式，其工作原理是往鋪設(shè)在地板下的采暖管環(huán)路通入循環(huán)熱水，從而加熱地板，熱量通過大面積的地面主要以輻射的傳熱方 式向地板以上的空間溫和而均勻散發(fā)，使人體感受到熱輻射和空氣溫度的雙重?zé)嶙饔?，是一種健康舒適、節(jié)能環(huán)保的理想供暖方式，現(xiàn)已在世界許多國家和地區(qū)得到了廣泛 的應(yīng)用。近幾年來，節(jié)能和分戶計量已成為我國建筑節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和方向。

其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：

在建筑地面結(jié)構(gòu)層上，首先鋪設(shè)高效保溫材料，接著采用雙向循環(huán)方式按一定間距將盤管固定在保溫材料上，然后回填豆石混凝土，最后在找平層上做地面層。為防止混凝土受熱后龜裂，除在混凝土中加入適量添加劑外，還須在結(jié)構(gòu)層中設(shè)置膨脹縫。

2、低溫?zé)崴匕遢椛洳膳瘻囟瓤刂葡到y(tǒng)（集分水器及控制元件）配置：

一般情況，地板采暖供水溫度為 45℃，回水溫度40℃。地板采暖系統(tǒng)的分水器集水器各回路中有內(nèi)置調(diào)節(jié)閥，安裝熱電驅(qū)動器后，可實現(xiàn)自動控制。室內(nèi)溫控器根據(jù)其室內(nèi)溫度控制器檢測出的室溫波動量值，自動地開啟/關(guān)閉熱電閥，亦即接通/關(guān)閉水路，使熱水向室內(nèi)提供的熱量自動地穩(wěn)定在所需的相應(yīng)室溫上。亦即能夠?qū)κ覝剡M(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)根據(jù)需要配置自動排氣閥，它能自動排放管路的氣體，保持管路暢通；配置排水閥，便于調(diào)試及維護(hù)檢修。

集分水器是地板采暖系統(tǒng)中必不可少的部件，集分水器在每個支路上配備了流量調(diào)節(jié)裝置，使各支路流量可分別調(diào)節(jié)，進(jìn)而便捷的實現(xiàn)了各房間溫度的單獨(dú)調(diào)節(jié)，也使得不同長度支路的平衡變得簡單易行。

3、隔熱板材：

絕熱板板材宜采用聚苯乙烯泡沫塑料，其物理性能應(yīng)符合下列要求：

項目 單位 性能指標(biāo)表觀密度 Kg/m3 ≥20.0壓縮強(qiáng)度（即在 10%形變下的壓縮應(yīng)力） kPa ≥100導(dǎo)熱系數(shù) W/m.k ≤0.041吸水率（體積分?jǐn)?shù)） %(v/v) ≤4尺寸穩(wěn)定性 % ≤3

水蒸氣透過系數(shù) Ng/(Pa.m.s) ≤4.5溶結(jié)性（彎曲變形） mm ≥20氧指數(shù) % ≥30燃燒分級 達(dá)到 B2

三、回收的新風(fēng)系統(tǒng)

全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)是平衡式通風(fēng)設(shè)計與高效能量回收技術(shù)的完美結(jié)合，雙離心風(fēng)機(jī)室外引入新鮮空氣，過濾后經(jīng)送風(fēng)管道系統(tǒng)輸送至各區(qū)域，同時將從室內(nèi)渾濁氣流排出，在不開窗的情況下完成室內(nèi)空氣置換，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，室外引入的新風(fēng)氣流和室內(nèi)排出的混濁氣流在系統(tǒng)內(nèi)的熱交換核心處，進(jìn)行能量交換，回收能量，降低了從室外引入新鮮空氣對室內(nèi)舒適度空調(diào)負(fù)荷的影響，從而實現(xiàn)70%以上能量回收。全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)還可對濕度進(jìn)行精確的控制，以確保室內(nèi)舒適度

熱回收節(jié)能原理如下圖：

具體來講，當(dāng)室內(nèi)空調(diào)回風(fēng)和室外新風(fēng)分別成正交叉方式經(jīng)熱交換器時，由于平隔板兩側(cè)氣流存在著溫度差和水蒸汽分壓力差，兩股氣流間同時產(chǎn)生熱傳質(zhì)，引起全熱交換過程。當(dāng)安裝在系統(tǒng)上的全熱交換器在夏季運(yùn)行時，新風(fēng)從空調(diào)回風(fēng)中獲得冷量，使溫度降低；同時被回風(fēng)干燥，是新風(fēng)從空調(diào)回風(fēng)中獲得熱能，使溫度升高，同時被回風(fēng)加濕。就是通過這樣的全熱交換過程，讓新風(fēng)從空調(diào)回風(fēng)中回收了能量。

綜上所述，帶熱回收功能的新風(fēng)系統(tǒng)，能夠在送入的空氣和排出的空氣之間進(jìn)行熱量交換，從而降低建筑物內(nèi)的熱/冷負(fù)荷量，達(dá)到節(jié)省能源的目的。

四、系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用分析

某排屋工程為例，夏季使用地源熱泵制冷，冬季采用地源熱泵實現(xiàn)地板采暖：

1、這里設(shè)定：平均電價為：0.45元/度（晚間低谷電22∶00-8∶00），夏季運(yùn)行90天，冬季運(yùn)行90天，每天開機(jī)10小時。室內(nèi)空調(diào)房間同時運(yùn)行系數(shù)70%；機(jī)組開啟率夏季為60%，冬季為50%。

序號 夏季 冬季1運(yùn)行天數(shù)（D） 90 90 2運(yùn)行時間（h） 24 24 3 總輸入功率（KW） 6.3 8.44 3.1 地源熱泵（KW） 5.3 7.7 3.2 水泵（KW） 0.74 0.74 3.3 室內(nèi)末端設(shè)備（KW） 0.26 -4 房間同時運(yùn)行系數(shù) 0.7 0.7 5機(jī)組開啟率 0.6 0.5 6電價（元/KW.h） 0.55 0.55 7運(yùn)行費(fèi)用（元） 31343 3509

注：應(yīng)用地源熱泵機(jī)組，夏季免費(fèi)提供熱水。

全年空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用為6652元（其中，夏季運(yùn)行費(fèi)用為3143元，冬季運(yùn)行費(fèi)用為3509元）。

2、生活熱水使用各種燃料的運(yùn)行費(fèi)用：

每天提供55℃的熱水300L需消耗能量平均為50250KJ，使用各種燃料的運(yùn)行費(fèi)用為：

結(jié)束語

建筑物的整體節(jié)能環(huán)保與創(chuàng)造室內(nèi)舒適環(huán)境在某種程度上說是相互矛盾的。創(chuàng)造室內(nèi)舒適環(huán)境是人們對于生活品質(zhì)的需求，在不犧牲室內(nèi)環(huán)境舒適性的前提下節(jié)約建筑能耗是極具挑戰(zhàn)性的。但是將地源熱泵空調(diào)技術(shù)、地板輻射采暖技術(shù)、全熱回收的中央新風(fēng)系統(tǒng)三個系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用于住宅，從能源供應(yīng)的角度實現(xiàn)了住宅的節(jié)能，采用地源熱泵空調(diào)技術(shù)和地板輻射采暖形結(jié)合的空氣調(diào)節(jié)方式，以及全熱回收的中央新風(fēng)系統(tǒng)，在不犧牲室內(nèi)環(huán)境舒適性的前提下達(dá)到節(jié)能的目的，使用可再生能源技術(shù)及環(huán)保產(chǎn)品以達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適的目標(biāo)，是住宅建筑節(jié)約能源的基本途徑和發(fā)展目標(biāo)之一。