綠色科技住宅建筑中的節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用

莊 鑫 張 曦 施曉帆 盧琛昊

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

當(dāng)下全球能源短缺、社會(huì)環(huán)境嚴(yán)重污染的大背景，促進(jìn)了綠色環(huán)保、科技創(chuàng)新的社會(huì)大趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，除供暖外的住宅能耗占民用建筑總能耗的 18%～20%[1]，住宅節(jié)能措施的利用可以有效減少能源消耗。

南京海玥名都住宅項(xiàng)目是高端集成綠色科技住宅項(xiàng)目，其項(xiàng)目特色主要體現(xiàn)于機(jī)電設(shè)備的集中設(shè)置、集中運(yùn)維、信息化管理。小區(qū)集中應(yīng)用了一套地源熱泵集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，集中供應(yīng)分戶計(jì)量，并利用雨水回用及其他節(jié)能、節(jié)水措施，達(dá)到了綠色、健康的高質(zhì)量居住標(biāo)準(zhǔn)。上述系統(tǒng)與信息化系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)相結(jié)合，可更有效地評(píng)估各項(xiàng)節(jié)水、節(jié)能技術(shù)的使用效果，契合了當(dāng)下注重效率的高質(zhì)量生活標(biāo)準(zhǔn)。

1 項(xiàng)目概況

海玥名都項(xiàng)目地處江蘇省南京市建鄴區(qū)，總建筑面積為278 684 m2，住宅面積為204 864 m2，住宅總數(shù)為1 158戶。項(xiàng)目意在打造科技、綠色的現(xiàn)代化高端住宅建筑。項(xiàng)目主要為15棟16～29層的高層住宅，建筑高度為60～100 m（圖1）。

圖1 海玥名都項(xiàng)目實(shí)景

工程設(shè)計(jì)用水量：最高日用水量為1 726.8 m3，其中住宅部分最高日用水量為932.2.5 m3，最大時(shí)用水量為97.1 m3。

2 節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

2.1 熱水系統(tǒng)選擇——地源熱泵技術(shù)

現(xiàn)有的高層住宅項(xiàng)目中仍以分戶式局部加熱供水為主，集中熱水系統(tǒng)在高層住宅項(xiàng)目中得不到大規(guī)模的應(yīng)用和認(rèn)可，主要有以下幾方面原因：

1）住宅用戶熱水使用時(shí)間較集中，用水點(diǎn)較分散，導(dǎo)致熱損失較大，系統(tǒng)效率得不到較大提升。

2）集中管理要求較高，與傳統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單的物業(yè)模式不適應(yīng)。

3）初期投資成本高，用戶使用成本較高。在經(jīng)濟(jì)水平較低的情況下，用戶的接受度較低。

隨著經(jīng)濟(jì)條件的提升、信息化的發(fā)展，人們逐漸放棄一次投資較低、維護(hù)成本較高的分戶式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向選擇初期投資較高、免維護(hù)的集中信息化管理模式。

海玥名都項(xiàng)目選用地源熱泵集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，與暖通專業(yè)空調(diào)、采暖共用熱源，提升了系統(tǒng)整體效率。比起分戶式局部加熱方式，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）便捷免維護(hù)，戶內(nèi)無需設(shè)置加熱及儲(chǔ)熱設(shè)備。

2）集中產(chǎn)水，儲(chǔ)存量大，因而出水溫度均衡。

3）解除了末端電加熱、燃?xì)饧訜岬仍O(shè)備使用過程中的安全隱患。

海玥名都項(xiàng)目集中換熱系統(tǒng)設(shè)置于地下室熱泵機(jī)房，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置，使機(jī)房排布更加集中，不僅增加了地下室的剩余空間，而且更有利于機(jī)房的維護(hù)管理。

2.2 系統(tǒng)設(shè)置

設(shè)計(jì)用水量：小區(qū)熱水日用水量285 m3，平均時(shí)用水量11.8 m3，最大時(shí)用水量27.1 m3。住宅熱水最大時(shí)用水量的能耗為6 548 649 kJ。

以29層住宅系統(tǒng)為例，系統(tǒng)分區(qū)與冷水分區(qū)同樣分為5個(gè)區(qū)，4層及以下為低區(qū)市政直供，其余4區(qū)采用變頻供水。系統(tǒng)采用干立管循環(huán)，各區(qū)供回水管道同程布置。

為減少系統(tǒng)熱損失，項(xiàng)目采用較為嚴(yán)格的保溫措施，以減少熱損失：

1）熱水干管具體做法為：厚30 mm橡塑發(fā)泡管殼、膠粘接殼縫，外用鋁箔作保護(hù)層。

2）熱水支管外套覆塑管殼或厚20 mm橡塑發(fā)泡管殼。3）戶內(nèi)熱水管采用電伴熱進(jìn)行輔助加熱保溫。

2.3 能耗實(shí)測(cè)

本項(xiàng)目由智慧運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)熱水系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行全過程實(shí)時(shí)記錄。該小區(qū)實(shí)際開盤時(shí)間為2018年6月，熱泵系統(tǒng)自2018年9月開始逐漸正常運(yùn)行。為了取得比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，我們從2019年1月份開始統(tǒng)計(jì)。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可見，每噸熱水耗電量從2019年1月份約80 kW·h下降至2019年9月份的25.61 kW·h，數(shù)據(jù)基本處于穩(wěn)定下降狀態(tài)。

表1 2019年1—9月熱泵系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)

2.4 數(shù)據(jù)分析及對(duì)比

2.4.1 與分戶式容積式電熱水器及家用燃?xì)鉄崴鲗?duì)比

由表2的對(duì)比數(shù)據(jù)可知，按照2019年9月份每噸熱水耗電量數(shù)據(jù)，海玥名都項(xiàng)目集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱水成本（13.72 元/t）低于分戶安裝熱水設(shè)備的燃?xì)鉄崴鳠崴杀荆?6.82 元/t），節(jié)約20%左右，如根據(jù)分時(shí)電量統(tǒng)計(jì)，該成本更低?？梢?，其節(jié)能效果是比較明顯的。

表2 2019年9月各類型加熱方式的能耗對(duì)比

2.4.2 與空氣源熱泵、太陽能集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)對(duì)比

地源熱泵系統(tǒng)比起太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)，省去了集熱板的安裝，建筑立面美觀性更好。根據(jù)南京及其他地區(qū)高層住宅的太陽能集中熱水系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)例，夏季太陽能保證率可以達(dá)到0.5，而在冬季，太陽能系統(tǒng)保證率只有0.1左右[2]，且需要配合其他輔助系統(tǒng)使用，增加了造價(jià)成本，同時(shí)不利于集中管理。

空氣源熱水供應(yīng)系統(tǒng)空氣換熱的振動(dòng)較大，影響居住環(huán)境，且需要安裝在空氣流動(dòng)較好的區(qū)域，影響建筑平立面效果。同時(shí)，其冬季除霜問題也是系統(tǒng)較難解決的一大弊病。另外，空氣源換熱器由于長(zhǎng)期暴露于室外復(fù)雜環(huán)境，故故障率遠(yuǎn)高于地埋管。

地源熱泵主要優(yōu)勢(shì)在于：設(shè)備占地面積小，系統(tǒng)集成性高，有利于高效管理；從立面美觀性和噪聲產(chǎn)生率來說，可更好地體現(xiàn)建筑的綠色科技主題；熱源穩(wěn)定性高，受環(huán)境影響較??；節(jié)能效率較高。

熱泵系統(tǒng)將空調(diào)、采暖和生活熱水熱源集成為一體，節(jié)約了設(shè)備的安裝空間，同時(shí)提高了系統(tǒng)的整體性。從本項(xiàng)目在生產(chǎn)熱水的節(jié)能效果可以看出，其節(jié)能效果比較明顯。而將熱泵系統(tǒng)同時(shí)作為能源消耗量更大的空調(diào)、采暖和新風(fēng)系統(tǒng)的熱源后，其綜合節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性則更為 可觀。

3 節(jié)水技術(shù)及應(yīng)用

3.1 雨水回用技術(shù)

本項(xiàng)目采用雨水回用系統(tǒng)（圖2）。雨水收集區(qū)域面積93 119.96 m2，雨水蓄水池容積280 m3。雨水清水池容積70 m3，雨水處理設(shè)備規(guī)模10 m3/h，雨水回用總用水量77.62 m3/d。項(xiàng)目總用水量1 726.8 m3/d，非傳統(tǒng)水源利用率2.02 %，年徑流總量控制率55.49%。

利用室外雨水收集裝置將雨水收集儲(chǔ)存起來，用于室外澆灌用水和景觀水補(bǔ)水。小區(qū)室外綠化覆蓋率達(dá)42.13 %，綠化面積約38 812 m2。最大日綠化用水量為126.67 t。小區(qū)多處景觀也需要補(bǔ)水。單以綠化澆灌水量計(jì)，雨水回用系統(tǒng)每年平均可節(jié)水9 702 t。

3.2 其他節(jié)水與措施

1）綠化澆灌。采用了節(jié)水灌溉技術(shù)（土壤濕度感應(yīng)器、雨天關(guān)閉）。

圖2 雨水回用系統(tǒng)示意

2）水壓控制。在每層干管動(dòng)壓超過0.2 MPa的支管上設(shè)置支管減壓閥。衛(wèi)生間淋浴器內(nèi)使用了自力式冷熱水混合閥，其機(jī)械式反饋溫度調(diào)節(jié)功能，可控制出水溫度精確至1 K溫差，可以有效減少浪費(fèi)，避免高溫燙傷。

3）衛(wèi)生設(shè)備。住宅坐便器采用雙擋節(jié)水型（5.0 L/3.5 L），達(dá)到GB 25502—2010《坐便器用水效率限定值及用水效率等級(jí)》中2級(jí)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

4）為保證便捷有效的管理方式，建筑整體采用同層排水方式；為消減管道噪聲，在集中敷設(shè)于架空地板內(nèi)的給排水管道噪聲源位置貼設(shè)厚5 mm的吸聲棉；為體現(xiàn)健康的衛(wèi)生環(huán)境，選用了吉博力墻排式坐便器，隱藏式低位儲(chǔ)水箱安裝在裝飾隔墻內(nèi)，從而保證地面、墻面空間的平整和清潔。

4 “智慧運(yùn)維”系統(tǒng)的應(yīng)用

本項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)整體運(yùn)維系統(tǒng)包括空調(diào)、新風(fēng)、熱水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。熱泵系統(tǒng)地埋管的流量、溫度、出水質(zhì)量監(jiān)控，機(jī)組的運(yùn)行能耗及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)節(jié)能效率的實(shí)時(shí)監(jiān)控，用戶端的空氣溫濕度、出水溫度、用水量累計(jì)，都由運(yùn)維系統(tǒng)整體記錄、計(jì)算，并反饋給運(yùn)營(yíng)方（圖3）。

通過系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程調(diào)整設(shè)備運(yùn)行策略，快速調(diào)遣人員維護(hù)管理。通過階段性記錄和分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以總結(jié)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為決策者提供直觀的決策依據(jù)。同時(shí)反映系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，為改善設(shè)計(jì)質(zhì)量提供條件。

圖3 “智慧運(yùn)維”系統(tǒng)

5 結(jié)語

地源熱泵集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)利用可再生能源，有效降低了傳統(tǒng)能源消耗；雨水回用及節(jié)水措施降低了建筑用水量；信息化管理、有效集成的方式，改善了建筑設(shè)備的整體性，提高了項(xiàng)目管理效率。集中熱水系統(tǒng)的能源綠色低碳和數(shù)字科技管理，將是未來建筑發(fā)展的大課題。如何有效集成現(xiàn)有技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，有效提高建筑節(jié)能效率，美化室內(nèi)環(huán)境，也是今后應(yīng)著重解決的問題。