熱泵技術(shù)新風(fēng)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(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)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(biāo)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(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)上述指標(biāo)選用的主流設(shè)備為新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)，此設(shè)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(shí)現(xiàn)。通過對(duì)應(yīng)用于超低能耗住宅項(xiàng)目熱回收換熱器、空氣源熱泵及新風(fēng)空調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工等方面的分析，解決能源利用效率低、經(jīng)濟(jì)性差的問題。

       被動(dòng)式超低能耗建筑

       被動(dòng)式超低能耗建筑是指適應(yīng)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(hù)結(jié)構(gòu)，采用高效新風(fēng)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(biāo)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(fù)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(fù)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

       熱回收新風(fēng)機(jī).html'>風(fēng)機(jī)

       空調(diào)新風(fēng)一體機(jī)是針對(duì)被動(dòng)房研究的新型設(shè)備，它是空氣源熱泵機(jī)組和熱回收新風(fēng)機(jī)組的有效組合，既能夠作為房間的冷熱源，又能夠提供新風(fēng)。其中熱回收新風(fēng)機(jī)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的全方位換氣新風(fēng)系統(tǒng)，它的核心部件及實(shí)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(fēng)口、排風(fēng)管道進(jìn)入新風(fēng)機(jī)熱交換器，此時(shí)室外較高焓值新風(fēng)也由室外新風(fēng)口及新風(fēng)管道進(jìn)入熱交換器，因新風(fēng)、排風(fēng)的焓值不同，所以進(jìn)行熱交換，使得新風(fēng)焓值降低，達(dá)到節(jié)能的目的。

       空氣源熱泵機(jī)組

       超低能耗住宅建筑宜優(yōu)先利用高效新風(fēng)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(shí)還會(huì)額外向房間補(bǔ)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(shí)現(xiàn)的。空氣源熱泵通常由壓縮機(jī)、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(yīng)用。但在冬季制熱采暖時(shí)，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(shí)，熱泵機(jī)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(yùn)用噴氣增焓技術(shù)的空氣源熱泵具有的優(yōu)點(diǎn)如下：低溫環(huán)境制熱工況時(shí)，熱泵機(jī)組壓縮機(jī)的排氣溫度隨著補(bǔ)氣壓力升高下降顯著，故增大補(bǔ)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(jī)能夠可靠的運(yùn)行；低溫環(huán)境制熱工況時(shí)，熱泵機(jī)組制熱量提升隨相對(duì)補(bǔ)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(yán)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(fēng)熱回收換熱器分類

       新風(fēng)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(dú)特的運(yùn)行原理、工作特性、運(yùn)行參數(shù)、使用場(chǎng)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(fēng)熱回收系統(tǒng)。轉(zhuǎn)輪換熱器缺點(diǎn)如裝置體積較大，設(shè)備占用空間大，轉(zhuǎn)輪因設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)就消耗能量，另外轉(zhuǎn)輪換熱器的風(fēng)壓壓損較大，有氣流滲漏，會(huì)發(fā)生交叉污染現(xiàn)象。

       （2）板式換熱器，不能進(jìn)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(hù)保養(yǎng)，同時(shí)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(diǎn)：室內(nèi)排風(fēng)與室外新風(fēng)是完全隔離互不直接接觸，這樣就不會(huì)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?yàn)楣艿啦贾梅绞奖容^靈活多樣，所以對(duì)空間要求不高，安裝方便快捷；該換熱裝置的缺點(diǎn)是只能對(duì)顯熱進(jìn)行回收，潛熱是不能回收利用的。再有，因?yàn)楣苈分行枰渲醚h(huán)泵，所以需額外耗費(fèi)能源動(dòng)力。另外因?yàn)闊崃渴峭ㄟ^中間熱媒進(jìn)行輸送的，故存在溫差損失，導(dǎo)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(diǎn)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?yàn)闆]有設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，溫度降小，近乎于等溫運(yùn)行工作，換熱效率處于60%-70%之間；該換熱裝置的缺點(diǎn)是對(duì)潛熱不能進(jìn)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(diǎn)：冬季無需考慮防凍措施，溶液在-20°C不會(huì)結(jié)冰。新風(fēng)與排風(fēng)可以完全獨(dú)立，無交叉污染現(xiàn)象。設(shè)備構(gòu)造簡單、維護(hù)方便，運(yùn)行較穩(wěn)定。噴灑溶液可以除掉空氣中大部分細(xì)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(dá)到50%-85%，且全熱回收效果不會(huì)隨使用時(shí)間的增加而衰減；該換熱裝置的缺點(diǎn)是設(shè)備的外形尺寸較大，安裝占用的空間多。系統(tǒng)中設(shè)置有溶液泵，需要額外的動(dòng)力能源消耗。如果室內(nèi)產(chǎn)生有毒有害氣體，且該氣體會(huì)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(shè)備。

       經(jīng)過對(duì)比，針對(duì)超低能耗住宅項(xiàng)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(yùn)行能耗方面都是具有明顯優(yōu)勢(shì)；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(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)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(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)

       通風(fēng)電力需求

       超低能耗建筑對(duì)能耗指標(biāo)有嚴(yán)格限制，根據(jù)《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》規(guī)定，熱回收裝置單位風(fēng)量風(fēng)機(jī)耗功率應(yīng)小于0.45W/(m3/h)。故此，在設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí)，熱回收新風(fēng)機(jī)組的單位風(fēng)量耗功率一定要在此限值之內(nèi)。

       風(fēng)量衰減與能耗問題

       超低能耗住宅建筑新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部的過濾網(wǎng).html'>濾網(wǎng)是有一定阻力的，機(jī)組剛開始投入運(yùn)行時(shí)濾網(wǎng)的阻力最小，稱為濾網(wǎng)的初阻力，隨著使用時(shí)間的延長，新風(fēng)設(shè)備內(nèi)部濾網(wǎng)的積塵會(huì)逐步增多，從而使得過濾網(wǎng)的阻力值不斷升高，當(dāng)濾網(wǎng)的容塵量達(dá)到飽和時(shí)對(duì)應(yīng)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(dāng)濾網(wǎng)的容塵量達(dá)到飽和時(shí)，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(jì)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(xì)顆粒物的機(jī)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(shè)置定期自動(dòng)清潔的濾網(wǎng)，濾網(wǎng)使用一段時(shí)間積塵后，利用該技術(shù)及時(shí)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(hù)頻率及使用成本，同時(shí)可有效地解決新風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量衰減所造成的能耗問題。

       施工前優(yōu)化

       通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的機(jī)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。總壓力損失越大，那么通風(fēng)機(jī)消耗的功率就越大，建筑物的能耗指標(biāo)就會(huì)增大，所以，施工前對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)管道進(jìn)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(fēng)量一定的情況下，通風(fēng)系統(tǒng)的阻力越小則系統(tǒng)所需風(fēng)壓越小，相應(yīng)風(fēng)機(jī)功率就越小，也就越節(jié)約能耗。故此，減小通風(fēng)系統(tǒng)的阻力是我們施工前優(yōu)化的關(guān)鍵。風(fēng)管沿程阻力與風(fēng)管的長度成正比例關(guān)系，即風(fēng)管長度越長，沿程阻力越大，基于此，施工前對(duì)管路優(yōu)化時(shí)在考慮氣流組織合理的情況下，盡可能減小風(fēng)管的長度；風(fēng)管沿程阻力和局部阻力均與風(fēng)管內(nèi)空氣流速的平方成正比例關(guān)系，所以，降低風(fēng)管內(nèi)空氣流速可以減小系統(tǒng)的阻力，雖然加大風(fēng)管截面會(huì)使風(fēng)速降低，但卻會(huì)帶來工程成本的增加，綜合考慮下，超低能耗住宅建筑通風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)主風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速宜為2～3m/s、支風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速不宜大于2m/s；通風(fēng)、空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中產(chǎn)生局部阻力的配件，主要包括空氣進(jìn)口、彎管、變徑管、三（四）通管、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和空氣出口等，所以為減小通風(fēng)系統(tǒng)局部阻力，管路優(yōu)化時(shí)盡量減少上述部件的使用數(shù)量。超低能耗住宅建筑新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)（送風(fēng)）管與排風(fēng)（回風(fēng)）管分別連接室內(nèi)及室外空間，在新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不運(yùn)行情況下，依靠室內(nèi)外壓差作用，有時(shí)也會(huì)將室外冷（熱）空氣壓入室內(nèi)，增加室內(nèi)冷（熱）負(fù)荷；另外，如住宅套內(nèi)房間較多，一套新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)向套內(nèi)所有房間均送新風(fēng)，則對(duì)套內(nèi)無人房間的空氣處理會(huì)產(chǎn)生能源的浪費(fèi)。基于以上考慮，我們課題組正在研究一種帶電動(dòng)閥片的風(fēng)口，根據(jù)新風(fēng)空調(diào)設(shè)備的開關(guān)及所處房間需求控制此風(fēng)口的開關(guān)狀態(tài)，更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

       施工過程中質(zhì)量控制

       超低能耗住宅項(xiàng)目新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管道保溫質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)冷熱量損失也影響較大，為達(dá)到節(jié)能目的施工中加強(qiáng)對(duì)保溫質(zhì)量的控制也有重要意義。橡塑保溫施工時(shí)，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(shí)的切口不容易平直，此缺陷會(huì)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(huì)造成保溫層覆蓋不嚴(yán)、結(jié)露、冷熱量損失等情況發(fā)生。施工過程中要對(duì)切割效率和切割質(zhì)量密切關(guān)注。

       針對(duì)采用空氣源熱泵技術(shù)的新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在超低能耗住宅建筑應(yīng)用中能源利用效率低的問題，本文通過對(duì)多種不同型式新風(fēng)換熱裝置的分析對(duì)比得出在超低能耗住宅建筑中應(yīng)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(shì)；

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

       在嚴(yán)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(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)方面嚴(yán)格控制并盡量減小單位風(fēng)量風(fēng)機(jī)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(fēng)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(yán)格控制施工質(zhì)量，減小系統(tǒng)能量損失。