超低能耗住宅暖通空调系统设计与运行探讨

引言

暖通空调系统作为住宅能耗的主要组成部分，其设计与运行水平直接影响建筑整体节能效果。我国已出台《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）》等标准，要求逐步提高建筑节能指标，第四步节能指标已达到75% 节能率要求。在此背景下，研究适用于不同气候区的暖通空调系统设计方案与运行策略具有重要现实意义。超低能耗住宅与普通建筑相比，具有围护结构保温性能优异、气密性高的特点，其暖通空调系统设计需突破传统思路，建立被动式设计与主动式系统协同工作的技术体系。

1 建筑暖通空调系统设计的基本流程

在建筑暖通空调系统的设计中，需要遵循一个系统化和规范化的流程。首先确定设计目标，明确建筑物的用途、使用人数以及环境条件等关键参数。然后进行详细的热负荷计算，计算包括建筑物的结构特性、内部设备、人员活动等多方面的因素。这些工作完成后，需根据实际情况选择适合的系统类型，如中央空调或地暖系统等。确定系统类型后，接着是系统布局设计，包括设备位置、管道和风道走向等。为确保设计合理，还需选用高效的设备和材料，同时完成相关设计图纸的绘制。最后，在系统完工后，需进行严格的调试和运行检验，以确保其性能和可靠性，随后进入定期的系统维护管理阶段。这些步骤综合考虑了系统可靠性、节能性和用户舒适度等多方面需求，为建筑暖通空调系统设计提供了系统化的指导。

2 超低能耗居住建筑暖通空调系统的设计

2.1 负荷计算

在建筑负荷计算中，要以实际情况为基础，优化设计方案，选择合适方法和模型。对于超低能耗居住建筑，需考虑人员数量、活动情况等因素确定供暖需求。计算时要明确范围，将其作为基本依据，同时考虑人员活动时间和范围确定供暖负荷。暖通空调系统设计要合理选择参数，依据人员活动时间等因素确定能源需求。该建筑包括办公室等，人员多，为满足需求并降低能耗，设置空调供暖热负荷和冷负荷指标。

2.2 自然通风设计

自然通风设计在绿色建筑暖通空调系统中的应用，不仅能够有效改善室内空气质量，提供更加舒适的居住环境，同时也是一种低能耗、高效能的通风解决方案。通过巧妙的建筑设计，自然通风可以借助风压和热压效应实现室内外空气的自由流通，极大地降低了对机械通风系统的依赖，从而实现节能的目标。风压通风通过利用外部气流在建筑物表面形成的压力差，直接将新鲜空气引入室内，并排出污浊空气。在设计过程中，设计师需要综合考虑建筑物的功能布局、方位和当地气候条件，优化门窗开口面积、增加百叶窗的数量等方式，以减少建筑物对自然风流的阻力。热压通风则利用室内外的温度差和压力差，通过空气热对流实现有效的换气。在建筑物内部设计竖向空腔通风井，使新鲜空气通过底部进入室内，受热后上升并排出，形成自然通风循环。这种通风方式不仅通风效果显著、噪音小、不易受外界因素影响，还能在能源消耗上大幅节约。对于设计师来说，合理设计自然通风系统需要充分考虑建筑物的朝向、开口位置和大小、内部通风路径等因素，确保其在满足通风需求的同时，兼具美观和实用性。

2.3 冷热源系统设计

（1）冷热源选择：根据当地气候条件和能源资源情况，优先选用可再生能源作为冷热源。如在青岛地区，考虑到地方政府对可再生能源使用的鼓励政策及地块土壤条件，该示范小区采用地源热泵作为冷热源，可实现供暖、制冷和生活热水供应，满足超低能耗住宅的能源需求。（2）设备选型：选用高效的冷热源设备，如整体式水地源热泵新风机组。该机组额定性能系数（COP） ≥4.1 ，显热换热效率 275% ，全热换热效率 270% ，并具备PM2.5 高效过滤网，可实现新风、空调、除湿、生活热水等功能集成。同时，设备应设置在靠近外墙专用机房、厨房专用区域或阳台，以减小新

风管道长度，降低输送损耗。

2.4 高效热回收技术

高效热回收技术在绿色建筑暖通空调系统中的应用，极大地提升了系统的能源利用率，减少了不必要的能量损耗。这种技术通过回收建筑物内部废气或排风中的余热，将其转化为可再利用的能量，从而实现对能源的高效循环利用。在冬季，热回收系统将排出的热空气中的余热回收，用于预热进入建筑的新风，减少对加热系统的需求；在夏季，则通过回收排出冷空气中的冷量，用于预冷新风，减少对制冷系统的需求。热回收技术有许多不同的形式，包括转轮热回收器、板式热交换器、管壳式热交换器等，每一种都有其特定的应用场景和优点。例如，转轮热回收器通过旋转盘将热量转移，具有运行稳定、热回收效率高等优点；板式热交换器则适用于空间有限的场景，具有效率高、体积小的特点。设计师在选择热回收系统时，需要充分考虑建筑物的功能需求、空间布局以及经济性等因素，确保系统的高效运转和投资回报率。高效热回收技术不仅能显著降低建筑物的能源消耗，还能改善室内空气质量，提供更为舒适的室内环境。此外，这项技术还能减少温室气体和有害气体的排放，对环境保护具有重要的意义。

2.5 末端系统设计

在设计暖通空调系统时，末端装置的选择至关重要，影响着整个系统的性能。针对超低能耗居住建筑，应优先选择具有良好热回收性能的末端装置，例如干式新风系统、全空气空调系统和变风量空调系统。同时，还需根据室内环境需求和人体舒适度来选择末端装置，确保关键区域的温度维持在 18～24^∘C 。本建筑采用双管并联式系统，利用变频循环泵调节冷热水，以达到节能效果。冬季通过地面辐射供暖系统提供热量，夏季则依靠风机盘管系统进行冷却。在地热管系统的储水箱中设置电动两通调节阀，通过监测水的温差，自动调节阀门开度，确保室内温度适宜，同时减少能源的消耗。

3 智能控制策略

3.1 设备变频控制

新、排风机及压缩机均采用无级变频控制，可根据室内负荷变化自动调节转速，降低能耗。例如，当室内温度接近设定值时，压缩机转速降低，减少制冷或制热量，同时风机转速也相应降低，减少输送能耗。

3.2 远程监控与管理

通过智能控制系统，可实现对暖通空调系统的远程监控和管理。住户可通过手机APP 或智能家居终端实时查看系统运行状态，设置温度、湿度等参数，也可进行远程开关操作。物业管理人员可通过后台系统对整个小区的暖通空调系统进行集中监控和管理，及时发现并解决问题。

结语

超低能耗住宅暖通空调系统的设计与运行是实现超低能耗住宅节能目标和保证室内舒适度的关键环节。通过合理的负荷计算、优化的冷热源系统和通风系统设计，以及智能化的运行控制策略，可有效降低系统能耗，提高室内空气质量和舒适度。在实际工程中，应结合当地气候条件、居民用能习惯等因素，因地制宜地进行设计和运行管理，不断总结经验，推动超低能耗住宅暖通空调技术的发展和应用，为实现建筑节能和可持续发展做出贡献。

参考文献

[1]安晶晶,徐稳龙,潘云钢,燕达.暖通空调设计用室外计算参数研究[J].建筑科学,2023,39(04):227-240.

[2]林德全,陈美红.建筑暖通空调设计中噪声与振动通病的防治研究[J].建设科技,2023(07):76-78+82.

[3]祝立强.BIM 技术在建筑给排水与暖通空调设计中的应用[J].科技创新与应用,2023,13(08):185-188.