超低能耗住宅暖通系统设计及研究

引言

随着节能理念的深入，超低能耗住宅成为建筑发展的重要方向，而暖通系统作为住宅能耗的关键组成部分，其设计合理性直接影响住宅的能耗水平与居住体验。科学的暖通系统设计不仅能满足室内温湿度等舒适需求，还能大幅降低能源消耗，契合绿色发展理念。超低能耗住宅暖通系统设计虽积累了一定经验，但在实际中仍面临诸多问题影响节能效果。

一、超低能耗住宅暖通系统设计要点

1.1 负荷计算与设备选型

负荷计算是超低能耗住宅暖通系统设计的基础，需结合建筑围护结构性能与使用场景精准测算。需综合考虑建筑保温层厚度、门窗传热系数等因素，避免传统估算导致的设备选型偏差，若负荷计算值偏大，会造成设备装机容量过剩，增加能耗；偏小则无法满足舒适性需求。设备选型需以高能效、小容量、适配性为原则，优先选择变频式空调机组、热泵等可根据负荷动态调节输出功率的设备，同时匹配建筑的负荷特性，例如在冬季寒冷地区，供暖设备需兼顾制热效率与低温适应性，避免大马拉小车的能源浪费。

1.2 系统布局与管路设计

系统布局需通过优化路径缩短输送距离，减少管路能耗。供暖与空调管路应沿建筑外围护结构内侧敷设，降低沿途散热损失；分区域设置环路，使各房间能独立调节，避免无效能耗。管路设计需注重保温与水力平衡，采用高密度保温材料包裹管路，减少冷热量损耗。通过设置平衡阀调节各支路流量，避免近端房间流量过大、远端流量不足的问题。设备安装位置需兼顾节能与空间利用，例如将空调外机安装在通风良好的区域，提升换热效率，壁挂炉等设备靠近负荷中心布置，缩短供暖管路长度，从布局层面降低系统运行能耗。

1.3 可再生能源的整合应用

可再生能源的整合需与暖通系统形成高效协同。空气源热泵可作为核心供暖设备，通过与建筑保温体系结合，在冬季提取空气中的热量为室内供暖，减少对传统能源的依赖；地源热泵则利用土壤温度稳定性，通过地下埋管与暖通系统联动，在夏冬两季分别实现制冷与制热，降低运行能耗。太阳能集热系统可与供暖管路串联，在光照充足时为供暖循环水预热，减少主设备的制热负荷。

1.4 智能控制技术的融入

智能控制技术是实现系统精准运行的核心，需构建感知、调节、反馈的闭环体系。通过在室内布置温湿度传感器、 CO₂ ₂浓度探测器，实时捕捉环境参数变化，避免传统人工调节的滞后性。控制系统需具备自适应调节能力，例如冬季可根据室外温度自动调整供暖水温，夜间无人时段降低供暖设定温度，夏季结合光照强度调节空调送风温度，减少不必要的能耗。同时需关联建筑其他系统数据，如与门窗传感器联动，当检测到门窗开启时，自动降低对应区域的设备输出功率，避免冷热量流失。

二、超低能耗住宅暖通系统设计现存问题

2.1 设计阶段问题

设计阶段的疏漏会直接影响系统节能效果。负荷计算若依赖经验值而非精准建模，易导致结果与实际需求偏差，例如未充分考虑建筑朝向、窗墙比等因素，可能使计算负荷偏小，后期不得不通过增加设备功率弥补，违背超低能耗初衷。可再生能源整合设计缺乏系统性，如地源热泵埋管深度未结合当地地质条件，会降低换热效率；太阳能集热系统与供暖管路的连接方式不合理，可能因阻力过大导致热损失增加。部分设计未预留后期调节空间，系统运行参数固定，难以适应住户使用习惯变化，造成设计节能但实际能耗偏高的矛盾。

2.2 设备与材料选择问题

设备与材料的不当选择会削弱系统性能。部分项目为控制成本，选用能效等级不达标的热泵机组，虽初期安装成本较低，但长期运行能耗显著高于设计预期，供暖管路若采用普通保温材料，在低温环境下易出现结露现象，既增加冷量损失，又可能引发管路腐蚀。设备适配性不足也是常见问题，例如空气源热泵未针对寒冷地区进行特殊化设计，冬季易因结霜频繁停机化霜，影响供暖稳定性，风机盘管选型未匹配房间负荷特性，可能导致风量过大产生噪音，或制热能力不足需依赖辅助热源。

2.3 运行与控制问题

运行调节缺失会导致系统的节能潜能得不到充分发挥。智能控制系统中，传感器布置不当，温度、湿度探头距离热源或风口过于接近，测量数值不准确，调节指令不符合实际，例如，实际并不冷，测量温度显示较低，温度设定较高而长期制热造成能源浪费。系统联动不足，例如，门窗传感器与暖通设备的控制联动不通畅，开门之后按照设定程序开启和运行，设备运行造成冷热量的跑冒损失。用户的控制操作方式不科学。

三、超低能耗住宅暖通系统设计优化策略

3.1 设计优化

优化设计。注重应用准确建模、协同系统的方法。负荷计算运用动态模拟分析技术，配合建筑能耗软件输入建筑围护结构的参数、地区气候资料等，输出逐时的负荷情况，不采用简单的经验估算方法；可再生能源整合，设计多能互补理念，对地源热泵埋管深度的设计依据进行土壤热响应测试，太阳能热能集热系统与供暖管路间接换热水箱连接，降低阻力损失，在一定程度上预留了可调节的模块化接口，以后可根据房屋的需要，增加或减少辅助热源的增加，也可以对管路走向进行改善，通过提前科学的设计、后期的适应性调整来达到平衡节能性与适应性的关系。

3.2 设备与材料的应用

选择低能耗、匹配度高的设备和材料。选择低能耗一级能效的热泵机组，北方地区空气源热泵还要满足有喷气增焓技术、保持采暖环境下高温、低环境温度的高 COP；供热管道选择高密度聚氨酯保温和外加防潮层，防止结露，关键接口处增加保温加厚。设备的选型考虑全生命周期成本，平衡投资和运转能耗成本，比如虽然有效过滤器的价格偏高，但可以降低较长时期内，设备因灰尘导致的能耗降低。根据房间性能选择适用的设备，卧室选择低噪声风机盘管，客厅选择射流风口，强化空气的交换。

3.3 运行与控制优化

控制环节改善原则为“智慧协同维修标准”。重新设计传感器点位，温湿度传感器离开热源和风口，且多个传感器输入平均温度为控制器反馈值；实现门、窗与风机运行的交互控制，例如门打开时，门对应的区域风机功率值相应下降。设计舒适的可视化控制界面，给定标准作息如睡眠等，限定温度变化幅度防止过度消耗。制定系统检修清单，定期过滤网清洗、换热器除垢等，且通过控制器对设备运行信息监测，提前上报异常报警，例如热泵结霜过密自动显示检查风机状态等，从系统控制运行全过程保证节能需求。

结语

超低能耗仼宅暖通系统设计对节能与居住舒适意义重大。本文分析其设计要点、现存问题及优化策略，为相关设计提供思路。虽当前设计有不足，但通过设计、设备材料及运行控制优化可改善。未来持续探索技术，能推动该系统更节能高效，助力超低能耗住宅发展。

参考文献

[1]张超.超低能耗住宅暖通空调系统设计与运行探讨[J].居舍,2024,(24):95-98.

[2]马婷婷,张震,李峻炜,等.超低能耗住宅暖通空调系统设计与运行探讨[J].暖通空调,2024,54(03):136-143.