住宅工程能源供應系統的節能分析

建筑整體節能環保與室內康舒環境理念是指針對不同的建筑物類型，整合國內外先進技術為建筑物度身定制整體節能環保方案，以達成室內環境健康舒適的目的，整體節能環保達成低能耗、低污染、低噪音，室內環境設計達到恒溫、恒濕、恒氧。

建筑整體節能環保與室內舒適系統的達成必須從以下兩個方面考慮，一是能源消耗系統的節能；二是能源供應系統的節能，作為補充的是人們日常節能行為的規范。對于能源供應系統，可以分為冷熱源節能技術、地源熱泵空調技術、能源傳輸節能技術、能源傳輸與能源轉換變頻技術、能源轉換節能技術、毛細管頂棚輻射制冷+干式風機盤管技術、地板輻射采暖技術。

本文主要從能源供應系統的地源熱泵空調技術、地板輻射采暖技術、全熱回收的中央新風系統三個方面對住宅能源供應系統的節能進行分析。

一、地源熱泵系統的應用

1、地源熱泵系統的工作原理：

地源熱泵是以地下土壤層為冷（熱）源對建筑物進行供暖、供熱水和空調供應的技術。眾所周知，地層之下一年四季均保持一個相對穩定的溫度。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，通過埋藏在地下的換熱器，與土壤或巖石交換熱量。地源熱泵全年運行工況穩定，不需要其它輔助熱源及冷卻設備即可實現冬季供熱、夏季供冷。所以，地源熱泵是一項高效節能型、環保型并能實現可持續發展的新技術，它既不會污染地下水，又不會影響地面沉降。在冬天，管道內的液體將地下的熱量抽出，然后通過系統導入建筑物內，同時蓄存冷量，以備夏用；在夏天，熱量從建筑物內抽出，通過系統排入地下，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的冷暖空氣，為我們營造一個非常舒適的室內環境。因此，地源熱泵系統非常適合作為住宅中央空調的冷（熱）源。地源熱泵系統采用地埋管系統作為熱泵主機的冷熱源對建筑物進行制冷及供暖，同時提供衛生熱水。

2、地源熱泵系統一年運行節能原理分析：

在夏季，地源熱泵機組提取地面之下的恒溫冷源，經過主機制成70C-120C的冷凍水供風機盤管使用。也可制成180C～200C經調溫后通過毛細管頂棚輻射系統進行房間的制冷。由于其較高的COP，可以達到5～6，因此，熱泵系統實現空調運行是最經濟的，它將比其它形式運行提供制冷運行的成本下降50%以上。地源熱泵機組在夏季制冷時，通過熱回收裝置可免費提供衛生熱水，衛生熱水溫度可達到550C。

在冬季，地源熱泵機組提取地面之下的恒溫熱源，經過主機制成450C的熱水，通過地板輻射系統或制成340C的熱水通過毛細管天棚或地板輻射采暖系統進行房間的供暖，由于其COP可以達到4～5，它將比其它形式運行提供制熱運行的成本下降50%以上。同時，采用機組提供熱水比鍋爐提供熱水的運行成本下降60%以上。

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

2.1 舉例說明（以實際應用某排屋工程為例）：

建筑類型 空調溫度及相對濕度 室內噪聲標準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 空調冷、熱負荷的計算：

總熱負荷(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 10 120 1.20 90 0.90 175.6 24.17 15.80建筑 空調面積(m2)單位面積冷負荷(W/m2)總冷負荷(KW)單位面積熱負荷(W/m2)

2.3 生活熱水熱負荷的計算：

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

加熱3小時，所需加熱功率為4.65KW。

根據以上的冷、熱負荷計算可知：空調設計冷負荷為24.17KW，熱負荷為20.45KW（其中采暖負荷15.8KW，生活熱水加熱負荷4.65KW）。夏季，生活熱水由熱回收裝置制取，從而節約了能源。

3、系統控制方式：

地源熱泵空調主機控制采用溫控開關聯動控制：通過熱泵系統和室內風機盤管系統的啟停控制機組及水泵的啟停。即室內只要有一臺末端開啟，主機自動開啟；室內末端全部關閉，主機以及水泵關閉；室內溫度控制，通過溫控開關控制熱泵機組和每房間空調系統循環水量，控制室內溫度在設定范圍。室內溫度采用液晶顯示，恒溫控制；機組節能控制：地源熱泵機組可根據回水溫度控制熱泵主機的選擇性開閉，達到節能目的。

二、地板采暖系統的應用

1、低溫熱水地板輻射采暖系統原理：

冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高對建筑供暖，同時還可提供衛生熱水，采用低溫熱水地板輻射供暖，是一種先進的供暖方式，其工作原理是往鋪設在地板下的采暖管環路通入循環熱水，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，使人體感受到熱輻射和空氣溫度的雙重熱作用，是一種健康舒適、節能環保的理想供暖方式，現已在世界許多國家和地區得到了廣泛 的應用。近幾年來，節能和分戶計量已成為我國建筑節能的標準和方向。

其結構形式如下圖所示：

在建筑地面結構層上，首先鋪設高效保溫材料，接著采用雙向循環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，還須在結構層中設置膨脹縫。

2、低溫熱水地板輻射采暖溫度控制系統（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℃。地板采暖系統的分水器集水器各回路中有內置調節閥，安裝熱電驅動器后，可實現自動控制。室內溫控器根據其室內溫度控制器檢測出的室溫波動量值，自動地開啟/關閉熱電閥，亦即接通/關閉水路，使熱水向室內提供的熱量自動地穩定在所需的相應室溫上。亦即能夠對室溫進行動態調節。

系統根據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，便于調試及維護檢修。

集分水器是地板采暖系統中必不可少的部件，集分水器在每個支路上配備了流量調節裝置，使各支路流量可分別調節，進而便捷的實現了各房間溫度的單獨調節，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，其物理性能應符合下列要求：

項目 單位 性能指標表觀密度 Kg/m3 ≥20.0壓縮強度（即在 10%形變下的壓縮應力） kPa ≥100導熱系數 W/m.k ≤0.041吸水率（體積分數） %(v/v) ≤4尺寸穩定性 % ≤3

水蒸氣透過系數 Ng/(Pa.m.s) ≤4.5溶結性（彎曲變形） mm ≥20氧指數 % ≥30燃燒分級 達到 B2

三、回收的新風系統

全熱交換新風系統是平衡式通風設計與高效能量回收技術的完美結合，雙離心風機室外引入新鮮空氣，過濾后經送風管道系統輸送至各區域，同時將從室內渾濁氣流排出，在不開窗的情況下完成室內空氣置換，提高室內空氣品質，室外引入的新風氣流和室內排出的混濁氣流在系統內的熱交換核心處，進行能量交換，回收能量，降低了從室外引入新鮮空氣對室內舒適度空調負荷的影響，從而實現70%以上能量回收。全熱交換新風系統還可對濕度進行精確的控制，以確保室內舒適度

熱回收節能原理如下圖：

具體來講，當室內空調回風和室外新風分別成正交叉方式經熱交換器時，由于平隔板兩側氣流存在著溫度差和水蒸汽分壓力差，兩股氣流間同時產生熱傳質，引起全熱交換過程。當安裝在系統上的全熱交換器在夏季運行時，新風從空調回風中獲得冷量，使溫度降低；同時被回風干燥，是新風從空調回風中獲得熱能，使溫度升高，同時被回風加濕。就是通過這樣的全熱交換過程，讓新風從空調回風中回收了能量。

綜上所述，帶熱回收功能的新風系統，能夠在送入的空氣和排出的空氣之間進行熱量交換，從而降低建筑物內的熱/冷負荷量，達到節省能源的目的。

四、系統的運行費用分析

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地板采暖：

1、這里設定：平均電價為：0.45元/度（晚間低谷電22∶00-8∶00），夏季運行90天，冬季運行90天，每天開機10小時。室內空調房間同時運行系數70%；機組開啟率夏季為60%，冬季為50%。

序號 夏季 冬季1運行天數（D） 90 90 2運行時間（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 室內末端設備（KW） 0.26 -4 房間同時運行系數 0.7 0.7 5機組開啟率 0.6 0.5 6電價（元/KW.h） 0.55 0.55 7運行費用（元） 31343 3509

注：應用地源熱泵機組，夏季免費提供熱水。

全年空調系統的運行費用為6652元（其中，夏季運行費用為3143元，冬季運行費用為3509元）。

2、生活熱水使用各種燃料的運行費用：

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

結束語

建筑物的整體節能環保與創造室內舒適環境在某種程度上說是相互矛盾的。創造室內舒適環境是人們對于生活品質的需求，在不犧牲室內環境舒適性的前提下節約建筑能耗是極具挑戰性的。但是將地源熱泵空調技術、地板輻射采暖技術、全熱回收的中央新風系統三個系統有機結合起來，應用于住宅，從能源供應的角度實現了住宅的節能，采用地源熱泵空調技術和地板輻射采暖形結合的空氣調節方式，以及全熱回收的中央新風系統，在不犧牲室內環境舒適性的前提下達到節能的目的，使用可再生能源技術及環保產品以達到節能、環保、健康、舒適的目標，是住宅建筑節約能源的基本途徑和發展目標之一。