住宅工程能源供应系统的节能分析

建筑整体节能环保与室内康舒环境理念是指针对不同的建筑物类型，整合国内外先进技术为建筑物度身定制整体节能环保方案，以达成室内环境健康舒适的目的，整体节能环保达成低能耗、低污染、低噪音，室内环境设计达到恒温、恒湿、恒氧。

建筑整体节能环保与室内舒适系统的达成必须从以下两个方面考虑，一是能源消耗系统的节能；二是能源供应系统的节能，作为补充的是人们日常节能行为的规范。对于能源供应系统，可以分为冷热源节能技术、地源热泵空调技术、能源传输节能技术、能源传输与能源转换变频技术、能源转换节能技术、毛细管顶棚辐射制冷+干式风机盘管技术、地板辐射采暖技术。

本文主要从能源供应系统的地源热泵空调技术、地板辐射采暖技术、全热回收的中央新风系统三个方面对住宅能源供应系统的节能进行分析。

一、地源热泵系统的应用

1、地源热泵系统的工作原理：

地源热泵是以地下土壤层为冷（热）源对建筑物进行供暖、供热水和空调供应的技术。众所周知，地层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度。在夏季，地下的温度要比地面空气温度低，而在冬季却比地面空气温度高。地源热泵正是利用大地的这个特点，通过埋藏在地下的换热器，与土壤或岩石交换热量。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。所以，地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。在冬天，管道内的液体将地下的热量抽出，然后通过系统导入建筑物内，同时蓄存冷量，以备夏用；在夏天，热量从建筑物内抽出，通过系统排入地下，同时蓄存热量，以备冬用。地源热泵一年四季均能可靠的提供高品质的冷暖空气，为我们营造一个非常舒适的室内环境。因此，地源热泵系统非常适合作为住宅中央空调的冷（热）源。地源热泵系统采用地埋管系统作为热泵主机的冷热源对建筑物进行制冷及供暖，同时提供卫生热水。

2、地源热泵系统一年运行节能原理分析：

在夏季，地源热泵机组提取地面之下的恒温冷源，经过主机制成70C-120C的冷冻水供风机盘管使用。也可制成180C～200C经调温后通过毛细管顶棚辐射系统进行房间的制冷。由于其较高的COP，可以达到5～6，因此，热泵系统实现空调运行是最经济的，它将比其它形式运行提供制冷运行的成本下降50%以上。地源热泵机组在夏季制冷时，通过热回收装置可免费提供卫生热水，卫生热水温度可达到550C。

在冬季，地源热泵机组提取地面之下的恒温热源，经过主机制成450C的热水，通过地板辐射系统或制成340C的热水通过毛细管天棚或地板辐射采暖系统进行房间的供暖，由于其COP可以达到4～5，它将比其它形式运行提供制热运行的成本下降50%以上。同时，采用机组提供热水比锅炉提供热水的运行成本下降60%以上。

在春秋季节，可以利用地源机组制取卫生热水，其热源可以来自与地下土壤，也可以来自与室内的空气(同时可以对室内空气进行除湿)。采用机组提供热水比锅炉提供热水的运行成本下降60%以上。

2.1 举例说明（以实际应用某排屋工程为例）：

建筑类型 空调温度及相对湿度 室内噪声标准db夏季 相对湿度 冬季 相对湿度住宅 24～27℃ 45%-65% 18～22℃ 40%-50% 小于40

2.2 空调冷、热负荷的计算：

总热负荷(KW)地下室客厅 26 120 3.12 90 2.34保姆房 5 120 0.60 90 0.45一层餐厅+门厅 33 150 4.95 90 2.97客厅 37.5 150 5.63 90 3.38二层客卧 14.2 120 1.70 90 1.28主卧 17.1 120 2.05 90 1.54三层书房 14.3 150 2.15 90 1.29主卧 18.5 150 2.78 90 1.67主卫 10 120 1.20 90 0.90 175.6 24.17 15.80建筑 空调面积(m2)单位面积冷负荷(W/m2)总冷负荷(KW)单位面积热负荷(W/m2)

2.3 生活热水热负荷的计算：

本设计为用户每天提供50℃的生活热水300L，自来水初始温度为10℃，则每天需要加热负荷为：

加热3小时，所需加热功率为4.65KW。

根据以上的冷、热负荷计算可知：空调设计冷负荷为24.17KW，热负荷为20.45KW（其中采暖负荷15.8KW，生活热水加热负荷4.65KW）。夏季，生活热水由热回收装置制取，从而节约了能源。

3、系统控制方式：

地源热泵空调主机控制采用温控开关联动控制：通过热泵系统和室内风机盘管系统的启停控制机组及水泵的启停。即室内只要有一台末端开启，主机自动开启；室内末端全部关闭，主机以及水泵关闭；室内温度控制，通过温控开关控制热泵机组和每房间空调系统循环水量，控制室内温度在设定范围。室内温度采用液晶显示，恒温控制；机组节能控制：地源热泵机组可根据回水温度控制热泵主机的选择性开闭，达到节能目的。

二、地板采暖系统的应用

1、低温热水地板辐射采暖系统原理：

冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时还可提供卫生热水，采用低温热水地板辐射供暖，是一种先进的供暖方式，其工作原理是往铺设在地板下的采暖管环路通入循环热水，从而加热地板，热量通过大面积的地面主要以辐射的传热方 式向地板以上的空间温和而均匀散发，使人体感受到热辐射和空气温度的双重热作用，是一种健康舒适、节能环保的理想供暖方式，现已在世界许多国家和地区得到了广泛 的应用。近几年来，节能和分户计量已成为我国建筑节能的标准和方向。

其结构形式如下图所示：

在建筑地面结构层上，首先铺设高效保温材料，接着采用双向循环方式按一定间距将盘管固定在保温材料上，然后回填豆石混凝土，最后在找平层上做地面层。为防止混凝土受热后龟裂，除在混凝土中加入适量添加剂外，还须在结构层中设置膨胀缝。

2、低温热水地板辐射采暖温度控制系统（集分水器及控制元件）配置：

一般情况，地板采暖供水温度为 45℃，回水温度40℃。地板采暖系统的分水器集水器各回路中有内置调节阀，安装热电驱动器后，可实现自动控制。室内温控器根据其室内温度控制器检测出的室温波动量值，自动地开启/关闭热电阀，亦即接通/关闭水路，使热水向室内提供的热量自动地稳定在所需的相应室温上。亦即能够对室温进行动态调节。

系统根据需要配置自动排气阀，它能自动排放管路的气体，保持管路畅通；配置排水阀，便于调试及维护检修。

集分水器是地板采暖系统中必不可少的部件，集分水器在每个支路上配备了流量调节装置，使各支路流量可分别调节，进而便捷的实现了各房间温度的单独调节，也使得不同长度支路的平衡变得简单易行。

3、隔热板材：

绝热板板材宜采用聚苯乙烯泡沫塑料，其物理性能应符合下列要求：

项目 单位 性能指标表观密度 Kg/m3 ≥20.0压缩强度（即在 10%形变下的压缩应力） kPa ≥100导热系数 W/m.k ≤0.041吸水率（体积分数） %(v/v) ≤4尺寸稳定性 % ≤3

水蒸气透过系数 Ng/(Pa.m.s) ≤4.5溶结性（弯曲变形） mm ≥20氧指数 % ≥30燃烧分级 达到 B2

三、回收的新风系统

全热交换新风系统是平衡式通风设计与高效能量回收技术的完美结合，双离心风机室外引入新鲜空气，过滤后经送风管道系统输送至各区域，同时将从室内浑浊气流排出，在不开窗的情况下完成室内空气置换，提高室内空气品质，室外引入的新风气流和室内排出的混浊气流在系统内的热交换核心处，进行能量交换，回收能量，降低了从室外引入新鲜空气对室内舒适度空调负荷的影响，从而实现70%以上能量回收。全热交换新风系统还可对湿度进行精确的控制，以确保室内舒适度

热回收节能原理如下图：

具体来讲，当室内空调回风和室外新风分别成正交叉方式经热交换器时，由于平隔板两侧气流存在着温度差和水蒸汽分压力差，两股气流间同时产生热传质，引起全热交换过程。当安装在系统上的全热交换器在夏季运行时，新风从空调回风中获得冷量，使温度降低；同时被回风干燥，是新风从空调回风中获得热能，使温度升高，同时被回风加湿。就是通过这样的全热交换过程，让新风从空调回风中回收了能量。

综上所述，带热回收功能的新风系统，能够在送入的空气和排出的空气之间进行热量交换，从而降低建筑物内的热/冷负荷量，达到节省能源的目的。

四、系统的运行费用分析

某排屋工程为例，夏季使用地源热泵制冷，冬季采用地源热泵实现地板采暖：

1、这里设定：平均电价为：0.45元/度（晚间低谷电22∶00-8∶00），夏季运行90天，冬季运行90天，每天开机10小时。室内空调房间同时运行系数70%；机组开启率夏季为60%，冬季为50%。

序号 夏季 冬季1运行天数（D） 90 90 2运行时间（h） 24 24 3 总输入功率（KW） 6.3 8.44 3.1 地源热泵（KW） 5.3 7.7 3.2 水泵（KW） 0.74 0.74 3.3 室内末端设备（KW） 0.26 -4 房间同时运行系数 0.7 0.7 5机组开启率 0.6 0.5 6电价（元/KW.h） 0.55 0.55 7运行费用（元） 31343 3509

注：应用地源热泵机组，夏季免费提供热水。

全年空调系统的运行费用为6652元（其中，夏季运行费用为3143元，冬季运行费用为3509元）。

2、生活热水使用各种燃料的运行费用：

每天提供55℃的热水300L需消耗能量平均为50250KJ，使用各种燃料的运行费用为：

结束语

建筑物的整体节能环保与创造室内舒适环境在某种程度上说是相互矛盾的。创造室内舒适环境是人们对于生活品质的需求，在不牺牲室内环境舒适性的前提下节约建筑能耗是极具挑战性的。但是将地源热泵空调技术、地板辐射采暖技术、全热回收的中央新风系统三个系统有机结合起来，应用于住宅，从能源供应的角度实现了住宅的节能，采用地源热泵空调技术和地板辐射采暖形结合的空气调节方式，以及全热回收的中央新风系统，在不牺牲室内环境舒适性的前提下达到节能的目的，使用可再生能源技术及环保产品以达到节能、环保、健康、舒适的目标，是住宅建筑节约能源的基本途径和发展目标之一。