超低能耗建筑的快速崛起，帶來(lái)空調(diào)設(shè)計(jì)的新變化。冷熱負(fù)荷大大降低特別是顯熱負(fù)荷大大降低，空調(diào)冷熱源及末端設(shè)備選型出現(xiàn)新情況。以新風(fēng)優(yōu)先運(yùn)行的超低能耗建筑，區(qū)別于傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計(jì)與運(yùn)行方式，空調(diào)設(shè)計(jì)方式必然發(fā)生改變。本文從超低能耗的負(fù)荷與運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)耳熟能詳?shù)娘L(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合若干工程實(shí)際提出“新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管”系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念：在超低能耗建筑中可采用直膨新風(fēng)機(jī)與VRV空調(diào)組合、一級(jí)或二級(jí)除濕新風(fēng)+干風(fēng)機(jī)盤(pán)管的干、濕工況，一級(jí)或二級(jí)新風(fēng)除濕+風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況能較好地匹配室內(nèi)末端負(fù)荷。期待本文能為超低能耗建筑空調(diào)設(shè)計(jì)提供先期建議。

 

　　01、引言

　　超低能耗建筑作為建筑節(jié)能的高級(jí)表現(xiàn)形式，從最初單純地追求降低建筑能耗，逐步轉(zhuǎn)向更加注重人的體驗(yàn)和感受，即健康舒適和身心愉悅。兼顧能耗指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為指導(dǎo)原則下的非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能提升、透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能提升、氣密性提升、遮陽(yáng)性能的提升、減少冷熱橋措施的提升，極大地提升了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。圖一為建筑總冷負(fù)荷的分類圖，對(duì)于超低能耗建筑，其中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷Qj大大降低。超低能耗建筑被動(dòng)優(yōu)先及舒適健康的理念給暖通空調(diào)設(shè)計(jì)帶來(lái)以下新變化：

　　1）冷熱負(fù)荷大大降低，特別是是顯熱負(fù)荷大大降低，是表現(xiàn)形式；

　　2）超低能耗建筑也必須是健康建筑，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱舒適性，改善衛(wèi)生條件，降低室內(nèi)PM2.5，新風(fēng)必須常開(kāi)，是重要特點(diǎn)，徹底改變了過(guò)去傳統(tǒng)空調(diào)的運(yùn)行模式：其他末端常開(kāi)，新風(fēng)一般不開(kāi)或間歇啟停；

　　3）以新風(fēng)系統(tǒng)為主要負(fù)荷載體，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能極好的建筑，空調(diào)系統(tǒng)即是新風(fēng)系統(tǒng)，不再設(shè)置其他空調(diào)末端形式，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能稍差的建筑，負(fù)荷不足部分由其他末端承擔(dān)，新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)空調(diào)負(fù)荷功能凸顯，且新風(fēng)系統(tǒng)初次降溫除濕需要采用熱交換設(shè)備，是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重大改變；

　　4）由于建筑能耗很低，對(duì)氣密性要求很高，和傳統(tǒng)建筑相比，衛(wèi)生間，廚房排風(fēng)滲透負(fù)荷無(wú)法忽視，須采用顯熱交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)能與補(bǔ)風(fēng)，衛(wèi)生間采用單獨(dú)顯熱交換，其他區(qū)域采用全熱交換，設(shè)計(jì)時(shí)須引起高度重視；

　　5）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能改進(jìn)體現(xiàn)被動(dòng)優(yōu)先原則，暖通空調(diào)系統(tǒng)主動(dòng)優(yōu)化，因地制宜地采用可再生能源：地源熱泵、光伏、太陽(yáng)能熱水、空氣源熱泵是空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精髓。

圖1建筑空調(diào)負(fù)荷分類

 

　　02、超低能耗建筑空調(diào)系統(tǒng)及末端設(shè)備選型的新問(wèn)題

　　結(jié)合上海市及無(wú)錫市等夏熱冬冷地區(qū)在實(shí)施超低能耗建筑技術(shù)措施的若干案例可以看出，建筑的供暖空調(diào)負(fù)荷需求會(huì)有明顯的降低，相應(yīng)的空調(diào)設(shè)備的選型容量應(yīng)該降低。但目前上海市和無(wú)錫市超低能耗建筑工程實(shí)踐中，空調(diào)設(shè)備的選型容量普遍較常規(guī)項(xiàng)目并未有明顯降低，其背后的原因值得反思。分析一下可能有以下原因：

　　1）未結(jié)合超低能耗建筑新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性進(jìn)行仔細(xì)的負(fù)荷計(jì)算，還受到過(guò)去的常規(guī)負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算思想的禁錮；

　　2）尚不習(xí)慣采用新風(fēng)系統(tǒng)負(fù)荷為主導(dǎo)的空調(diào)設(shè)計(jì)手法，仍普遍采用傳統(tǒng)的空調(diào)冷熱源和末端形式，導(dǎo)致系統(tǒng)和末端選型過(guò)大，無(wú)法很好匹配超低能耗的低負(fù)荷特性；

　　3）由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工特性優(yōu)異，或因?yàn)榉块g面積較小，導(dǎo)致該空間空調(diào)負(fù)荷較小，在常規(guī)系統(tǒng)、常規(guī)末端選配下，即使選擇最小一款末端設(shè)備，也無(wú)法匹配室內(nèi)實(shí)際負(fù)荷。如無(wú)錫某超低能耗公寓，空調(diào)計(jì)算面積為10m2，單位空調(diào)負(fù)荷為25W/m2,如采用常規(guī)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)，則僅僅需要250W的風(fēng)機(jī)盤(pán)管末端來(lái)匹配，如仍然采用傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)選型，新風(fēng)處理到室內(nèi)等焓線，7℃/12℃循環(huán)冷水為風(fēng)機(jī)盤(pán)管提供冷源的條件下，最小的風(fēng)機(jī)盤(pán)管340m3/h為1920W（按照中檔選型），則選型比實(shí)際負(fù)荷大了接近6-7倍，導(dǎo)致無(wú)法精確匹配到實(shí)際負(fù)荷。

 

　　03、超低能耗建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新方法

　　由以上分析可見(jiàn)，超低能耗建筑采用被動(dòng)優(yōu)先的圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)措施后，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷大大降低，尤其是顯熱負(fù)荷降低較大。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手法無(wú)法滿足超低能耗負(fù)荷匹配度的要求，也就在空調(diào)系統(tǒng)環(huán)節(jié)無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的超低能耗及相應(yīng)的舒適性?；诔Ｒ?jiàn)住宅、辦公、酒店等可采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)的建筑類型為基礎(chǔ)，闡述超低能耗建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新變化即采用“新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管”系統(tǒng)。

 

　　2.1、全新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)低負(fù)荷的適應(yīng)性分析

　　--溫度調(diào)節(jié)和新風(fēng)量調(diào)節(jié)

　　當(dāng)被動(dòng)措施總體優(yōu)異，諸如住宅類超低能耗建筑，且人員數(shù)量不多，每個(gè)功能房間面積也不大，導(dǎo)致每個(gè)房間負(fù)荷總體較小，如圖一所示，比如單位冷負(fù)荷在10-30W/m2之間，此時(shí)新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)了自身負(fù)荷及室內(nèi)冷負(fù)荷，且新風(fēng)系統(tǒng)提供的除濕能力能滿足人體舒適性需求，此時(shí)可以僅僅采用熱泵型新風(fēng)環(huán)控一體機(jī)的空調(diào)方式，即可滿足冬夏空調(diào)負(fù)荷需求，此時(shí)須滿足以下約束性條件：

　　1）熱泵型新風(fēng)機(jī)組的制冷和制熱量能力大于受控環(huán)境所需要的總冷熱量；

　　2）以既定規(guī)范規(guī)定的新風(fēng)量為計(jì)算依據(jù)，每個(gè)區(qū)域新風(fēng)所承載的冷熱量能滿足自身及室內(nèi)冷負(fù)荷的要求，且能滿足夏季除濕負(fù)荷的要求；

　　3）當(dāng)每個(gè)區(qū)域新風(fēng)所承載的冷熱量不能滿足自身負(fù)荷及室內(nèi)冷負(fù)荷的要求時(shí)，可通過(guò)適當(dāng)加大新風(fēng)量來(lái)滿足，選擇更大一款新風(fēng)機(jī)組；

　　4）如采用的新風(fēng)設(shè)備的夏季出力不能處理到既定夏季含濕量ds（如住宅和辦公一般送風(fēng)含濕量為6-8g/kg（a）），可適當(dāng)加大新風(fēng)量來(lái)滿足除濕要求，除濕負(fù)荷如公式（1）所示，滿足等式需求即可

　　WN=ρ×Lx×（dN-dS）                       （1）

　　WN—室內(nèi)余濕量，g/h；

　　其中，LX—除濕要求的新風(fēng)量，m³/h；

　　ρ—空氣密度，kg/m³；

　　dN—室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量，g/kg；

　　dS—設(shè)計(jì)工況下新風(fēng)的送風(fēng)含濕量，g/kg。

 

　　表一給出了無(wú)錫地區(qū)新風(fēng)處理到各種工況的溫濕度狀態(tài)。新風(fēng)處理到等含濕量以下，才能起到祛除室內(nèi)余濕的要求，在新風(fēng)量按照規(guī)范要求限值，考慮一定余量，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)含濕量為8g/kg（a）才能滿足夏季住宅、辦公、酒店的除濕量要求。對(duì)于超低能耗建筑，采用以下幾種措施才有可能滿足送風(fēng)含濕量：

　　1）全熱交換降溫除濕+8排管常溫冷水表冷器降溫除濕（送風(fēng)溫度較低僅為11.5℃）；

　　2）全熱交換降溫除濕+高溫冷水表冷器+常溫冷水表冷器；

　　3）全熱交換降溫除濕+高溫冷水表冷器降溫除濕+直膨除濕；

　　4）全熱交換降溫除濕+高溫冷水表冷器+溶液除濕表冷器；

　　5）兩級(jí)直膨除濕等方式。

表1無(wú)錫地區(qū)新風(fēng)處理工況狀態(tài)表

 

　　新風(fēng)處理到低于室內(nèi)等焓線后，還可以承擔(dān)部分室內(nèi)顯熱負(fù)荷，只要出風(fēng)溫度低于室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)溫度，新風(fēng)承擔(dān)的顯熱負(fù)荷為：

 

　　QHS=ρ×CP×Lx×（tN-tS）                    （2）

　　其中，LX—除濕要求的新風(fēng)量，m3/h；

　　ρ—空氣密度，kg/m³；

　　tN—室內(nèi)狀態(tài)溫度，℃；

　　tS—送風(fēng)溫度，℃；

　　CP—空氣的定壓比熱，可取1.01kJ/（kg℃）

 

　　2.2新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管對(duì)低負(fù)荷的適應(yīng)性

　　--干風(fēng)機(jī)盤(pán)管干、濕工況或風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況

 

　　當(dāng)被動(dòng)措施總體使用恰當(dāng)，諸如辦公、酒店類采用玻璃幕墻類超低能耗建筑，同樣人員數(shù)量不多，每個(gè)功能房間面積也不大，負(fù)荷適當(dāng)，比如單位冷負(fù)荷在30-60W/m2之間，此時(shí)新風(fēng)承擔(dān)了自身負(fù)荷及部分室內(nèi)冷負(fù)荷，同時(shí)考慮到以下幾個(gè)因素的共同作用：

　　1）超低能耗建筑不同于常規(guī)建筑新風(fēng)系統(tǒng)為必備開(kāi)啟；

　　2）溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)只要設(shè)計(jì)合理被認(rèn)為是一種節(jié)能的空調(diào)設(shè)計(jì)方法；

　　3）即使不是嚴(yán)格意義上的溫濕分控系統(tǒng)，制冷時(shí)提高非新風(fēng)末端設(shè)備的供水溫度，對(duì)冷熱源設(shè)備選型小型化及提高冷熱源效率有利。此時(shí)新風(fēng)承擔(dān)全部夏季濕負(fù)荷及部分室內(nèi)負(fù)荷，如公式（2）新風(fēng)還承擔(dān)了一部分的室內(nèi)顯熱負(fù)荷。冷水供水溫度的提高，可以讓風(fēng)機(jī)盤(pán)管所能提供顯熱負(fù)荷下降，精確匹配室內(nèi)負(fù)荷，達(dá)到能源總體利用效率最優(yōu)。

圖2 不同負(fù)荷條件下末端系統(tǒng)應(yīng)對(duì)措施

 

　　以典型的溫濕度分控系統(tǒng)為例，夏季新風(fēng)承擔(dān)自身負(fù)荷、部分室內(nèi)顯熱負(fù)荷（取決其送風(fēng)溫度），及所有的濕負(fù)荷，風(fēng)機(jī)盤(pán)管供回水溫度為16℃-21℃的標(biāo)況下運(yùn)行，當(dāng)室內(nèi)顯熱負(fù)荷較小時(shí)，還可以在17℃-18℃供水溫度下運(yùn)行，此時(shí)選型的顯熱交換設(shè)備的供冷量發(fā)生折減，可以匹配到相應(yīng)的室內(nèi)顯熱負(fù)荷，也即干風(fēng)機(jī)盤(pán)管處于較高溫度的干工況下運(yùn)行；如果室內(nèi)負(fù)荷較大，供水溫度可以在10℃-15℃之間調(diào)節(jié)，也即干風(fēng)機(jī)盤(pán)管處于濕工況運(yùn)行，可以取得良好的制冷效果和室內(nèi)負(fù)荷匹配度。

 

　　如果新風(fēng)負(fù)荷可以承擔(dān)室內(nèi)所有的濕負(fù)荷，必然也承擔(dān)了一定室內(nèi)顯熱負(fù)荷，且室內(nèi)顯熱負(fù)荷很小，此時(shí)可以采用常規(guī)風(fēng)機(jī)盤(pán)管，當(dāng)供水溫度在8℃-18℃條件下運(yùn)行時(shí)，常規(guī)風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供冷能力大幅折減下降，此時(shí)和室內(nèi)較小的顯熱負(fù)荷恰好形成匹配，也即所謂風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況運(yùn)行?？桃獾靥岣吖┧疁囟?，提高主機(jī)效率，讓普通風(fēng)機(jī)盤(pán)管處于干工況下運(yùn)行，以選擇到合理的風(fēng)機(jī)盤(pán)管，匹配較小顯熱負(fù)荷的室內(nèi)場(chǎng)所。當(dāng)供水溫度在14-16℃之間時(shí)，每上升1℃，供冷量約下降10%，17℃以上，每上升1℃，供冷量約下降17%，可以采用干盤(pán)管來(lái)匹配新風(fēng)所能提供負(fù)荷室內(nèi)絕大部分顯熱負(fù)荷和少量潛熱負(fù)荷。

 

　　對(duì)于干式風(fēng)機(jī)盤(pán)管，在標(biāo)準(zhǔn)供回水溫度16℃-21℃條件下，通過(guò)有針對(duì)性的設(shè)備研發(fā)，其顯熱冷量比常規(guī)風(fēng)機(jī)盤(pán)管高出24%-58%，顯然干風(fēng)機(jī)盤(pán)管相對(duì)于風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況運(yùn)行，更適合室內(nèi)顯熱較大的場(chǎng)所。圖三為以上闡述干盤(pán)管干、濕工況運(yùn)行，或者風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況運(yùn)行的焓濕圖，新風(fēng)處理到滿足夏季祛除濕負(fù)荷狀態(tài)（圖中新風(fēng)降溫過(guò)程為熱回收+冷水降溫除濕的共同作用）。

圖3 干風(fēng)機(jī)盤(pán)管干、濕工況運(yùn)行/風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況運(yùn)行焓濕圖

 

　　2.3直膨新風(fēng)機(jī)+VRV組成系統(tǒng)組成的新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)

　　兩級(jí)除濕的直膨新風(fēng)機(jī)，采用顯熱或全熱交換+一級(jí)直膨降溫除濕+二級(jí)直膨降溫除濕，可以將新風(fēng)處理到95%與6g/kg（a）的交點(diǎn)。無(wú)錫市下轄江陰市的江南大學(xué)行政樓和南京師范大學(xué)附屬幼兒園項(xiàng)目均采用了采用了直膨新風(fēng)處理機(jī)組+VRV空調(diào)的新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)方式，其新風(fēng)優(yōu)先運(yùn)行的模式，新風(fēng)負(fù)荷不足時(shí)開(kāi)啟VRV室內(nèi)機(jī)來(lái)共同承擔(dān)相應(yīng)負(fù)荷。二級(jí)除濕帶有冷凝熱回收的再熱功能，可免費(fèi)提高送風(fēng)溫度，保證更好的送風(fēng)舒適性和可調(diào)節(jié)性。圖四為江南大學(xué)行政樓兩級(jí)直膨新風(fēng)機(jī)的空氣處理過(guò)程（屋頂集中新風(fēng)機(jī)組采用了全顯熱交換設(shè)備）。

圖4 顯熱回收+兩級(jí)直膨+再熱新風(fēng)機(jī)空氣處理過(guò)程焓濕圖

　?。ㄗⅲ篧為室外狀態(tài)點(diǎn)；W1為室外空氣經(jīng)板翅熱回收后的出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；N為室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)；O為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；L1為一級(jí)表冷 除濕后的出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；L2為二級(jí)表冷除濕后的出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；tN、tw、tw1、tO分別為室內(nèi)、室外、室外空氣經(jīng)板翅熱回收后的出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)、送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的干球溫度；tws為室外濕球溫度；dw、dw1、dL1、dL2分別為室外狀態(tài)點(diǎn)、室外空氣經(jīng)板翅熱回收后的出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)、一級(jí)、二級(jí)表冷除濕后出風(fēng)點(diǎn)的含濕量；hL1、hL2分別為一、二級(jí)表冷除濕后出風(fēng)點(diǎn)的比焓。）

 

　　直膨新風(fēng)機(jī)+VRV組成的新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)，其中新風(fēng)機(jī)組冷凝熱可以免費(fèi)提升送風(fēng)溫度，具有新風(fēng)送風(fēng)溫度可調(diào)節(jié)性的優(yōu)勢(shì)，但其VRV系統(tǒng)部分不能象水系統(tǒng)一樣靈活調(diào)節(jié)供水溫度進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供冷量。

 

　　04、熱泵+模式下超低能耗建筑冷熱源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　基于新風(fēng)優(yōu)先運(yùn)行的新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)在超低能耗建筑系統(tǒng)中應(yīng)用的諸多中小型項(xiàng)目案例，其末端形式均能很好匹配超低能耗低負(fù)荷需求的本質(zhì)。在徐偉大師提倡的“熱泵+”模式下的空調(diào)冷熱源方式和超低能耗提倡可再生能源利用的雙重要求下，采用兩種出水溫度的“風(fēng)冷+風(fēng)冷”，或“地源+地源”，或“地源+風(fēng)冷”組合，均能很好的匹配到超低能耗建筑采用新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)中去。風(fēng)冷熱泵和地源熱泵機(jī)組的出水溫度均可以輕松實(shí)現(xiàn)在7℃-18℃范圍內(nèi)運(yùn)行調(diào)節(jié)。基于此原則，對(duì)于大型超低能耗項(xiàng)目，高效冷凍機(jī)房技術(shù)同樣能得到更好的實(shí)施與應(yīng)用：

　　1）在利用空間不均勻系統(tǒng)降低負(fù)荷和超低能耗建筑負(fù)荷大大降低，雙重作用下，機(jī)房規(guī)模、容量大大減?。?/div>