張凱 高建會(huì)

【摘要】環(huán)境一體機(jī)除了具備提供新風(fēng)、凈化空氣等功能外，還可以實(shí)現(xiàn)供暖和制冷;同時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)智能監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣品質(zhì)、溫度，并做到智能調(diào)節(jié)和自動(dòng)運(yùn)行。本文以我國(guó)常見(jiàn)的單戶住宅為例，對(duì)環(huán)境一體機(jī)在被動(dòng)式超低能耗建筑項(xiàng)目的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，為類似被動(dòng)式超低能耗建筑項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境一體機(jī);供暖;制冷;暖通設(shè)計(jì)

眾所周知，被動(dòng)式超低能耗建筑是高效節(jié)能建筑和高度舒適性建筑。為保持被動(dòng)式超低能耗建筑內(nèi)部高度的舒適性，需配備帶有高效熱回收功能的新風(fēng)設(shè)備，以保證室內(nèi)空氣的品質(zhì)。但是對(duì)于某些氣候區(qū)，僅僅依靠新風(fēng)設(shè)備高效的熱回收裝置很難保持室內(nèi)舒適的溫度，依然需要提供主動(dòng)的供暖和制冷設(shè)備。被動(dòng)式超低能耗建筑兼具優(yōu)異的保溫性能和高度的氣密性能。在門窗關(guān)閉的情況下，僅依靠空氣滲透提供的新鮮空氣不能滿足人體生理活動(dòng)需求，所以必須配置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)也就是新風(fēng)系統(tǒng)，持續(xù)為室內(nèi)提供足量的新風(fēng)來(lái)保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適性。

當(dāng)前，圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能不斷提升，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷占整個(gè)被動(dòng)式超低能耗建筑總負(fù)荷越來(lái)越小，新風(fēng)負(fù)荷所占比例越來(lái)越大。環(huán)境一體機(jī)采用高效熱回收裝置可以有效減少新風(fēng)冷熱損失75%以上，同時(shí)兼具制冷和制熱功能，可實(shí)現(xiàn)健康、舒適和超低能耗的目標(biāo)。

1.被動(dòng)式超低能耗建筑對(duì)設(shè)備的實(shí)際需求

1.1對(duì)制冷制熱的需求

我國(guó)國(guó)土面積幅員遼闊，從南到北跨越的氣候區(qū)為溫和地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)等，僅僅依靠新風(fēng)系統(tǒng)不能滿足被動(dòng)式超低能耗建筑居住環(huán)境要求，還需要輔助的制冷和制熱功能。

1.2對(duì)設(shè)備功能的要求

設(shè)備應(yīng)具有智能和自動(dòng)控制功能，可實(shí)時(shí)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、二氧化碳濃度、PM2.5濃度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，使室內(nèi)環(huán)境始終保持在健康、舒適的水平，同時(shí)兼顧節(jié)能效果。

2工程實(shí)例

2.1設(shè)計(jì)概況

2.1.1工程概況

高碑店奧潤(rùn)順達(dá)被動(dòng)式專家公寓樓位于河北省高碑店市國(guó)家建筑節(jié)能技術(shù)國(guó)際創(chuàng)新園內(nèi)，屬于河北建筑節(jié)能設(shè)計(jì)氣候分區(qū)寒冷（B）區(qū)，是經(jīng)過(guò)德國(guó)被動(dòng)房研究院PHI認(rèn)證的被動(dòng)房。該公寓為住宅建筑，剪力墻結(jié)構(gòu)，地下一層、地上九層，建筑面積8016m2。

2.1.2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)（見(jiàn)表1）

2.1.3冷熱負(fù)荷指標(biāo)：熱負(fù)荷指標(biāo)10W/m2，冷負(fù)荷指標(biāo)7W/m2。熱負(fù)荷1.49kW，冷負(fù)荷1.04kW。

2.1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容：室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2新風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)被動(dòng)式超低能耗建筑的特點(diǎn)和本工程實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)選用戶式新風(fēng)系統(tǒng)，在為室內(nèi)提供新風(fēng)的同時(shí)，還可為室內(nèi)提供冷熱源，保證室內(nèi)溫濕度處于設(shè)定狀態(tài)。

（2）以選定被動(dòng)式專家公寓樓C戶型進(jìn)行新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。室內(nèi)凈面積148m2。根據(jù)房間功能分析，將新風(fēng)設(shè)備布置在對(duì)噪聲要求不高的儲(chǔ)藏室，吊頂式安裝。將客廳、書(shū)房、臥室作為送風(fēng)區(qū)，廁所作為回風(fēng)區(qū)，走廊和餐廳作為溢流區(qū)，進(jìn)行氣流組織。

（3）衛(wèi)生間設(shè)置新風(fēng)機(jī)強(qiáng)制啟動(dòng)按鈕，在新風(fēng)系統(tǒng)機(jī)不自動(dòng)運(yùn)行的情況下，強(qiáng)制啟動(dòng)達(dá)到衛(wèi)生間通風(fēng)換氣的目的。

（4）智能監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。在客廳設(shè)置主控面板，集中顯示各房間溫濕度參數(shù);在各個(gè)房間設(shè)置探測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)溫濕度和PM2.5濃度。當(dāng)有參數(shù)超標(biāo)時(shí)，探測(cè)器將信號(hào)傳遞給主控面板，主控面板下達(dá)指令給新風(fēng)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整。具體布置見(jiàn)圖1。

（5）對(duì)新風(fēng)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)要求為見(jiàn)表2。

（6）風(fēng)管選擇：選用彩鋼酚醛復(fù)合風(fēng)管，酚醛厚度25mm。

（7）風(fēng)口選擇：送風(fēng)口選擇電動(dòng)雙層百葉形式，回風(fēng)口選擇單層百葉形式。

（8）送、回風(fēng)形式：采用上部側(cè)送風(fēng)形式，頂部回風(fēng)形式。

2.3新風(fēng)量計(jì)算及機(jī)型選擇

2.3.1新風(fēng)量計(jì)算

排風(fēng)量計(jì)算所需新風(fēng)

該戶型有一個(gè)衛(wèi)生間（排風(fēng)量50 m3/h）、一間浴室（排風(fēng)量 70m3/h）。

排風(fēng)量計(jì)算：50+70=120m3;

按照PHI計(jì)算規(guī)則，按面積和計(jì)算新風(fēng)量，見(jiàn)表3;

按照房間人數(shù)計(jì)算新風(fēng)量，見(jiàn)表4;

通過(guò)以上計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量應(yīng)該按排風(fēng)量、按面積計(jì)算新風(fēng)量和按人數(shù)計(jì)算新風(fēng)量的最大值，所以設(shè)計(jì)新風(fēng)量為146m3/h。

2.3.2冷熱負(fù)荷校核

按照PHI要求，被動(dòng)式超低能耗建筑的冷熱負(fù)荷均不能超過(guò)10W/㎡，即本戶型冷熱負(fù)荷最大為1.48kW。

2.3.3設(shè)備選擇

（1）環(huán)境一體機(jī)是一種新型暖通設(shè)備，集新風(fēng)、制冷制熱、智能控制等功能于一體的設(shè)備，能滿足被動(dòng)式超低能耗建筑的實(shí)際需求。

本次選擇的環(huán)境一體機(jī)性能參數(shù)如表5。

（2）設(shè)備參數(shù)校核

經(jīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比，該設(shè)備新風(fēng)量、熱交換效率、制冷和制熱能力、通風(fēng)耗電量和過(guò)濾等級(jí)均滿足要求。

按設(shè)備新風(fēng)量和實(shí)際室內(nèi)空氣凈體積（按實(shí)際層高3.1m計(jì)算），校核實(shí)際換氣次數(shù)，如表6。

當(dāng)為額定新風(fēng)量時(shí)，室內(nèi)換氣次數(shù)為0.32（1/h）>0.3（1/h），滿足被動(dòng)技術(shù)要求。

經(jīng)校核，衛(wèi)生間、淋浴間換氣次數(shù)均滿足暖通規(guī)范要求，衛(wèi)生間換氣次數(shù)不低于3次每小時(shí)，淋浴間換氣次數(shù)應(yīng)當(dāng)大一些即5～6次（《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》）。

環(huán)境一體機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下制熱量為4.1kW，制冷量為3.5kW，在本地區(qū)極端天氣如冬季-15℃時(shí)，機(jī)組的制熱量為3.3kW，所以符合要求。

2.3.4風(fēng)管設(shè)計(jì)

（1）風(fēng)速計(jì)算

《民用建筑供暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50736-2012中規(guī)定，通風(fēng)管道中風(fēng)速與噪聲的關(guān)系如表7。

送風(fēng)管道的干管通過(guò)試算選用200mm×120mm矩形管道，支管選用160mm×120mm、120mm×120mm矩形管道。干管風(fēng)速驗(yàn)算見(jiàn)下表：（見(jiàn)表8）

循環(huán)風(fēng)的最大風(fēng)量風(fēng)速為4.05m/s，對(duì)應(yīng)的噪聲值約為35分貝，雖然超出PHI送風(fēng)區(qū)的噪聲指標(biāo)，但是并未超出《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試運(yùn)行）2015年版》規(guī)定的晝間噪聲指標(biāo)40分貝的范圍，并且循環(huán)風(fēng)最大風(fēng)量使用的概率極低，所以可以認(rèn)為滿足要求。

對(duì)支管160mm×120mm段進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果顯示循環(huán)風(fēng)量在額定狀態(tài)下為2.17m/s，符合國(guó)家規(guī)范，但考慮到此段風(fēng)管在走廊中，所以可以接受，循環(huán)風(fēng)最大風(fēng)量使用頻率低亦可接受，詳見(jiàn)表9：

對(duì)支管120mm×120mm最大風(fēng)量段進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)此段可以滿足，則其他管段沒(méi)有問(wèn)題。詳見(jiàn)10表。

當(dāng)循環(huán)風(fēng)的額定風(fēng)量為92m3/s時(shí)，此時(shí)風(fēng)管的噪聲大約為27.5分貝，由于風(fēng)管不會(huì)穿過(guò)臥室，符合規(guī)范要求，可以采用。

（2）風(fēng)管材料選擇

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，風(fēng)管應(yīng)使用不燃材料，可以選用酚醛鋁箔復(fù)合風(fēng)管、巖棉鋁箔風(fēng)管或彩鋼酚醛復(fù)合風(fēng)管，均為A級(jí)防火材料，均有良好的保溫、防火功能。

（3）氣流組織

送風(fēng)方式為頂部側(cè)送風(fēng)，采用貼附式射流，可以充分利用柯恩達(dá)效應(yīng)，射流較遠(yuǎn)，新鮮空氣可以很快充盈房間的每一個(gè)角落?；仫L(fēng)則通過(guò)掃地縫進(jìn)入到溢流區(qū)，然后進(jìn)入衛(wèi)生間內(nèi)的回風(fēng)口，經(jīng)新風(fēng)機(jī)熱交換后排出室外。

送風(fēng)風(fēng)口選用雙層百葉風(fēng)口，是橫向葉片（可調(diào)節(jié)的）在外、豎向葉片（固定的）在內(nèi)的風(fēng)口，并配有對(duì)開(kāi)式風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。根據(jù)房間制冷和供暖的不同要求，通過(guò)改變橫向葉片的安裝角度，可調(diào)整氣流的仰角或俯角，以此來(lái)調(diào)節(jié)射程。

雙層送風(fēng)百葉風(fēng)口尺寸為120mm×120mm，經(jīng)計(jì)算出口速度最大為2.5m/s，符合規(guī)范要求。

回風(fēng)口采用單層百葉風(fēng)口，且此種風(fēng)口往往與鋁合金網(wǎng)式過(guò)濾器或尼龍過(guò)濾網(wǎng)配套使用，對(duì)空氣有過(guò)濾作用，適合用作回風(fēng)口。

對(duì)回風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算，淋浴間回風(fēng)量較大，以淋浴間回風(fēng)口進(jìn)行驗(yàn)算，最大風(fēng)量為130m3/h，使用20mm×120mm風(fēng)口，回風(fēng)口風(fēng)速為2.5m/s<4m/s，完全符合規(guī)范要求。

循環(huán)風(fēng)口無(wú)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，亦采用單層百葉風(fēng)口，按照回風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)最大風(fēng)量為350m3/h時(shí)，選用矩形風(fēng)口尺寸200mm×160mm，即可滿足要求，此時(shí)風(fēng)速為3m/s。

（4）風(fēng)管水力計(jì)算

選擇最不利風(fēng)管進(jìn)行阻力驗(yàn)算，結(jié)果顯示最不利風(fēng)管的摩擦阻力為12.9pa，局部阻力約為70pa，機(jī)外余壓為120pa，可以滿足要求。

（5）衛(wèi)生間通風(fēng)方案

一般情況下，衛(wèi)生間濁氣會(huì)通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)口排出。但是新風(fēng)機(jī)由于特定情況而處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，衛(wèi)生間的換氣就顯得尤為重要了。在適合開(kāi)窗通風(fēng)的情況下，可以關(guān)閉新風(fēng)機(jī)進(jìn)行自然通風(fēng)換氣，此時(shí)如果需要使用衛(wèi)生間，可以通過(guò)設(shè)置于衛(wèi)生間的手動(dòng)按鈕啟動(dòng)新風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣。

（6）風(fēng)管保溫

經(jīng)計(jì)算，風(fēng)管在冬季和夏季時(shí)，新風(fēng)管道外壁和回風(fēng)管道內(nèi)壁會(huì)有結(jié)露現(xiàn)象出現(xiàn)，所以為防止結(jié)露產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)在對(duì)風(fēng)管進(jìn)行保溫處理。對(duì)圓形風(fēng)管做50mm厚的橡塑保溫，矩形風(fēng)管的酚醛保溫25mm厚。

2.3.5智能監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制

采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，開(kāi)放式物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)手機(jī)APP客戶端遠(yuǎn)程操控。變風(fēng)量運(yùn)行和分區(qū)域控制，可實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)多個(gè)不同區(qū)域的溫濕度、CO2、PM2.5濃度等多項(xiàng)參數(shù)，并據(jù)此自動(dòng)進(jìn)行舒適度的本地和遠(yuǎn)程控制。

通過(guò)中央控制系統(tǒng)（主控面板，一般設(shè)置在客廳）對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與調(diào)節(jié)，每個(gè)送風(fēng)房間單獨(dú)設(shè)置感應(yīng)及顯示面板（顯示面板最多可以安裝9個(gè)），實(shí)時(shí)探測(cè)并顯示室內(nèi)的溫濕度、CO2、PM2.5濃度等指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給新風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制。

衛(wèi)生間內(nèi)還設(shè)有人像紅外檢測(cè)設(shè)備（或開(kāi)關(guān)）。當(dāng)新風(fēng)機(jī)的室內(nèi)機(jī)在進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時(shí)，為了保證衛(wèi)生間內(nèi)的空氣衛(wèi)生環(huán)境，如果有人進(jìn)入衛(wèi)生間，紅外檢測(cè)設(shè)備（或開(kāi)關(guān)）檢測(cè)到人像時(shí)，執(zhí)行新風(fēng)機(jī)強(qiáng)制啟動(dòng)模式，此種模式狀態(tài)不受CO2和PM2.5濃度控制。

為了進(jìn)一步節(jié)能，新風(fēng)一體機(jī)還設(shè)置了旁通的功能。當(dāng)室外環(huán)境滿足被動(dòng)式超低能耗建筑的要求時(shí)，可以在中控面板中選擇旁通選項(xiàng)，室外新風(fēng)將不經(jīng)過(guò)熱交換芯直接送入室內(nèi)。

3.結(jié)論

全球氣候變暖日益嚴(yán)重，我們生活的每一個(gè)細(xì)節(jié)都充滿了“節(jié)能”，建筑節(jié)能顯得越發(fā)重要。在被動(dòng)式超低能耗建筑中使用智能控制的環(huán)境一體機(jī)，可有效控制室內(nèi)舒適度，降低使用能耗，方便暖通設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：河北綠色建筑科技有限公司）

【中圖分類號(hào)】TU83

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）10-0117-03