曲疆

(河北拓樸建筑設(shè)計有限公司山西分公司，山西 太原 030000)

建筑行業(yè)在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展背景下，迎來新的發(fā)展機(jī)遇。但同時，建筑行業(yè)發(fā)展，面臨著一系列挑戰(zhàn)，例如，在暖通設(shè)計方面往往存在能源消耗大、工作效率低、系統(tǒng)設(shè)計不合理等問題。無法達(dá)到碳達(dá)峰、碳中和要求。為提升能源利用效率，合理、科學(xué)設(shè)計暖通系統(tǒng)，有助于降低暖通碳排放量。

1 工程概況

以某住宅小區(qū)為例，該工程總占地面積為43 629.2m2，總建筑面積為162 468.25m2。建筑總層數(shù)在17～26層，建筑高度在49.8～71.3m之間。通過前期的市場調(diào)研以及專家小組討論，該工程采用的是輻射空調(diào)系統(tǒng)，其特點在于溫濕度相對獨立?？照{(diào)冷熱源為地源熱泵機(jī)，末端為毛細(xì)管輻射系統(tǒng)。

2 暖通冷熱源設(shè)計

2.1 冷源

由于該小區(qū)屬于住宅小區(qū)，對空調(diào)的工作要求為能夠24h全天使用，新風(fēng)和生活熱水也需要不間斷供應(yīng)，所以能源的消耗較大。為滿足“雙碳”發(fā)展要求，提高建筑的節(jié)能性，空調(diào)冷源和熱源的控制使用的是熱回收型高溫地源熱泵機(jī)組。熱回收型高溫地源熱泵機(jī)組依據(jù)該小區(qū)的冬季的實際需求進(jìn)行熱量的選取，夏季冷源不充足的位置則要求配備常規(guī)的高溫型冷水機(jī)組。如果熱回收型高溫地源熱泵機(jī)組儲熱水箱出現(xiàn)未超過40℃的情況，應(yīng)采用熱回收型高溫?zé)岬卦礋岜脵C(jī)組。其余熱回收系統(tǒng)要及時開啟，確?？照{(diào)在制冷的過程中能夠為生活的熱水預(yù)熱。

一旦儲熱水箱中的水位超過指定范圍達(dá)到最高水位，則要即刻停止熱回收功能，隨著空調(diào)冷負(fù)荷的增大，要重視冷水機(jī)組的開啟工作。常規(guī)型高溫冷水機(jī)組熱回收地源熱泵機(jī)組一般無法開啟熱回收功能，此時要利用冷水機(jī)組完成相關(guān)工作。在負(fù)荷不斷增大的過程中，應(yīng)保證地源熱泵開啟順序，防止土壤因熱量過多而發(fā)生失衡問題。與此同時，為降低熱回收機(jī)組啟停頻率過快，盡量降低儲熱水箱容積，熱回收循環(huán)水泵流量高于20L/min，水溫保持在40℃。當(dāng)熱水箱中溫度較低時，要立即啟動地源熱泵機(jī)組的回收功能。在初始狀態(tài)下的儲熱水箱水溫要低于12℃，滿足上述條件后，最后啟動熱回收機(jī)組熱回收功能[1]。

2.2 熱源

該住宅小區(qū)的地源熱泵機(jī)組向空調(diào)提供熱源，由于該小區(qū)對供熱有著較高的要求，所以，為避免地埋管換熱器因需要長期工作而造成換熱率不高，施工建筑人員在暖通設(shè)計方面加入了燃?xì)忮仩t，并將其作為生活熱水輔助熱源，增加燃?xì)忮仩t供熱量。生活用水一般來源于地源熱泵機(jī)組和熱水鍋爐加熱兩個方面。夏季、秋季的自來水在地源熱泵機(jī)組熱回收端的溫度一般要控制在40～45℃之間，將自來水存儲在蓄熱水箱中，在板式換熱器的作用下將溫度提高到65℃。該小區(qū)的冬季生活熱水量都由燃?xì)忮仩t承擔(dān)，儲熱水箱和恒溫水箱溫度保持在65℃左右。兩個水箱為居民的日常生活提供充足的熱水量?？照{(diào)冷熱源原理如圖1所示。

圖1 空調(diào)冷熱源原理

地源熱泵主要是向空調(diào)熱負(fù)荷以及生活余熱水提供熱量。如果地源熱泵機(jī)組熱效率不高，應(yīng)保證熱水鍋爐能完成基本的生活用水供給。

3 室外供熱

3.1 熱源供暖規(guī)模

該小區(qū)不僅是住宅小區(qū)，而且小區(qū)規(guī)模較大，因此，低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的應(yīng)用尤為必要，散熱器的采暖系統(tǒng)供熱規(guī)模往往較大。該小區(qū)的換熱站系統(tǒng)設(shè)計過程中，不僅要滿足小區(qū)的供熱要求，還要滿足后續(xù)的管理和室外景觀要求。所以，可以在負(fù)荷中心的位置設(shè)置熱交換站，供熱管線以同程式分布為主，符合水力平衡的要求。但在實際的應(yīng)用過程中，異程式系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性更高。因此，室外供熱系統(tǒng)管網(wǎng)采用異程式設(shè)計，針對環(huán)路遠(yuǎn)近差異性較大的問題，則通過適當(dāng)增加末端管徑的方式予以解決。

3.2 平衡閥設(shè)置

對于平衡閥的設(shè)計，由于室外供熱網(wǎng)管的復(fù)雜性較強(qiáng)，因此主要在供熱系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置靜態(tài)平衡閥，有效解決水力失衡問題。靜態(tài)平衡閥旨在改善環(huán)路剩余壓頭，避免水流量過高。水系統(tǒng)設(shè)計重點為計算管網(wǎng)支路水力平衡，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行平衡閥的選擇。動態(tài)平衡閥的設(shè)置則要依據(jù)室外管網(wǎng)水力平衡、建筑物內(nèi)供暖系統(tǒng)所使用的調(diào)節(jié)方法來決定。熱網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)性、靈活性對閥門的調(diào)節(jié)對閥門調(diào)節(jié)的要求較高，所以在設(shè)計過程中，應(yīng)保持管路設(shè)計的均勻性，最大程度降低管網(wǎng)壓降，保證系統(tǒng)壓降在一定范圍內(nèi)，提升管網(wǎng)水力可靠性。但在實際的設(shè)計過程中，一些設(shè)計人員對系統(tǒng)比摩阻認(rèn)識存在誤區(qū)，導(dǎo)致供暖系統(tǒng)比摩阻較小的系統(tǒng)，該種方式對系統(tǒng)的運(yùn)行具有一定的局限性。管路的比摩組一般要根據(jù)主干線各管段比摩組予以確定，分支管路的比摩組則應(yīng)依據(jù)分支管段起終點壓力降決定。在設(shè)計的過程中，末端設(shè)備阻力較大的情況下，系統(tǒng)發(fā)生失衡的概率較小，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和低溫地板輻射采暖的阻力損失也較小[2]。

4 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

4.1 風(fēng)量選擇

新風(fēng)系統(tǒng)是暖通設(shè)計的重要組成部分，該工程中新風(fēng)系統(tǒng)以置換式通風(fēng)系統(tǒng)為主，即由下向上排出新風(fēng)。該種方式能夠極大滿足“雙碳”發(fā)展要求，在新風(fēng)機(jī)組的選擇上，以預(yù)冷型熱回收溶液調(diào)濕機(jī)組為主。夏季送入到室內(nèi)的新風(fēng)干球溫度通常在16～20℃的范圍內(nèi)，濕度則保持在60%。為避免小區(qū)房屋室內(nèi)出現(xiàn)房間結(jié)露問題，設(shè)計人員在設(shè)計階段就應(yīng)考慮室外熱濕空氣對空調(diào)房間的影響，減少室外熱濕空氣進(jìn)入空調(diào)的可能性，確保空調(diào)中的密閉效果。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，新風(fēng)量通常應(yīng)做好新風(fēng)量需求和除濕新風(fēng)量值。室外設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 室外設(shè)計參數(shù)

4.2 新風(fēng)控制

對于新風(fēng)控制系統(tǒng)來說，主要采用的是分段式送風(fēng)，在此過程中保證氣流是從下向上排送。在該工程中，新風(fēng)機(jī)設(shè)置在了屋頂。室外新風(fēng)在完成機(jī)組冷卻和除濕后，將立即送入新風(fēng)豎井內(nèi)，保證新風(fēng)輸送的有效性。室內(nèi)新風(fēng)支管設(shè)置在豎井周圍，經(jīng)過集管后送入到房間。在此過程中，只需要在廚房、衛(wèi)生間設(shè)置排風(fēng)口。房間排風(fēng)口設(shè)置于房頂，通過起居室統(tǒng)一輸送到排風(fēng)豎井內(nèi)排向室外。新風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。該工程新風(fēng)機(jī)組運(yùn)用了預(yù)冷式熱泵型溶液調(diào)濕機(jī)組。受到季節(jié)因素的影響，溶液調(diào)濕型風(fēng)機(jī)也將發(fā)生一定的改變。對于新風(fēng)控制系統(tǒng)來說，由于夏季溫度過高且容易出現(xiàn)暴雨等天氣，因此，新風(fēng)機(jī)組的預(yù)冷除濕功能應(yīng)長期處于開啟狀態(tài)。低溫低濕空氣進(jìn)入房間后的送風(fēng)干球溫度控制在16～20℃范圍內(nèi)，相對濕度保持在60%。在氣象條件不穩(wěn)定，當(dāng)氣候較為極端時，送風(fēng)溫度一般在12～15℃左右。在秋季，地?zé)嵩幢脵C(jī)無需開啟，而冬季則需要開啟預(yù)熱、加濕功能，此時的壓縮機(jī)無需啟動。

圖2 新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行圖

5 毛細(xì)管輻射設(shè)計

在毛細(xì)管輻射設(shè)計方面，該工程采用的是共用立管分戶獨立循環(huán)雙管系統(tǒng)，并將其放置在豎井中。為最大程度降低工程建設(shè)成本，毛細(xì)管安裝在結(jié)構(gòu)板樓下，完成毛細(xì)管安裝后應(yīng)及時抹灰，保證安裝效果。供回水管包括自分水器、集水器兩種，建筑房屋內(nèi)以并聯(lián)為主。屋內(nèi)不同房間要安裝帶有露點保護(hù)溫度控制器，在分集水器的支路上安裝相應(yīng)的電動閥通斷，滿足房間對濕度、溫度的要求[3]。

6 暖通技術(shù)應(yīng)用

6.1 能耗傳輸技術(shù)

傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計能源損耗較大，尤其在傳輸過程中更是進(jìn)一步增加了能源的消耗量。而在“雙碳”發(fā)展背景下，對能源消耗量有著嚴(yán)格的要求。所以，為保證“雙碳”背景下暖通空調(diào)設(shè)計的科學(xué)性、合理性，需要不斷提升能源的轉(zhuǎn)化效率，降低能源的損耗率。該工程中，暖通空調(diào)的設(shè)計人員在設(shè)計時一方面從暖通空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)流速、風(fēng)機(jī)以及水泵等方面開展了優(yōu)化、完善工作，保障暖通空調(diào)的實際參數(shù)信息保持在合理的范圍內(nèi)，最大程度降低暖通空調(diào)在實際運(yùn)行中產(chǎn)生大量的能源排放。另一方面，暖通空調(diào)的設(shè)計人員選擇了具有高傳輸率、低耗能的介質(zhì)，減少能源傳輸過程中損耗量，提升能源的利用效率。對于暖通空調(diào)來說，低碳清潔技術(shù)能夠有效優(yōu)化能源的傳輸效率。運(yùn)用現(xiàn)代化的智能化信息技術(shù)，實現(xiàn)建筑室內(nèi)的空氣流量、溫室氣體排放以及溫濕度的動態(tài)、全過程監(jiān)測，空調(diào)在使用過程中出現(xiàn)能源消耗量高于警戒線，暖通空調(diào)可達(dá)到自動切斷傳輸開關(guān)的效果。

6.2 內(nèi)部水循環(huán)技術(shù)

暖通空調(diào)在運(yùn)行中，內(nèi)部水資源再循環(huán)過程中將產(chǎn)生大量的熱量，該住宅小區(qū)對空調(diào)的使用時間有著較高的要求，因此暖通空調(diào)的使用效率將影響小區(qū)居民的使用需求。因此，暖通空調(diào)設(shè)計階段就應(yīng)重視水資源循環(huán)系統(tǒng)管道的科學(xué)、合理連接，從而在水資源循環(huán)路徑、水壓以及溫度方面實現(xiàn)低碳、環(huán)保的目的，滿足“雙碳”要求。水質(zhì)過硬將對水循環(huán)效率也具有一定的不良影響，其原因在于硬水的長時間堆積，將在管道中形成大量水垢，管道極易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，對水流的正常通過產(chǎn)生消極作用。為避免上述問題的出現(xiàn)，設(shè)計人員可以從管道設(shè)計入手，逐步提升內(nèi)部循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用頻率，以優(yōu)化管道連接的方式使得水資源內(nèi)部循環(huán)能夠流暢運(yùn)行，水資源的熱能傳遞的效果得到保障。該工程中，水資源正式循環(huán)前對水質(zhì)情況予以全面、系統(tǒng)化檢測，最大程度確保水資源的硬度符合循環(huán)要求，防止管內(nèi)水垢堆積嚴(yán)重[4]。

6.3 太陽能節(jié)能技術(shù)

近年來，隨著清潔、環(huán)保能源的開發(fā)，人們逐漸認(rèn)識到太陽能節(jié)能技術(shù)作為環(huán)保型能源的積極作用。將其應(yīng)用到住宅暖通空調(diào)設(shè)計中，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的高效利用。與此同時，由于太陽能的供暖結(jié)構(gòu)相對簡單，主要是由集熱器、循環(huán)控制系統(tǒng)組成，因此能夠達(dá)到熱量全面系統(tǒng)收集的效果，通過轉(zhuǎn)化自然界能量的方式，實現(xiàn)“雙碳”發(fā)展目標(biāo)。在此過程中，該工程的設(shè)計人員借助了循環(huán)和地板采暖系統(tǒng)，在短時間內(nèi)實現(xiàn)熱水的循環(huán)流動，達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。由于環(huán)境保護(hù)與暖通空調(diào)存在一定的矛盾性，為保證暖通空調(diào)在運(yùn)行過程中符合“雙碳”目標(biāo)要求，應(yīng)重視綠色、環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用，最大限度滿足人們生活需求，實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約的發(fā)展目標(biāo)。為我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。除此之外，氣候條件具有一定的復(fù)雜性，雨雪天氣下，太陽能技術(shù)的實際應(yīng)用能力不斷降低，但暖通控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用可對能源實現(xiàn)自動切換。所以，冬季或夏季都能對建筑室內(nèi)的溫度進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)，滿足居民對暖通空調(diào)的需求。一直以來，太陽能技術(shù)的最大優(yōu)勢還在于成本投入低，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)起到積極作用的同時，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化[5]。

7 結(jié)語

在“雙碳”背景下實現(xiàn)暖通空調(diào)的有效設(shè)計，不僅能夠提升居民的生活質(zhì)量，還有助于實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展要求。在此過程中，要注重地?zé)嵩幢孟到y(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)以及毛細(xì)管輻射系統(tǒng)的有效應(yīng)用，從不同的角度優(yōu)化和完善暖通空調(diào)設(shè)計方案。在提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的基礎(chǔ)上，符合“雙碳”目標(biāo)下對清潔能源、可再生能源的應(yīng)用要求。所以，住宅小區(qū)的暖通設(shè)計，一方面要保證系統(tǒng)的安全性、可靠性，另一方面還需要注重系統(tǒng)能夠長期、穩(wěn)定運(yùn)行，為改善居民的生活質(zhì)量提供支持。