★大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計院股份有限公司王晶

關(guān)鍵詞：超低能耗；智能新風(fēng)系統(tǒng)；超低能耗建筑

國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推動城鄉(xiāng)建設(shè)綠色發(fā)展的意見》中提出要推動高質(zhì)量綠色建筑規(guī)模化發(fā)展，大力推廣超低能耗、近零能耗建筑，發(fā)展零碳建筑。推動區(qū)域建筑能效提升，降低建筑運(yùn)行能耗、水耗，大力推動可再生能源應(yīng)用。

什么是超低能耗建筑呢？超低能耗建筑是一種注重能源效率和環(huán)境可持續(xù)性的建筑形式，其設(shè)計目標(biāo)是在滿足建筑功能需求的同時，最大程度地降低能源消耗和環(huán)境影響。

隨著被動式超低能耗建筑的發(fā)展，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能及建筑整體的氣密性能大幅提升，建筑能耗水平明顯下降。然而，建筑本體的高氣密性使得室內(nèi)出現(xiàn)新風(fēng)不足、污染物濃度過高等一系列問題，此時機(jī)械通風(fēng)成為被動式超低能耗居住建筑強(qiáng)化新風(fēng)補(bǔ)給的重要途徑，而新風(fēng)量的提升必將引發(fā)建筑的能耗隨之增長。傳統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計選型，是先計算新風(fēng)系統(tǒng)覆蓋的建筑內(nèi)各個房間的人員最大新風(fēng)需求量，然后將計算的各個房間的人員最大新風(fēng)需求量疊加求和，以此作為這個新風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)組選型的依據(jù)。然而這種設(shè)計方案忽略了建筑物內(nèi)人員是流動的這一特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的設(shè)計往往造成新風(fēng)機(jī)組選型偏大，整個新風(fēng)系統(tǒng)能耗增加。如果考慮人員流動性的特點(diǎn)，按照整個建筑人員數(shù)作為新風(fēng)機(jī)組選型依據(jù)，每個房間新風(fēng)分配量就成了一個難題，由于人員流動的隨機(jī)性，分配不好，就會造成有的房間新風(fēng)量不足，而有的房間新風(fēng)量浪費(fèi)。

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，需要提供一種適用于超低能耗建筑、可以根據(jù)人員實(shí)際需求自動調(diào)節(jié)房間新風(fēng)量的低能耗新風(fēng)系統(tǒng)。

1　低能耗新風(fēng)系統(tǒng)的組成

低能耗主要圍繞圍護(hù)結(jié)構(gòu)、能源和設(shè)備系統(tǒng)、照明、智能控制、可再生能源利用等幾個方面進(jìn)行思考，結(jié)合新風(fēng)系統(tǒng)的組成及相關(guān)特點(diǎn)，將兩者相結(jié)合，尋找融合點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題，補(bǔ)齊短板，對系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)化、科學(xué)化、智能化改造升級，提高人們的使用體驗(yàn)。

適用于超低能耗建筑、可以根據(jù)人員實(shí)際需求自動調(diào)節(jié)房間新風(fēng)量的低能耗新風(fēng)系統(tǒng)主要包括以下構(gòu)件：

（1）熱回收新風(fēng)機(jī)組（新、排風(fēng)風(fēng)機(jī)均為變頻可調(diào)節(jié)）；

（2）與新風(fēng)機(jī)組連接的用于送新風(fēng)的新風(fēng)管道和用于排風(fēng)的排風(fēng)管道；

（3）新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)出口設(shè)置的壓力傳感器；

（4）進(jìn)入每個房間新風(fēng)分支管道上的電動調(diào)節(jié)閥；

（5）每個房間設(shè)置的CO₂濃度探測器；

（6）對整個新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分析控制的處理器模塊。

2　低能耗新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計思路

適用于超低能耗建筑、可以根據(jù)人員實(shí)際需求自動調(diào)節(jié)房間新風(fēng)量的低能耗新風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)計思路如下：

根據(jù)整個建筑內(nèi)實(shí)際人員的數(shù)量計算人員所需的新風(fēng)量，以此作為選擇熱回收新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量參數(shù)的依據(jù)。

根據(jù)每個房間最大人員設(shè)定數(shù)確定進(jìn)入房間的新風(fēng)支管道尺寸與相應(yīng)的新風(fēng)口尺寸。

根據(jù)之前確定的新風(fēng)支管道尺寸匹配相應(yīng)的電動調(diào)節(jié)閥規(guī)格。

低能耗新風(fēng)系統(tǒng)的主要構(gòu)件選型完成，然后將選配的熱回收新風(fēng)機(jī)組、新風(fēng)管道、排風(fēng)管道、壓力傳感器、電動調(diào)節(jié)閥、CO₂濃度探測器連接，系統(tǒng)搭建完成。

低能耗新風(fēng)系統(tǒng)主要的運(yùn)行邏輯如圖1所示。

圖1 低能耗新風(fēng)系統(tǒng)控制原理圖

設(shè)置于房間內(nèi)的CO₂濃度探測器監(jiān)測房間的CO₂濃度，然后將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸給處理器。

處理器接收到房間的CO₂濃度數(shù)據(jù)后，將這一數(shù)據(jù)與設(shè)定好的房間CO₂濃度閾值進(jìn)行比較。通過分析判斷，確定房間內(nèi)實(shí)際人員的數(shù)量以及房間內(nèi)實(shí)際所需要的新風(fēng)量。

處理器確定房間實(shí)際新風(fēng)量后，進(jìn)一步給進(jìn)入房間的新風(fēng)支管管道上的電動調(diào)節(jié)閥下達(dá)指令，控制電動調(diào)節(jié)閥閥體開度，以此調(diào)節(jié)進(jìn)入房間的實(shí)際新風(fēng)量。

如果整個建筑內(nèi)的實(shí)際人員數(shù)發(fā)生變化，例如辦公建筑臨近上下班時段，建筑內(nèi)實(shí)際人員數(shù)減少，房間電動調(diào)節(jié)閥閥體開度相應(yīng)減小，造成整個新風(fēng)管道內(nèi)壓頭增加，新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)出口設(shè)置的壓力傳感器檢測新風(fēng)管道的風(fēng)壓，將數(shù)據(jù)傳輸給處理器。處理器將接收到的新風(fēng)管道的風(fēng)壓數(shù)據(jù)與設(shè)定不同新風(fēng)量的風(fēng)壓閾值做比較，通過分析確定整個建筑實(shí)際需要的新風(fēng)量。

處理器確定整個建筑實(shí)際需要的新風(fēng)量后，進(jìn)一步給熱回收新風(fēng)機(jī)組下達(dá)指令，控制新風(fēng)機(jī)組內(nèi)風(fēng)機(jī)（包括新風(fēng)風(fēng)機(jī)和回風(fēng)風(fēng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速，以此調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組的總風(fēng)量，從而降低新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行功率。

3　低能耗新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

將上述低能耗新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目上，對該新風(fēng)系統(tǒng)能耗進(jìn)行監(jiān)測，以此來驗(yàn)證低能耗新風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

案例建筑功能為辦公建筑，位于遼寧省大連市，地上3層，建筑朝向南偏東45度，總建筑面積為1134m²，建筑高度為11.4m。低能耗新風(fēng)系統(tǒng)的布置具體如圖2所示。

圖2 低能耗新風(fēng)系統(tǒng)布置平面圖

參見圖2，低能耗新風(fēng)系統(tǒng)包括熱回收新風(fēng)機(jī)組①，與新風(fēng)機(jī)組①連接用于送新風(fēng)的新風(fēng)管道③和用于排風(fēng)的排風(fēng)管道、新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)出口設(shè)置的壓力傳感器⑤、進(jìn)入每個房間新風(fēng)分支管道上的電動調(diào)節(jié)閥②、每個房間設(shè)置的CO₂濃度探測器④，所述低能耗新風(fēng)系統(tǒng)還包括對整個新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分析控制的處理器模塊⑥。

熱回收新風(fēng)機(jī)組①設(shè)計選型根據(jù)整個建筑人員所需的新風(fēng)量確定的，然后根據(jù)每個房間最大人員設(shè)定數(shù)確定進(jìn)入房間新風(fēng)支管道③的尺寸。

參見圖2，由于房間人員變動，造成房間內(nèi)的CO₂濃度發(fā)生變化，房間內(nèi)的CO₂濃度探測器④監(jiān)測房間CO₂濃度變化，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸給處理器⑥，處理器⑥接收到房間內(nèi)CO₂濃度數(shù)據(jù)開始與設(shè)定的房間CO₂濃度閾值做比較，通過分析、判斷房間內(nèi)實(shí)際人員數(shù)量及房間實(shí)際所需要的新風(fēng)量，然后處理器⑥給進(jìn)入房間的新風(fēng)支管道上的電動調(diào)節(jié)閥②下達(dá)指令，控制電動調(diào)節(jié)閥②閥體開度，以此調(diào)節(jié)進(jìn)入房間的實(shí)際新風(fēng)量。例如房間6（開敞辦公區(qū)）的人員集中進(jìn)入到房間1（會議室）開會，系統(tǒng)將根據(jù)人員變化調(diào)整兩個房間電動調(diào)節(jié)閥②閥體開度，即房間6（開敞辦公區(qū)）的電動調(diào)節(jié)閥開度減小，房間1（會議室）的電動調(diào)節(jié)閥開度增加，保證每個房間新風(fēng)量的同時，新風(fēng)系統(tǒng)總風(fēng)量不變。

如果整個建筑內(nèi)的實(shí)際人員數(shù)發(fā)生變化，例如辦公建筑臨近上下班時段，建筑內(nèi)實(shí)際人員數(shù)減少，房間電動調(diào)節(jié)閥閥體②開度相應(yīng)減小，造成整個新風(fēng)管道內(nèi)壓頭增加，新風(fēng)機(jī)組①新風(fēng)出口設(shè)置的壓力傳感器⑤檢測新風(fēng)管道的風(fēng)壓，將數(shù)據(jù)傳輸給處理器⑥，處理器⑥將接收到的新風(fēng)管道的風(fēng)壓數(shù)據(jù)與設(shè)定不同新風(fēng)量的風(fēng)壓閾值做比較，通過分析確定整個建筑實(shí)際需要的新風(fēng)量，處理器⑥給熱回收新風(fēng)機(jī)組①下達(dá)指令，控制新風(fēng)機(jī)組①內(nèi)風(fēng)機(jī)（包括新風(fēng)風(fēng)機(jī)和回風(fēng)風(fēng)機(jī)）轉(zhuǎn)速，以此調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組的總風(fēng)量，降低新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行功率。

對案例建筑改造前后的新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行能耗進(jìn)行全年監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

表1 案例建筑改造前后新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行能耗

根據(jù)表1計算可得，對于案例建筑，改造后的低能耗新風(fēng)系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)每年運(yùn)行能耗節(jié)能率為52.65%，節(jié)能效果非?？捎^。

4　結(jié)語

通過上述實(shí)踐應(yīng)用得出，本文論述的智能可控低能耗新風(fēng)系統(tǒng)可以根據(jù)整個建筑內(nèi)人員實(shí)際新風(fēng)需求量，調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足人員新風(fēng)需求的同時降低新風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行功率，實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑節(jié)能的需求。該系統(tǒng)無需人為操作，根據(jù)處理器內(nèi)預(yù)設(shè)的程序便可以根據(jù)房間實(shí)際人員需求，調(diào)節(jié)進(jìn)入房間的新風(fēng)量，提高了人體舒適性，避免浪費(fèi)。因此，該系統(tǒng)可在新風(fēng)系統(tǒng)控制領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。

希望本文論述的智慧可控新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方案，可以給從事相關(guān)領(lǐng)域的工作人員一些啟發(fā)，更加有效地提升綠色、開放、協(xié)調(diào)、共享的超低能耗建筑的發(fā)展理念，多頭并進(jìn)，勇于創(chuàng)新，科學(xué)合理地將相關(guān)技術(shù)進(jìn)行融合，為實(shí)現(xiàn)我國建筑節(jié)能領(lǐng)域碳中和碳達(dá)峰的目標(biāo)做出積極的貢獻(xiàn)。

作者簡介：

王　晶（1985-），女、遼寧大連人，高級工程師，碩士，現(xiàn)任大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計院股份有限公司環(huán)能分院機(jī)電總工，研究方向是暖通空調(diào)、智能控制。

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摘自《自動化博覽》2024年3月刊