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    翠成D23居住公服超低能耗示范項目冬季暖通系統運行調試及數據分析

    • 作者:
    • 中國暖通空調網
    • 發布時間:
    • 2020-01-03

    北京市住宅建筑設計研究院有限公司 果海鳳  胡頤蘅  劉郁林  鄒艾娟  朱小紅  張敏行

           【摘  要】翠成D23居住公服作為全國首批住建部超低能耗示范項目,同時獲德國被動房研究所認證標識項目,已于2016年底建成和投入使用。但按照德國被動房標準建造的低能耗建筑,是否真的舒適、環保、節能和低能耗,并在氣候環境比德國復雜很多的中國落地和實現本土化,還急需實際項目的運行調試和測試數據的支撐和檢驗。本文通過測試翠成D23項目建成使用后經歷的第一個冬季最冷月時的暖通運行數據,包括舒適性指標和能耗指標,并進行數據分析,驗證暖通設計和暖通方案的合理性,測試被動房的舒適性和節能性,積累運行測試和整改提高經驗,為后續被動房項目的咨詢和設計奠定了更加扎實的基礎和自信。

           【關鍵詞】翠成D23被動房、運行調試、最冷月、暖通數據分析

    Abstract: The Cuicheng D23 Passive house, which is certified by the Germany Institute of Passive House(PHI), meanwhile certified by the Housing construction department of China at the first time, was built and put into use at the end of 2016. But whether the low-energy buildings built according to the passive house standards in Germany are really comfortable, energy saving and really low energy consumption in China, whose climate environment is much more complex than Germany, there is also an urgent need for the actual project operation commissioning and testing data support and testing. This paper runs and debugs the HVAC system of the D23 Passive house, tests the comfort index and the energy consumption index, carries on the data analysis to verify the rationality of the HVAC scheme. It provides a solid foundation and confidence for the consultation and design of more passive house projects.
    Key words: Cuicheng D23 Passive house, Running and debugging,The coldest month,Data analysis of HVAC

    1 引言

           源于德國的被動房建筑已經在我國遍地開花,被動房項目的基礎理論研究已日趨成熟和逐步完善。但實際按照德國被動房標準建造的低能耗建筑,是否真的舒適、環保、節能和實現真正的低能耗,并在氣候環境比德國復雜很多的中國落地和實現本土化,還急需實際項目的運行調試和測試數據的支撐和檢驗。

           翠成馨園D23居住公共服務樓作為全國首批住建部超低能耗建筑示范項目,同時獲德國被動房研究所認證標識項目,已于2016年底建成和投入使用。通過測試本項目建成后第一個冬季最冷月的暖通運行數據,包括舒適性指標和能耗指標,并進行后期數據分析,驗證暖通設計和暖通方案的合理性,測試被動房建筑的舒適性和節能性,積累寶貴的運行測試和整改提高經驗,為后續更多的被動房項目的咨詢和設計奠定了更加扎實的基礎和自信。

    2 建筑概況

           本項目位于北京市東南四環外垡頭地區翠成住宅小區D南區。建筑性質為公共建筑,用途為殘疾人康復托養所??偨ㄖ娣e為2519m2,地下一層,地上三層,框架結構。

    圖1整體效果圖

           圖2為本項目的剖面圖,粉色粗線內為被動房范圍,包括地下一層、首層、二層和三層。粉色粗線也是保溫圍護結構和氣密層做法的范圍。

    3 設計參數

           3.1 室外氣象參數

           本項目位于北京地區,屬于寒冷地區A區,冬季應滿足保溫和采暖要求,部分地區兼顧夏季防熱和空調。

           3.2 室內氣象參數

           3.3 圍護結構做法

           3.4 新風量計算

           3.5 負荷計算

    4 暖通空調方案

           4.1 冷熱源

           本工程冷熱源為地源熱泵,設置三臺地源熱泵機組,其中兩臺用于空調系統,夏季制冷、冬季采暖;另一臺用于生活熱水,制冷季和過度季節回收冷量用于空調制冷。

           供冷季機組提供7/12℃供回水,供空調新風機組、風機盤管。供熱季機組提供 45/40℃供回水,供空調新風機組、風機盤管、生活熱水。其中,用于空調系統的地源熱泵機組,額定制冷量57.0Kw,制冷功率10.6Kw;額定制熱量59.7Kw,制熱功率14.7Kw。地源熱泵機組的綜合制冷性能系數SCOP=4.58。另一臺用于生活熱水的地源熱泵機組,額定制熱量11.5Kw,輸入功率4Kw。

           4.2 暖通空調末端

           本項目的空調采暖末端為:風機盤管+新風系統。新風為集中系統,每層設置一臺新風機組;層層取風,層層排風。風機盤管:按不同功能房間設置。新風機組參數如下表所示。

    圖3標準層新風和風盤布置圖

    5 運行調試策略

           5.1 測試時間

           本項目2016年底建成和投入使用,2017年采暖季為其第一個采暖季。本測試時間為:2017.1.30~2018.2.11,共13天。這段時期也為冬季最冷月的兩周。由天氣記錄圖4可知,測試期間最低溫度為-10℃,天氣均較晴好,陽光充足,空氣質量較高。

           5.2 測試對象

           本次測試,測試對象為首層的會議室和殘疾人養老標間,如圖5、6所示。其室外環境監測點位于屋頂電梯機房側墻上。

           暖通系統運行和測試期間,主要的測試數據包括為會議室和殘疾人養老標間的舒適性參數和能耗參數兩部分。

           詳細測試數據如下:

    圖4天氣記錄圖

    圖5 室內監測點

    圖6 室外監測點

           5.3 測試策略

           本項目設有能耗監測平臺,監測平臺通過設置各分項計量裝置,采集不同用能設備的能耗數據,并設置環境傳感器監測室內的各項舒適性指標(溫度、相對濕度、PM2.5 濃度、CO2 濃度、甲醛濃度等),監測數據上傳至服務器存儲,通過平臺系統對各項指標進行綜合判斷,診斷能源狀況。主要測試階段如下表所示。

    6 數據分析

           6.1 舒適性指標

           由圖7可知,測試第一階段,即2017.1.30~2018.2.1,系統未啟動,測定的是室內在無采暖情況下的自然室溫。由圖可知,被動房內由于采用了較厚的保溫、較好的外窗和更好氣密性和斷熱橋做法,當室外最低溫度均在-6℃以下時,室內溫度也能保持在10℃以上。

           2017.2.2~2018.2.8測試階段內,經過3天的加熱,室內溫度上升到18℃左右,達到舒適標準。期間2.2~2.4為風機盤管全部開啟,室內溫度達到舒適溫度20℃后,打開新風機組,逐漸關閉所有風機盤管,測試新風機組的供暖能力。2.5~2.6測試時間內,為全新風運行,由室內溫度比較結果可知,室內溫度從20℃以上開始緩慢下降,這說明,在北京地區最冷月期間,完全靠新風采暖還不能完全滿足室內20℃的舒適標準,需附加風盤等輔助采暖方式。

           同時,能耗平臺測試的會議室溫度一直比殘疾人養老標間的溫度高不到2℃,且會議室比標間溫度上升的快,這主要是由于會議室里有2臺電腦,1臺電視,一直開啟燈具照明,一直有2~3個人員,等,所以內部發熱量比較大,溫度和上升速度都比殘疾人養老標間高。由此可知,如果本建筑完全投入使用,人員、燈光、設備等內部發熱量的作用,其所需熱負荷會繼續降低,更加節能。

           設備開啟測試期間,翠成D23無人使用,沒有人員負荷,可能也是溫度上升緩慢的原因。整個建筑都處于“冷”和“潮濕”狀態。因此,一般建筑在投入使用的前兩年,能耗一般高于穩定運行幾年以后。

    圖7 室內外溫度對比

    圖8室內外相對濕度對比

           圖8為會議室和殘疾人養老標間的室內外相對濕度對比。由圖8可知,北京冬季,寒冷干燥,室外相對濕度均較低,測試期間最高值17.4%,低于最低的舒適標準30%。對于一般普通建筑來說,必須設置加濕措施。但對于被動房來說,測試期間,會議室和殘疾人養老標間的相對濕度均保持在35%以上,均值能保持在55%,雖然沒有加濕措施,但也非常舒適。這主要是由于被動房保溫性好,窗戶氣密性高,整個建筑的氣密性好(翠成D23氣密性測試結果為正負壓差50Pa時建筑換氣次數為0.19次/h),使得室內水汽不會散失,同時受室外氣候影響很小的原因。另一方面,被動房添加了高效帶熱回收的新風系統,且為全熱交換,其全熱交換效率較高,一定程度上保證了室內濕負荷的保持和不會散失。由此證明,被動房良好的氣密性對室內相對濕度的保持發揮了重要的作用。

           同時,測試期間,所有的窗戶均無結露和結霜現象,甚至連水汽也沒有,這一方面是被動房高質量窗戶的作用,另一方面也是被動房良好氣密性的結果。

           測試期間,也有個別窗戶邊上冷風滲透比較嚴重,用手能感覺到有風,測試溫度是12.4℃。說明有的窗戶氣密性沒做好,應該是安裝不仔細不規矩的問題。由此可知,高質量的被動窗和高質量的安裝,對被動房至關重要。

    圖9室內外PM2.5對比

           圖9為室內外PM2.5對比結果。本項目新風系統帶有過濾裝置,PM2.5過濾效率≥90%,即使是霧霾天氣也能保證室內良好的空氣質量。一般認為室內空氣應該達到的最寬松標準為PM2.5≦75µg/m3。由上圖可知,測試期間天氣晴好,其中,2.1、2.7和2.9三天室外PM2.5最高值達到了200,空氣質量較差;其他幾天PM2.5均為100以下。而測試期間的室內PM2.5均在50以下,室內空氣質量均保持較好。由此可見,被動房良好的氣密性,新風系統高效的除霾過濾能力,保證了被動房室內空氣的清新性和高質量性。在北京等冬季霧霾嚴重的地區,高質量建造的高氣密性的被動房,是有效解決室外空氣污染的最佳途徑,也是節能減排和從根本上改善空氣品質的長久之計。

           6.2 能耗指標

    表1電量分析

    圖10 用電量對比

           被動房的建造可以保證室內較高的舒適性,但建造被動房更重要的和最終的目標是達到低能耗和節能特性。測試期間也記錄了翠成項目各個部分消耗的電量和總電量。翠成D23項目為全國首例同時獲得德國被動房研究所(PHI)認證和德國能源署的高能效低能耗建筑標識的項目,同時還列入了住建部首批被動式超低能耗示范項目。按照德國被動房的標準,本項目對應的用電量為282.65(KWh/天)。由電量分析表可知,整個測試期間,其平均耗電量為209.65(KWh/天),完全滿足被動房的要求,具有較好的節能性。但本測試階段為全年最冷季供暖段,2.2~2.8測試時間內,室內溫度保持為18℃,其平均耗電量為408.28(KWh/天),高于被動房的均值。分析原因主要有:一、新建建筑,粗裝修,第一年采暖,建筑內濕度大,能耗消耗高;二、粗裝修,沒有人員負荷,燈光、設備負荷很少,內部發熱低,能耗消耗大;三、冬季采暖季平均能耗高,屬于正?,F象,過渡季節和全年平均值肯定會降低。
    由用電量比較圖10可知,本項目耗電量主要是機房內的地源熱泵機組和循環泵的電量,其他部分耗電量均較低。被動房內新風機組的單位風量耗功率應小于0.45W/(m3/h),其他用電設備選型時,也應選擇高效節能的設備。

    7 結論

           翠成D23項目為全國首例同時獲得德國被動房研究所(PHI)認證和德國能源署的高能效低能耗建筑標識的項目,同時還列入了住建部首批被動式超低能耗示范項目,具有較高的示范效用。冬季測試證明,被動房能夠保證室內較高的舒適性、具有較強的治理室內空氣污染和除霾特性,同時能夠達到較高的節能性。以被動房為起點,建設更多更好的超低能耗建筑,推動我國建筑向更低的能耗目標邁進,達到我國長久的保護環境和節能減排的長遠目標,需要已建成的實際項目的運行調試和測試數據的支撐和經驗總結。

           通過實際測試,切身體會到被動房設計和理論計算固然重要,但高質量的施工和經過培訓的高素質的施工隊伍,也是建造被動房項目成敗的關鍵。如何更好的建造更節能的被動房,施工的精細程度至關重要。

           同時,大力提倡行為節能和后期運行維護的高效合理性,即保證整個項目的設計、施工和運行維護全過程的全生命周期,是建筑節能發展的必然趨勢。

    參考文獻

           [1]《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》[S].中華人民共和國國家標準.2012.
           [2] 德國被動房設計和施工指南[M].北京: 中國建筑工業出版社,2015.
           [3] 被動式超低能耗綠色建筑技術導則[S].中華人民共和國住房和城鄉建設部.2015.
           [4] 果海鳳,胡頤蘅,劉郁林,王國建.被動房新風設計及應用.建設科技,2015.19:30-33.

           備注:本文收錄于第21屆暖通空調制冷學術年會(2018年10月23~27日,中國·三門峽)論文集。版權歸論文作者所有,任何形式轉載請聯系作者。

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