引領低碳時代——“低供能系統”集成技術與工程應用取得顯著成效

本刊記者 趙利平

引領低碳時代
——“低供能系統”集成技術與工程應用取得顯著成效

本刊記者 趙利平

舉世矚目的哥本哈根會議之后，“低碳”概念鋪天蓋地而來，如何切實減少能耗和污染，為可持續發展做貢獻，已經成為各行各業追求的目標。然而，縱觀早已成型的綠色建筑領域，深耕細作者卻屈指可數。

作為低碳建筑長期以來的倡導者，中國建筑科學研究院與朗詩集團股份有限公司毫無疑問成了綠色低碳建筑的領跑者，其合作的“低供能系統”集成技術與工程應用取得顯著成效，他們共同完成的150萬平方米的低能耗、高舒適住宅，規模之大，設計、施工難度之復雜均屬國內首創。

時代呼喚“低碳”

目前，我國建筑節能技術與需求差距很大，達到節能標準的經濟、適用、可靠的技術體系尚不完善。若用國際水準衡量，問題表現更為突出：多數現有技術比較低級，系統配套差，產業化程度也不高；可再生能源建筑應用缺乏具有獨立自主知識產權的核心技術；高效、低能耗、高可靠性的高效供能技術的系統集成化不高如果大幅度提高節能標準要求，現有技術恐怕大都難以支撐。

就整個綠色建筑領域而言，盡管國內外已經出現了較為成功的案例，然而建筑節能集成技術在示范工程中的應用還遠未在我國大規模展開，尤其是居住建筑更是一片空白。

事實上，如果把建筑節能系統集成技術應用到示范工程中，一方面可以實際檢驗技術的可靠性，進而解決建筑設計、技術、產品與應用的協調問題、技術集成等難題，完善相關技術、產品，制、修訂相關標準規范；另一方面，可以通過項目成果推廣的示范，總結經驗，為下一步在全國大面積推廣應用提供典型模式，從而引導城鎮建筑可持續發展。

時代呼喚“低碳”。中國建筑科學研究院與朗詩集團股份有限公司適時地抓住時機，大膽出手，在居住建筑領域書寫了一段頗受矚目的傳奇。

創新才是硬道理

如何才能實現真正的“低碳”？這是每個項目組成員都在思考的問題。當然，答案只有一個——創新。

本著創新精神，項目組開始了大膽地嘗試與實踐，以理論研究、數學模型分析、實驗室研究、現場測試研究、仿真模擬、樣板房建設以及大型示范工程建設等相結合的技術手段為研究路線，全面集成了室外取放熱系統、能量提升系統、生活熱水系統、新風處理系統、輻射頂棚系統、排風能量回收系統六個子系統，著重于研究和解決“低供能系統”中各個子系統之間的優化、匹配、集成等技術難點，著力于通過工程應用進一步完善節能建筑設計、產品、裝置與示范工程的協調、優化等系列難題，著眼于發展一套系統的、全面的建筑HVAC高效供能系統技術集成體系，取得了諸多突破性成果。

系統的構建與提出

圍護結構體系

圍護結構體系節能設計

被動節能設計技術

通過與建筑專業協商、配合，主動合理地利用了居住本身的體形、朝向、材料、構造、空間組織等設計因素來適應該地區氣候特點，被動地降低了建筑對HVAC供能系統的依賴。因此，在少增加或不增加造價的基礎上在很大程度上可被動實現節能，這種直接向大自然求答案的方式，可以起到四兩撥千斤的效果，比起后續采用先進的HVAC設備，充分利用新技術、新材料等主動式設計方法來解決生態問題、能耗問題會更適合我國國情。比如：項目設計過程中提出了按朝向分別考慮設計遮陽形式的想法，有效地解決了夏季建筑防曬的問題；倒置式屋面保溫體系與綠色種植屋面的成功應用有效地改善了頂部房間室內熱環境效果。

地埋換熱器施工照片及地源熱泵機房照片

四大系統的設計

輻射頂棚系統設計主要用于承擔室內顯熱負荷，冬季供回水溫度為28-26℃的低溫熱水，保持室內溫度在20-22℃，夏季供回水溫度為18-20℃的高溫冷水，保持室內溫度在24-26℃，整個供能季室內溫度場非常均勻。由于該系統具有系統慣性大、啟動時間長、動態響應慢的特點，控溫和調節需要較長時間，故大大減少了機器和水泵的運行時間。此外，交換終端不采用風機盤管，沒有機械轉動部件，沒有噪音，也沒有風吹，舒適度非常高。

24h持續置換全新風系統設計為營造高舒適的室內環境，采用了置換新風系統，夏季新風主要承擔室內潛熱負荷及很小部分的顯熱負荷。新風冬夏均以比室溫低的溫度從墻角地面以小于0.3m/s的風速送入室內，在地面蔓延形成新風湖，遇到人體等室內發熱體加熱后自然上升包裹人體，使人體始終吸入的是新鮮空氣，而人體呼出的廢氣亦隨上升氣流帶走，從衛生間、廚房等頂部的排風口排出室外。置換新風系統讓人始終處在健康的新風環境中。

排風能量回收系統設計置換新風系統主要用于以下兩個方面：去除室內的CO2和水蒸氣。送風量需滿足居住人的呼吸衛生要求和防止頂板結露需要。新風量不宜過大，以降低新風處理的能源消耗。經過對該建筑物全年的動態能耗分析發現：因為外圍護保溫的加強，建筑傳熱能耗大大地降低，而新風的處理能耗占建筑物總能耗的60－70%。因此，如何減少新風能耗是十分重要的。本工程采用了排風能量回收裝置。能量回收率可達70%以上，運行測試結果表明：能量回收裝置起到了很好的節能效果。

生活熱水免費制取系統一個良好的節能系統僅僅利用冷量或熱量是不夠的，應講究冷、熱兼用。生活熱水系統的設置在夏季實際上是冷凝熱回收的一種有效手段，也是減少能量損失，平衡地下熱場的有效途徑。熱水加熱系統中因為熱泵機組造價和空調負荷與熱水加熱負荷時間上的不統一，設計中在系統中加裝了蓄熱裝置，以提高系統的可靠性和初投資的經濟性。

三項成功實踐

大型淺層地熱能的成功應用

項目組負責人袁東立教授介紹，地源熱泵技術雖然較為成熟，但在大型項目中應用需解決以下三大難題：1)工程造價；2)地下土壤熱堆積效應；3)水力平衡。首先，經過詳細分析計算后，本項目采用了混凝土樁基埋管＋垂直埋管的聯合換熱形式,合理地降低了工程造價。其次，通過深入研究地溫供冷、熱空調系統應用于示范工程的適應性以及地下能量堆積效應和地溫變化特性，成功地提出了平衡補償源頭能量的混合式熱泵系統和冷凝熱回收制備生活熱水系統，并成功應用于工程實際，實現對示范工程的源頭能量補償技術及方法的綜合評價和優化設計。此外，因本項目地下換熱器環路數量多，如何保證各環路間的水力平衡是設計的難點，也是降低地埋管循環泵功耗的重要途徑。經優化設計后，最終采用兩級分集水器，二級分集水器置于各棟樓專設的窗井內，一級分集水器置于地源熱泵機房內。而且，本項目組除了對每個孔進行水力計算外，在埋管形式上做了一些調整，如：將阻力較小、離分集水器較近的孔采用W型，較遠的采用單U型來實現自平衡，并對其根據阻力大小進行分組，效果甚好。

優化、匹配、集成、協調難題的成功解決

150萬平米大型示范工程的成功實踐和應用

用事實說話

節能效益顯著、舒適效果明顯本項目研究背景明確，實用性強，創新性突出，效益顯著。其中，“南京朗詩·國際街區B1、B2地塊項目”已經成功交付近四年，整個系統運行平穩，節能監測系統顯示，在最冷月1月及最熱月7月，單位面積運行費約3.0元/m2，全年運行費用（涵蓋夏季制冷、冬季供熱、全年生活熱水）共計24.78元/m2，如不含生活熱水系統，HVAC全年運行費用（涵蓋夏季制冷、冬季供熱）僅為18.56元/m2，與常規空調相比，單位面積耗電量和運行費用均可節省60%以上，節能效果非常顯著，室內舒適性效果明顯。

科技成果評估、鑒定2007年5月16日，建設部科技發展促進中心在北京主持召開了《“低供能系統”集成技術研究與工程應用》科技成果評估會。評估委員會聽取了課題組的研究工作報告，審查了相關文件，并向課題組進行了質詢，經過認真討論，評估委員會一致認為：該項研究工作在工程應用中引入了“低供能系統”的新型理念，在關鍵技術、技術集成和系統管理方面均取得了重大創新，技術難度和工程復雜程度較大，總體技術水平、主要性能參數、技術指標和經濟指標達到國際先進水平，具有積極的學術意義和應用價值。

國家級質量監督檢驗中心權威測試2007年7月27日，示范工程在連續運行了一個夏季和一個冬季后，經國家空調設備質量監督檢驗中心權威測試，天棚熱泵機組平均COP＝5.17，新風熱泵機組平均COP＝4.76，系統整體能效為3.07，典型房間的客廳和書房的舒適度PMV－PPD評價指標均在舒適范圍之內，臥室舒適度PMV－PPD評價指標為稍涼快。為了解“低供能系統”在連續穩定運行數年后的具體使用效果，2010年1月，經國家空調設備質量監督檢驗中心再次復測，天棚熱泵機組平均COP＝5.24，新風熱泵機組平均COP＝4.52，系統整體能效為3.17，繼續保持在高效運行范圍之內，節能效果持續明顯。

住戶的實際調查與反映通過對朗詩國際街區住戶的實際調查發現，將近有100%的用戶在使用過程中得到了如下結論：節能性較好，優于常規空調系統，符合國家相關節能環保政策；舒適性較好，恒溫、恒濕、恒氧，感覺舒服；使用費用較低，樂于接受。此外，從住戶的資料分析來看，有73%的購房者選擇朗詩國際街區的原因是它的“居住舒適度”，而其它的原因就很分散了。因此可以得到很明確的結論，技術含量對住房的銷售起到了十分積極的推動作用。

長期合作團隊的培養與練就本項目實施過程中，集合了科研、設計、施工、材料供應、檢測、調試等多個團隊，進而保證了“低供能系統”的成功應用和示范工程的實際質量，最終建立起了一支長期合作伙伴關系的項目團隊來完成后續的示范工程項目建設。

隨時施工、隨時檢測“低供能系統”在工程應用中，做到了隨時施工，隨時檢測實際效果?；旧献龅搅嗣渴┕ね暌粋€子系統或一個環節便進行相關效果的測試和確認，尤其對相關子系統的協調環節，真正意義上保證了示范工程的實際效果。

系統集成技術的升級應用在示范工程的建設規劃中，充分兼顧了節能、生態、環保等諸多因素。在工程的建設中通過成熟的、規范化的成套技術，來提高工程質量，縮短建設周期，提高住宅的舒適性、適用性、耐久性，從而達到提高住宅居住功能的目的。同時，對后續的建設方案也在不斷地完善，從多個機房的設計方案到目前采用的集中式供能等各個環節進行了攻關。本項目提出的“低供能系統”在示范工程中的每一次應用，都使建設費用下降，節能效果增加。

示范效應的擴展與延續截至目前，已完成12項近150萬平方米的大型示范工程設計和建設工作，所有工程進展情況一切良好。其中“南京朗詩·國際街區B1、B2、B3地塊項目”、“無錫朗詩·國際公園B1地塊項目”以及“蘇州朗詩·國際街區地塊項目”運行正常；“無錫朗詩·國際公園B2地塊項目”、“杭州朗詩·國際街區地塊項目”以及“常州朗詩·國際街區地塊項目”施工完畢，系統正在調試運行中；“蘇州朗詩·嘉業地塊項目”、“上海朗詩·長寧地塊項目”、“上海朗詩·綠島地塊項目”，“上海朗詩·南翔地塊項目”以及“南京朗詩·板橋地塊項目”正在按照節能設計圖紙施工過程中?！暗凸┠芟到y”集成技術體系研究成果成功應用，將提高我國建筑節能決策的科學化水平，將代表和引領節能型、舒適的居住小區的建設方向。

社會效益顯著，產業化前景巨大“低供能系統”集成技術的成功應用，不僅大幅度的提升了居住小區自身的品質，為入住的業主帶來了舒適的居住環境和恒溫、恒濕、恒氧的感受。其次，因整個項目集成采用多項先進技術，環保效果顯著，通過本項目的實施，節約了大量的煤炭能源和電力消耗量，大大降低二氧化碳、二氧化硫、粉塵、氮氧化物和有害氣體的排放，減少了空氣污染，減少了溫室效應。因此，綜合來看，項目的收益者囊括了入住的業主、開發商乃至整個社會，這樣的項目也將代表和引領節能型、舒適的居住小區的建設方向。該項成果如在全國各地推廣應用，可以大大緩解我國城市發展對能源供應的巨大壓力，緩解國際上要求的各項污染物減排對我國經濟與社會發展的壓力，具有巨大的社會經濟效益和產業化前景。只要認真規劃設計好系統中各個環節、優化匹配好各個子系統、協調處理好系統集成技術中的難點問題，對于大范圍、大面積開展該系統的工程應用是指日可待的。至此，我們不難看出，作為一種新型的系統形式和設計理念，“低供能系統”從本質上實現了節能降耗，大大減少了對常規能源的依賴，是在保證室內環境健康、舒適基礎上的一種真正意義上的節能系統，將為全面優化我國能源結構、節約能源、提高能源利用效率，促進和扶持我國可再生能源利用的產業鏈，進而實現人、建筑與自然環境的和諧共生及城鎮的可持續發展提供技術保障。我們期待，“低供能系統”能夠遍地開花！科

項目組負責人：

袁東立 1954年生，教授級高級工程師，中國建筑科學研究院建筑環境與節能研究院節能技術推廣室主任，國際地源熱泵協會會員，中國建筑學會會員，中國制冷學會會員。長期從事建筑節能與新能源利用的研究推廣工作，在熱泵及蓄能技術、高效供能系統集成應用、能源規劃等方面，取得了一定創新性研究成果。