“雙碳”目標下住宅小區的暖通設計研究

曲疆

(河北拓樸建筑設計有限公司山西分公司，山西 太原 030000)

建筑行業在經濟飛速發展背景下，迎來新的發展機遇。但同時，建筑行業發展，面臨著一系列挑戰，例如，在暖通設計方面往往存在能源消耗大、工作效率低、系統設計不合理等問題。無法達到碳達峰、碳中和要求。為提升能源利用效率，合理、科學設計暖通系統，有助于降低暖通碳排放量。

1 工程概況

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

2 暖通冷熱源設計

2.1 冷源

由于該小區屬于住宅小區，對空調的工作要求為能夠24h全天使用，新風和生活熱水也需要不間斷供應，所以能源的消耗較大。為滿足“雙碳”發展要求，提高建筑的節能性，空調冷源和熱源的控制使用的是熱回收型高溫地源熱泵機組。熱回收型高溫地源熱泵機組依據該小區的冬季的實際需求進行熱量的選取，夏季冷源不充足的位置則要求配備常規的高溫型冷水機組。如果熱回收型高溫地源熱泵機組儲熱水箱出現未超過40℃的情況，應采用熱回收型高溫熱地源熱泵機組。其余熱回收系統要及時開啟，確?？照{在制冷的過程中能夠為生活的熱水預熱。

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

2.2 熱源

該住宅小區的地源熱泵機組向空調提供熱源，由于該小區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計方面加入了燃氣鍋爐，并將其作為生活熱水輔助熱源，增加燃氣鍋爐供熱量。生活用水一般來源于地源熱泵機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℃。該小區的冬季生活熱水量都由燃氣鍋爐承擔，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{冷熱源原理如圖1所示。

圖1 空調冷熱源原理

地源熱泵主要是向空調熱負荷以及生活余熱水提供熱量。如果地源熱泵機組熱效率不高，應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 熱源供暖規模

該小區不僅是住宅小區，而且小區規模較大，因此，低溫地板輻射采暖系統的應用尤為必要，散熱器的采暖系統供熱規模往往較大。該小區的換熱站系統設計過程中，不僅要滿足小區的供熱要求，還要滿足后續的管理和室外景觀要求。所以，可以在負荷中心的位置設置熱交換站，供熱管線以同程式分布為主，符合水力平衡的要求。但在實際的應用過程中，異程式系統的水力穩定性更高。因此，室外供熱系統管網采用異程式設計，針對環路遠近差異性較大的問題，則通過適當增加末端管徑的方式予以解決。

3.2 平衡閥設置

對于平衡閥的設計，由于室外供熱網管的復雜性較強，因此主要在供熱系統內部設置靜態平衡閥，有效解決水力失衡問題。靜態平衡閥旨在改善環路剩余壓頭，避免水流量過高。水系統設計重點為計算管網支路水力平衡，根據所得數據進行平衡閥的選擇。動態平衡閥的設置則要依據室外管網水力平衡、建筑物內供暖系統所使用的調節方法來決定。熱網系統的動態性、靈活性對閥門的調節對閥門調節的要求較高，所以在設計過程中，應保持管路設計的均勻性，最大程度降低管網壓降，保證系統壓降在一定范圍內，提升管網水力可靠性。但在實際的設計過程中，一些設計人員對系統比摩阻認識存在誤區，導致供暖系統比摩阻較小的系統，該種方式對系統的運行具有一定的局限性。管路的比摩組一般要根據主干線各管段比摩組予以確定，分支管路的比摩組則應依據分支管段起終點壓力降決定。在設計的過程中，末端設備阻力較大的情況下，系統發生失衡的概率較小，風機盤管系統和低溫地板輻射采暖的阻力損失也較小[2]。

4 新風系統設計

4.1 風量選擇

新風系統是暖通設計的重要組成部分，該工程中新風系統以置換式通風系統為主，即由下向上排出新風。該種方式能夠極大滿足“雙碳”發展要求，在新風機組的選擇上，以預冷型熱回收溶液調濕機組為主。夏季送入到室內的新風干球溫度通常在16～20℃的范圍內，濕度則保持在60%。為避免小區房屋室內出現房間結露問題，設計人員在設計階段就應考慮室外熱濕空氣對空調房間的影響，減少室外熱濕空氣進入空調的可能性，確?？照{中的密閉效果。為實現上述目標，新風量通常應做好新風量需求和除濕新風量值。室外設計參數如表1所示。

表1 室外設計參數

4.2 新風控制

對于新風控制系統來說，主要采用的是分段式送風，在此過程中保證氣流是從下向上排送。在該工程中，新風機設置在了屋頂。室外新風在完成機組冷卻和除濕后，將立即送入新風豎井內，保證新風輸送的有效性。室內新風支管設置在豎井周圍，經過集管后送入到房間。在此過程中，只需要在廚房、衛生間設置排風口。房間排風口設置于房頂，通過起居室統一輸送到排風豎井內排向室外。新風系統如圖2所示。該工程新風機組運用了預冷式熱泵型溶液調濕機組。受到季節因素的影響，溶液調濕型風機也將發生一定的改變。對于新風控制系統來說，由于夏季溫度過高且容易出現暴雨等天氣，因此，新風機組的預冷除濕功能應長期處于開啟狀態。低溫低濕空氣進入房間后的送風干球溫度控制在16～20℃范圍內，相對濕度保持在60%。在氣象條件不穩定，當氣候較為極端時，送風溫度一般在12～15℃左右。在秋季，地熱源泵機無需開啟，而冬季則需要開啟預熱、加濕功能，此時的壓縮機無需啟動。

圖2 新風系統運行圖

5 毛細管輻射設計

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

6 暖通技術應用

6.1 能耗傳輸技術

傳統的暖通空調設計能源損耗較大，尤其在傳輸過程中更是進一步增加了能源的消耗量。而在“雙碳”發展背景下，對能源消耗量有著嚴格的要求。所以，為保證“雙碳”背景下暖通空調設計的科學性、合理性，需要不斷提升能源的轉化效率，降低能源的損耗率。該工程中，暖通空調的設計人員在設計時一方面從暖通空調運轉流速、風機以及水泵等方面開展了優化、完善工作，保障暖通空調的實際參數信息保持在合理的范圍內，最大程度降低暖通空調在實際運行中產生大量的能源排放。另一方面，暖通空調的設計人員選擇了具有高傳輸率、低耗能的介質，減少能源傳輸過程中損耗量，提升能源的利用效率。對于暖通空調來說，低碳清潔技術能夠有效優化能源的傳輸效率。運用現代化的智能化信息技術，實現建筑室內的空氣流量、溫室氣體排放以及溫濕度的動態、全過程監測，空調在使用過程中出現能源消耗量高于警戒線，暖通空調可達到自動切斷傳輸開關的效果。

6.2 內部水循環技術

暖通空調在運行中，內部水資源再循環過程中將產生大量的熱量，該住宅小區對空調的使用時間有著較高的要求，因此暖通空調的使用效率將影響小區居民的使用需求。因此，暖通空調設計階段就應重視水資源循環系統管道的科學、合理連接，從而在水資源循環路徑、水壓以及溫度方面實現低碳、環保的目的，滿足“雙碳”要求。水質過硬將對水循環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，管道極易出現堵塞現象，對水流的正常通過產生消極作用。為避免上述問題的出現，設計人員可以從管道設計入手，逐步提升內部循環技術的應用頻率，以優化管道連接的方式使得水資源內部循環能夠流暢運行，水資源的熱能傳遞的效果得到保障。該工程中，水資源正式循環前對水質情況予以全面、系統化檢測，最大程度確保水資源的硬度符合循環要求，防止管內水垢堆積嚴重[4]。

6.3 太陽能節能技術

近年來，隨著清潔、環保能源的開發，人們逐漸認識到太陽能節能技術作為環保型能源的積極作用。將其應用到住宅暖通空調設計中，能夠實現能源的高效利用。與此同時，由于太陽能的供暖結構相對簡單，主要是由集熱器、循環控制系統組成，因此能夠達到熱量全面系統收集的效果，通過轉化自然界能量的方式，實現“雙碳”發展目標。在此過程中，該工程的設計人員借助了循環和地板采暖系統，在短時間內實現熱水的循環流動，達到調節室溫的目的。由于環境保護與暖通空調存在一定的矛盾性，為保證暖通空調在運行過程中符合“雙碳”目標要求，應重視綠色、環保技術的應用，最大限度滿足人們生活需求，實現環境保護、資源節約的發展目標。為我國建筑行業的可持續發展奠定堅實基礎。除此之外，氣候條件具有一定的復雜性，雨雪天氣下，太陽能技術的實際應用能力不斷降低，但暖通控制系統的有效應用可對能源實現自動切換。所以，冬季或夏季都能對建筑室內的溫度進行隨意調節，滿足居民對暖通空調的需求。一直以來，太陽能技術的最大優勢還在于成本投入低，對生態環境保護起到積極作用的同時，實現企業經濟效益的最大化[5]。

7 結語

在“雙碳”背景下實現暖通空調的有效設計，不僅能夠提升居民的生活質量，還有助于實現節能、環保的發展要求。在此過程中，要注重地熱源泵系統、新風系統以及毛細管輻射系統的有效應用，從不同的角度優化和完善暖通空調設計方案。在提升企業經濟效益、社會效益的基礎上，符合“雙碳”目標下對清潔能源、可再生能源的應用要求。所以，住宅小區的暖通設計，一方面要保證系統的安全性、可靠性，另一方面還需要注重系統能夠長期、穩定運行，為改善居民的生活質量提供支持。