0 引 言 

我國(guó)于2008年開(kāi)始引入以德國(guó)為代表的歐洲被動(dòng)式超低能耗建筑,。目前,，全國(guó)已有大量建成的或建設(shè)中的被動(dòng)式建筑項(xiàng)目，嚴(yán)寒,、寒冷,、夏熱冬冷和夏熱冬暖等各個(gè)氣候區(qū)均有分布。被動(dòng)式超低能耗建筑“更加節(jié)能,、更加舒適,、更好空氣品質(zhì)、更高質(zhì)量保證”的特點(diǎn),，使其成為推動(dòng)我國(guó)建筑節(jié)能工作,、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)以及打造“好房子”的重要途徑。

夏熱冬冷地區(qū)氣溫日溫差小,，夏季悶熱高濕,，最熱月平均氣溫為26.5~40℃；冬季濕冷,，最冷月平均氣溫為0~8℃,，且冬夏兩季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，全年相對(duì)濕度較高,，因此建筑會(huì)出現(xiàn)供暖,、供冷、通風(fēng)與除濕等多種需求,。新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)集制冷,、制熱、新風(fēng)換氣,、凈化和除濕等功能于一體,，能滿足住戶對(duì)健康、舒適和節(jié)能的多重需求,。

1 新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)概述

1.1 新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)的工作原理

新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)是超低能耗建筑的“呼吸系統(tǒng)”,，一般由空氣源熱泵、變頻無(wú)級(jí)調(diào)速風(fēng)機(jī),、全熱交換機(jī)芯,、空氣過(guò)濾器,、電動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)百葉和電動(dòng)調(diào)節(jié)氣密閥等組成，其工作原理如圖1所示,。

圖1 新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)工作原理圖

室外新風(fēng)通過(guò)新風(fēng)閥,、濾網(wǎng)、高效熱交換濾芯,、換熱器和送風(fēng)機(jī)處理后進(jìn)入室內(nèi),。當(dāng)進(jìn)入的新風(fēng)更有利于加快室內(nèi)溫濕度平衡時(shí)，如夏季夜間室外新風(fēng)溫度低于室內(nèi)空氣溫度或過(guò)渡季節(jié)時(shí),，機(jī)組的旁路自動(dòng)開(kāi)啟,，即此時(shí)新風(fēng)不經(jīng)過(guò)換熱濾芯換熱直接進(jìn)入室內(nèi)，避免了新風(fēng)和排風(fēng)之間的不利換熱,。室內(nèi)污濁空氣經(jīng)過(guò)高效換熱濾芯和排風(fēng)機(jī)排至室外,。室內(nèi)循環(huán)空氣經(jīng)過(guò)粗效過(guò)濾網(wǎng)、回風(fēng)閥,、變頻送風(fēng)機(jī),、高效濾網(wǎng)和翅片后送入室內(nèi)，系統(tǒng)的冷熱源主要靠變頻空調(diào)提供,。

由于被動(dòng)房氣密性較好,，因此室內(nèi)人員散濕、衣物晾曬散濕及敞開(kāi)水面的水分蒸發(fā)基本可以滿足室內(nèi)濕度的需求,，所以新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)可以不安裝加濕模塊,。對(duì)于高濕地區(qū)，新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)可以增加除濕裝置以改善室內(nèi)濕環(huán)境,。

新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)中的熱回收換熱器按照原理不同分為轉(zhuǎn)輪換熱器,、板式換熱器、溶液循環(huán)式換熱器,、熱管式換熱器和溶液吸收式換熱器等,。每種熱回收裝置具有如下運(yùn)行原理、工作特性,、運(yùn)行參數(shù),、使用場(chǎng)合和適用工況。

（1）轉(zhuǎn)輪換熱器,。該裝置體積較大,，占用空間大。因需設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu),，轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)消耗能量,。此外，由于轉(zhuǎn)輪換熱器風(fēng)壓壓損較大,，存在氣流滲漏,，因此會(huì)發(fā)生交叉污染現(xiàn)象。適用于溫差較大的新風(fēng)熱回收系統(tǒng),。

（2）板式換熱器,。該裝置只回收顯熱，無(wú)法回收潛熱,，使用壽命長(zhǎng),，方便維護(hù)保養(yǎng)，換熱效率高,。適用于室內(nèi)外溫差大,、濕度小的地區(qū)。

（3）溶液循環(huán)式換熱器,。該裝置的室內(nèi)排風(fēng)與室外新風(fēng)完全隔離,，兩者不直接接觸，不會(huì)產(chǎn)生交叉污染,。吸收熱量側(cè)和釋放熱量側(cè)通過(guò)管道連接,，管道布置方式靈活多樣，對(duì)空間要求不高,，安裝方便快捷,。不過(guò)，該裝置只能對(duì)顯熱進(jìn)行回收,，不能回收利用潛熱,，且管路中需配置循環(huán)泵，將額外耗費(fèi)能源動(dòng)力,，這使得換熱效率通常在60%以下,。

（4）熱管式換熱器。該裝置布局緊湊合理,，傳熱面積較大,，無(wú)額外能源消耗。每根熱管自成換熱體系,，不易堵塞,，方便更換，換熱效率達(dá)60%~70%,。不過(guò),，其不能對(duì)潛熱進(jìn)行回收利用。

（5）溶液吸收式換熱器,。該裝置在冬季無(wú)需考慮防凍措施,，新風(fēng)與排風(fēng)完全獨(dú)立，不會(huì)產(chǎn)生交叉污染現(xiàn)象,，且構(gòu)造簡(jiǎn)單,、維護(hù)方便,，運(yùn)行較穩(wěn)定。不過(guò),，該裝置尺寸較大,，因此所占用的空間較大。此外,，由于該裝置需配溶液泵,，因此要消耗額外的動(dòng)力能源。其噴灑的溶液可以除掉空氣中大部分細(xì)菌,、微生物及可吸入顆粒物,，能夠凈化空氣，全熱回收效率可達(dá)50%~85%,，且該效率不會(huì)隨使用時(shí)間的增加而衰減,。若室內(nèi)存在有毒有害氣體，則該氣體會(huì)溶解在溶液中并隨溶液噴淋揮發(fā),，故不能采用此種設(shè)備,。

基于熱回收效率、初投資和運(yùn)行能耗等綜合考慮,，轉(zhuǎn)輪換熱器或板式換熱器均可用于被動(dòng)式超低能耗建筑中的新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)中,。若兩者在顯熱效率和潛熱效率方面相差不大，板式換熱器由于不需要提供裝置運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)所需的電能,，其能效高于轉(zhuǎn)輪換熱器,。

1.2 新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)的運(yùn)行模式

新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)支持多種氣流組織，可靈活應(yīng)對(duì)各類空氣需求,，如全新風(fēng)模式,、全循環(huán)風(fēng)模式和混風(fēng)模式。運(yùn)行模式上,，不同設(shè)備廠家的運(yùn)行模式名稱略有差異,，如舒適模式、節(jié)能模式和旅游模式可供切換,，或自動(dòng)模式,、除濕模式、節(jié)能模式,、凈化模式,、靜音模式、富氧模式和離家模式,。

住戶可自由選擇合適的模式進(jìn)行調(diào)節(jié),。具體而言，舒適模式可盡可能使室外新鮮空氣起到室內(nèi)供冷、供熱和降低污染物濃度的作用,。新鮮空氣會(huì)先進(jìn)入臥室,，再流向客廳，最后從衛(wèi)生間排至室外,。同時(shí),，應(yīng)盡量避免循環(huán)風(fēng)的使用，以提高送風(fēng)中新風(fēng)的占比,。節(jié)能模式可盡可能使室內(nèi)循環(huán)風(fēng)承載室內(nèi)供冷、供熱和降低污染物濃度的要求,。循環(huán)風(fēng)取自客廳,，經(jīng)過(guò)濾、溫度調(diào)節(jié)后送至臥室,，再流回客廳,。旅游模式則針對(duì)建筑物內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人居住時(shí)，不對(duì)溫度進(jìn)行控制,，減少每天的換氣量,，節(jié)約能源消耗。

自動(dòng)模式即自動(dòng)打開(kāi)循環(huán)風(fēng)閥,，啟動(dòng)變頻送風(fēng)機(jī),，系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫度與用戶設(shè)定溫度之間的邏輯關(guān)系判斷進(jìn)入制冷、制熱,、送風(fēng)或除濕模式,，再根據(jù)PM2.5、CO2,、VOC濃度以及室外環(huán)境溫度等空氣質(zhì)量參數(shù)判讀是否需要打開(kāi)或關(guān)閉新風(fēng)閥,；除濕模式以濕度控制為主，打開(kāi)循環(huán)風(fēng)閥,，循環(huán)風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行,；節(jié)能模式下，系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)溫度綜合智能判斷進(jìn)入最佳的節(jié)能方案,；凈化模式下,，循環(huán)風(fēng)機(jī)會(huì)按室內(nèi)的PM2.5 濃度情況調(diào)整風(fēng)速的大小，對(duì)室內(nèi)粉塵進(jìn)行過(guò)濾凈化,；靜音模式即循環(huán)風(fēng)機(jī)按靜音風(fēng)速運(yùn)行,；開(kāi)啟富氧模式時(shí)，新風(fēng)閥與循環(huán)風(fēng)閥同時(shí)打開(kāi),，排風(fēng)機(jī)根據(jù)CO2濃度調(diào)整風(fēng)速,，持續(xù)引進(jìn)室外新風(fēng)，保持室內(nèi)空氣清新；離家模式下,，系統(tǒng)將每隔一段時(shí)間自動(dòng)打開(kāi)新風(fēng)閥,、送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)，并根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量等級(jí)調(diào)節(jié)風(fēng)速大小,，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量,。

2 應(yīng)用工程實(shí)例

2.1 設(shè)計(jì)概況

2.1.1 工程概況

湖南省株洲市青龍灣德國(guó)之家超低能耗建筑示范項(xiàng)目是夏熱冬冷地區(qū)第一棟被動(dòng)房高層住宅。該項(xiàng)目建筑用地面積共14666.67m2,，由4棟住宅樓組成,，單棟樓建筑面積為6882m2，地上12層,、地下1層,，基底面積為625.62m2，外表面積為7610.7m2,，包圍體積為20289.26m3,；每單元設(shè)智能電梯1部，每戶設(shè)種植露臺(tái),，整棟屋頂設(shè)種植屋面,。每棟樓設(shè)2個(gè)單元，每層共4戶,，其室內(nèi)面積分別為136m2,、108m2、108m2和115m2,。

每棟樓共計(jì)48戶,，4棟樓共計(jì)192戶。該項(xiàng)目建筑外形如圖2所示,。

圖2 株洲市青龍灣超低能耗建筑示范項(xiàng)目建筑外形

2.1.2 室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)

該項(xiàng)目室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示,。

表1 室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)環(huán)境一年四季處于舒適狀態(tài)，且應(yīng)同時(shí)滿足以下規(guī)定：

（1）室內(nèi)空氣溫度保持在20~26 ℃,；

（2）室內(nèi)空氣相對(duì)濕度宜保持在40%~60%,；

（3）超溫頻率小于10%；

（4）室內(nèi)CO2濃度不超過(guò)0.1%,；

（5）室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度溫差不得超過(guò)3℃,；

（6）門窗室內(nèi)一側(cè)無(wú)結(jié)露現(xiàn)象。

2.1.3 能耗設(shè)計(jì)指標(biāo)

本項(xiàng)目能耗設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：

（1）供熱需求指標(biāo)為3.37kW·h/(m2·a),，不超過(guò)10kW·h/(m2·a)（為用戶端的供熱消耗,，不包括供熱制熱損失）；

（2）制冷需求指標(biāo)為19.27kW·h/(m2·a),，不超過(guò)37kW·h/(m2·a),；

（3）供熱負(fù)荷指標(biāo)為5.3W/m2，制冷負(fù)荷指標(biāo)為15.1W/m2；

（4）所有能耗的一次能源消耗總計(jì)120kW·h/(m2·a),，包括家用電器,、制冷、供熱等能耗,；

（5）所有熱橋的熱橋損失系數(shù)均 ＜0.01W/(m·K),。

2.1.4 冷熱負(fù)荷指標(biāo)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為36.47kW，熱負(fù)荷指標(biāo)為5.3W/m2,；冷負(fù)荷為103.91kW,，冷負(fù)荷指標(biāo)為15.1W/m2。

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

筆者以該項(xiàng)目某戶型為例進(jìn)行新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的闡述,，其室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)布置如圖3所示,。

圖3 室內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)布置圖