空氣源熱泵技術綠色建筑節能性探討

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[摘要]為了實現建筑工程項目的節能設計，提高綠色建筑的節能性，針對綠色建筑中應用的空氣源熱泵技術展開節能性分析。本文以湖州后莊單元SB-03-01-11D地塊開發建設項目為例，在該項目中隨機選取五個房間，針對其應用空氣源熱泵技術后的運行性能和耗能情況進行現場實際測定，以此實現對該項技術的節能性分析。通過測定結果可知，空氣源熱泵技術在實際應用過程中，運行性能普遍較低，建筑耗能情況基本能夠控制在約束值以內，COPh值與COPsh值均未超過3.00。說明空氣源熱泵技術能夠通過控制室內溫度和提升空氣源熱泵運行效率的方式，實現對建筑耗能問題的有效改善，對綠色建筑具有一定的節能效果。

[關鍵詞]空氣源熱泵技術；綠色建筑；建筑耗能；節能性

隨著我國經濟水平的快速發展，我國對于能源的需求與日俱增。以綠色、節能、環保為指導思想，按照合理的設計理念與科學的規劃方式，實現的建筑工程項目的節能化設計，一般包括建筑朝向優化、基于保溫技術的建筑圍護結構設計、建筑自然通風設計等[1]。現有的綠色建筑節能要求住宅和公建節能率均達到規范要求的65%以上，為了提高綠色建筑的節能性，許多建筑工程項目在建筑的設計與建造中，開始應用空氣源熱泵技術。空氣源熱泵技術是一種基于逆卡諾循環理念的新型環保技術，建筑通過自然風的儲存，實現低溫熱源的獲取，此類熱源通過高效率的集成與整合，形成高溫熱源，為建筑供應持續的熱水與采暖[2]。該系統不需要設置專門的冷凍機房與鍋爐房，也無需排煙管道等裝置，減少了建筑空間的占地面積。不需要相應的燃料供應，因此在環境保護與使用安全上具有一定的優勢，可以有效減少建筑碳排放[3]。為了進一步實現此項工作的優化，本文針對綠色建筑中空氣源熱泵技術的節能性展開分析，為市場建筑高耗能、低能效等問題提供解決思路，以促進建筑領域的節能發展。

1資料與方法

1.1工程概況

選擇以湖州后莊單元SB-03-01-11D地塊開發建設項目為例，針對該工程項目當中引入空氣源熱泵技術的環節，對空氣源熱泵技術在綠色建筑當中的節能性展開分析。該工程項目立項時間為2018年5月24日，完成施工圖紙的審查時間為2018年11月19日，建筑整體屬于辦公樓類型，申報綠色建筑設計標識等級為二星級[4]。該工程項目的建設要求指標,如表1所示。本項目位于浙江省湖州市二環北路北側，華豐路東側。地塊北面是劍橋名門住宅區。工程投資總額約1億元，屬于商業辦公建筑。本項目的1#樓屬于派出所辦公用房，5層屬于客房類商務用房；3#樓屬于街道辦公用房，2#樓為食堂餐廳和會議報告用途，4#樓為科創中心。地下一層設有車庫和設備用房，同時包括1#樓的一個商務大開間。室外場地設有景觀綠地、少量機動車停車位和非機動車位。場地西北角設垃圾房。場地主出入口設在南面中部接二環北路，西北側為消防出入口。場地內設有無障礙坡道和車位。場地內噪聲來源主要為交通噪聲，項目設備主要設置于地下室，聲環境滿足標準要求。本項目周邊公共交通便利，2#樓對內對外開放，實現資源共享。

1.2基于空氣源熱泵技術的綠色建筑設計方案

在充分滿足空氣源熱泵應用機組能效標準的基礎上，本項目在1#樓客房類商務用房的建造設計中，引入空氣源熱泵技術。在1#樓屋頂設太陽能光伏板和空氣源熱泵，為客房類商務用房提供生活熱水。空氣源熱水機組型號為RSJ-175/S-511，額定輸入功率為6KW。空氣源熱泵生活熱水節能比例為23%。在實際應用過程中，空氣源熱泵技術機組應當具備可靠的容霜控制能力，并且容霜的時間總和不得超過運行周期的20%。在實際應用過程中，空氣源熱泵技術大部分運行時間為非設計工況條件下，針對其性能的分析對于為空氣源熱泵技術未來良性發展能夠提供更高價值的指導作用。選定的修正系數在0.45~0.52范圍內，而項目當中空氣源熱泵名義工況裝機負荷為設計負荷1.8~2.2倍。在項目當中，大多數空氣源熱泵僅設置2臺循環水泵，其中一臺正常使用，另一臺作為備用。空氣源熱泵技術具備成本低、供暖效果好的特點，可以通過簡單的操作進行使用，安全性較高。該技術以空氣源為冷熱源[5]，通過安裝在屋頂的電能驅動壓縮機進行運轉，實現空氣源熱泵技術的應用，對于推動清潔能源替代傳統燃煤方式的進程具有積極作用。

1.3分析測定內容

本工程項目當中引入的空氣源熱泵技術，采用一級泵體系，設置了各個具備模塊化的空氣源熱泵機組，以并聯的方式實現相互連接。由于空氣源熱泵設備生產廠商僅提供名義工況制熱量，而工程項目當中各個綠色建筑設計工況與名義工況之間存在較大差異，因此在確定本文項目中工況制熱量時，應當結合建筑外空調計算溫度、容霜頻率等對制熱量進行修正。所有的監測數據均設有自動監測裝置，利用其完成對相關參數的選擇。將計算機的存儲頻率設定為1/min，完成對各個參數的獲取和存儲。根據上述分析測定內容，針對各個測點用于測定的設備精度進行設置。將機組參數中用于實現壓縮機吸排氣溫度測定的Pt1000-4650型號溫度傳感器測量精度設置為±0.15℃，將測定范圍控制在-55℃~125℃；將空氣測定參數中的室外溫度測定裝置——溫濕度傳感器的測量精度設置為±0.15℃，將測量范圍控制在-20℃~75℃。將空氣源熱泵機組用電量這一能耗參數的YD2010測定裝置測量精度設置為±1.0%。

2實例應用結果分析

在項目進行的過程中，對各個綠色節能參數進行記錄，引入空氣源熱泵技術后，為了探究該技術的節能性，選擇將能耗和運行性能兩個參數作為主要研究對象。在該項目中隨機選取5個房間并標記編號為1~5，針對應用空氣源熱泵技術的能耗以及空氣源熱泵運行性能進行記錄，并得到如表2和圖1所示的結果，其中表2為能耗參數記錄表，如下所示：從表2中記錄的數據可以看出，房間1、2、4和5的項目的實際耗熱量均小于約束值，而房間3中實際耗熱量超過約束值。圖1為空氣源熱泵運行性能記錄圖。圖1中COPh表示為空氣源熱泵整體運行性能；COPsh表示為空氣源熱泵機組的運行性能。從圖1中所示內容可以看出，5個房間中無論是COPh值還是COPsh值均未超過3.00。其中，房間1的COPh值和COPsh值最小，房間4的COPh值和COPsh值最大。

3實例應用結果討論

在確定測定結果后，針對表2和圖1中的內容進行詳細地分析。表2中建筑能耗的約束值是通過能耗統計確定而來，通常情況下，綠色建筑的實測建筑能耗應當低于約束值。從表2中記錄的數據可以看出，本文建設項目的建筑能耗在0.042GJ/（m2·a）~0.305GJ/（m2·a）范圍內，建筑實際運行存在不節能的情況，其余各個房間均符合上述建筑能耗要求，符合節能運行要求。針對這一問題，提出室內溫度和空氣源熱泵運行效率是影響建筑能耗的主要原因。因此，可以通過降低室內溫度和提升空氣源熱泵運行效率的方式改善。改善后能夠保證房間3的實際耗熱量小于約束值。再根據圖1中得出的結果分析，五個房間空氣源熱泵運行性能測定結果均存在低于設計預期的問題，其中房間1最低，僅為1.35，最高值出現在房間4。從這一數據可以看出，當前空氣源熱泵技術在實際應用中存在普遍的運行性能不理想的問題。針對這一問題進行更深入的探究發現，空氣源熱泵在實際運行過程中經常出現誤除霜的問題，這一問題的存在制約著空氣源熱泵運行性能的提升。除此之外，空氣源熱泵的輸配裝置也存在大流量和小溫差的問題。因此，針對上述問題，應當對空氣源熱泵的設計選型進行優化，并提出更合理的群控策略，同時在空氣源熱泵運行過程中也需要對其負荷運行進行實時控制，以此達到提高空氣源熱泵運行性能的目的，進而促進其節能性的全面提升。

4結語

本文開展了基于空氣源熱泵技術的綠色建筑節能性分析，選擇某綠色建筑工程項目作為實例，從多個角度對此方面內容展開了深入討論，希望通過此次的研究，在真正意義上解決設計市場建筑高耗能、低能效等問題，為我國建筑領域的全新發展指明方向。

參考文獻

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[4]翁文兵,李曉,李霞.融霜工況下壓縮機運行頻率對空氣源熱泵機組制熱性能的影響[J].流體機械,2021,49(12):12-18.

[5]潘艷丹,陳靜,張炳學.空氣源熱泵供暖的節能效果實例分析[J].河南科技,2021,40(24):91-93.

作者：張曉明 單位：湖州市城市投資發展集團有限公司