?
摘要
?
“雙碳”目標(biāo)的提出推動(dòng)了建筑領(lǐng)域節(jié)能降碳工作的快速開展，低冷熱需求的近零能耗建筑的研究與應(yīng)用成為行業(yè)熱點(diǎn),。本文對典型近零能耗居住建筑進(jìn)行了數(shù)值模擬,，研究分析了不同（略）外新風(fēng)供冷對年耗冷量的影響與新風(fēng)量相關(guān),，選擇適合的新風(fēng)量可以有效降低年耗冷量,。通過不同新風(fēng)利用方式：（略）
?
關(guān)鍵詞
?
近零能耗建筑,；居住建筑；年耗冷量,；年耗熱量；新風(fēng)熱回收,；免費(fèi)供冷
?
作者
?
王仕杰1,2楊靈艷1,2徐偉1,2馬寧3魏巍3卜穎3
1.（略）,；2.（略）；3.（略）
0
引言
在我國能源消費(fèi)中,，建筑運(yùn)行能耗占總能耗的20%以上,，減少建筑能源消耗、降低碳排放的前提是減少能源需求,。近零能耗建筑以其更優(yōu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和高氣密性可大大降低建筑用能需求,，成為了建筑發(fā)展的趨勢和熱點(diǎn)。與一般建筑相比,，近零能耗建筑具有負(fù)荷需求低,、新風(fēng)負(fù)荷占比大的特性。新風(fēng)的不同利用方式：（略）
（略）節(jié)能性分析方面,，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量工作,。趙安琪模擬對比了嚴(yán)寒、寒（略）居住建筑的新風(fēng)負(fù)荷,，結(jié)果表明嚴(yán)寒,、寒（略）冬季宜采用新風(fēng)顯熱回收，寒（略）夏季宜采用全熱回收,。陳彤等人對比了4個(gè)（略）典（略）的新風(fēng)負(fù)荷特點(diǎn),，指出與圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷相比，各（略）新風(fēng)負(fù)荷均比較可觀,。Liu等人指出被動(dòng)式熱回收技術(shù)具有高效,、低成本等特點(diǎn)，在零能耗建筑中有廣泛的應(yīng)用前景,。彭巖等人模擬得到嚴(yán)寒,、寒（略）近零能耗建筑熱負(fù)荷及寒（略）冷負(fù)荷與新風(fēng)量呈正相關(guān)。Zhang等人模擬了沈陽超低能耗建筑的新風(fēng)負(fù)荷,，結(jié)果表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能越優(yōu)異,，新風(fēng)熱負(fù)荷占總熱負(fù)荷的比例越大。韓武松等人通過分析（略）（略）,，（略）的聯(lián)動(dòng)關(guān)系,。Liang等人在英國東北部通過監(jiān)測近零能耗建筑和常規(guī)建筑的運(yùn)行能耗，得出高效新風(fēng)熱回收對于降低運(yùn)行能耗至關(guān)重要。
近年來,，近零能耗建筑的研究在居住建筑方向取得了顯著進(jìn)展,。瞿燕等人對（略）典型居住建筑案例進(jìn)行了分析，提出了適用于上海的近零能耗居住建筑技術(shù)指標(biāo),。李文濤等人利用聚類算法,，結(jié)合建筑熱工設(shè)（略），給出了不同（略）供冷年耗冷量的參考范圍,。王立峰等人提出了近零能耗居住建筑中采用新風(fēng)熱回收裝置全年節(jié)能量的計(jì)算方法,，分析了近零能耗居住建筑中采用熱回收裝置的全年節(jié)能量。
上述研究為近零能耗建筑冷熱需求分析提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),，但這些研究主要集中在嚴(yán)寒,、寒（略）的建筑案例分析，關(guān)于其他（略）的分析較為有限,。此外,，現(xiàn)有研究在提出近零能耗建筑的節(jié)能方法時(shí)依賴于理論計(jì)算，未考慮建筑熱惰性等帶來的影響,，缺（略）及新風(fēng)作為自然冷源對建筑冷量需求影響的研究,。因此本文通過建立典型近零能耗居住建筑的動(dòng)態(tài)仿真模型，模擬分析其在不同（略）,、不同新風(fēng)利用場景下的年耗冷/熱量特征,，探討新風(fēng)熱回收及利用新風(fēng)作為自然冷源對建筑冷熱需求的影響，（略）和免費(fèi)供冷在不同（略）的使用提供參考,，為近零能耗建筑專用能源環(huán)境產(chǎn)品的研發(fā)提供指導(dǎo),。
1
典型建筑模型建立
1.1典型建筑戶型介紹
本文選擇如圖1所示的近零能耗居住建筑作為典型戶型。該戶型南北通透,，面積約122m2,，包括客廳、臥室,、衛(wèi)生間,、餐廳、廚房,、儲藏間及生活陽臺,，是典型的居住建筑標(biāo)準(zhǔn)層戶型。在該戶型中,，送風(fēng)口布置在客廳,、餐廳及臥室，回風(fēng)口布置在餐廳,，排風(fēng)口布置在衛(wèi)生間,，（略）,，其補(bǔ)風(fēng)位于房間的東北角，補(bǔ)風(fēng)通過次衛(wèi)與室外相連的窗戶實(shí)現(xiàn),，排風(fēng)通過抽油煙機(jī)實(shí)現(xiàn),，儲藏間及生活陽臺無機(jī)械通風(fēng)口。
1.2TRNSYS模型建立
TRNSYS軟件是模塊化的動(dòng)態(tài)仿真軟件,，可對建筑物全年的逐時(shí)能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,，經(jīng)與ASHRAE（略）中各種能耗計(jì)算軟件的比對，其模擬結(jié)果始終處于中間位置,，結(jié)果合理可信,，現(xiàn)已廣泛用于建筑能耗模擬研究分析領(lǐng)域。本文使用TRNSYS軟件模擬計(jì)算建筑逐時(shí)冷熱需求,。依據(jù)該戶型的設(shè)計(jì)參數(shù)及負(fù)荷計(jì)算原理建立如圖2所示的典型近零能耗建筑負(fù)荷計(jì)算模型。
1.3參數(shù)設(shè)定
依據(jù)DB37/T5014—2016《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,，設(shè)置模型中人員,、燈光和設(shè)備等內(nèi)擾參數(shù)，取照明功率密度為5W/m2,，設(shè)備功率密度為3.8W/m2,，人員密度為32m2/人，人員散熱量為95W/人,，其中顯熱75W/人,，潛熱20W/人。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示,，內(nèi)擾作息設(shè)定如圖3所示,。
空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。供冷季設(shè)備運(yùn)行時(shí)間與室內(nèi)人員作息相同,，當(dāng)室內(nèi)人員在室率>0時(shí),，設(shè)備開啟；供暖季設(shè)備全天供暖,。新風(fēng)量取GB/T51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中人員最小新風(fēng)量,、衛(wèi)生間最低換氣次數(shù)對應(yīng)的新風(fēng)量的較大值，在本研究中二者分別為120.0,、110.2m3/h,，因此人員在室率不為0時(shí)，送入室內(nèi)的新風(fēng)量為120.0m3/h,。
2
典（略）選取及新風(fēng)場景設(shè)置
GB50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（略）內(nèi)耗冷/熱量,。
（略）域的供冷/供暖季時(shí)間各不相同，各區(qū)域供冷季和供暖季時(shí)間參照其實(shí)際運(yùn)行情況及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)給出,，如表4所示,。
3
結(jié)果分析
3.1建筑冷熱需求特性
場景1中5（略）的建筑年耗冷/熱量計(jì)算結(jié)果及GB/T51350—2019中的近零能耗建筑能效指標(biāo)限值如表5所示,。由表5可知，哈爾濱,、北京,、武漢、昆明的建筑供暖年耗熱量大于GB/T51350—2019中的能效指標(biāo)限值,，哈爾濱,、北京的建筑供冷年耗冷量大于GB/T51350—2019中的能效指標(biāo)限值。由此可知,，如果沒有有效的新風(fēng)熱回收及自然冷源利用技術(shù)措施,，僅靠建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的提升，在各個(gè)（略）的建筑都很難實(shí)現(xiàn)近零能耗,。從嚴(yán)（略）到溫（略）,，年耗熱量偏離限值的程度逐漸減小,；從嚴(yán)（略）到寒（略）,，年耗冷量偏離限值的程度逐漸增大。
場景2增加熱回收及場景3進(jìn)一步增加自然冷源利用后,，全年冷熱量需求對比如表6所示,。相比于場景1，場景2和場景3下從夏熱冬（略）到嚴(yán)（略）,，供暖季利用新風(fēng)熱回收后年耗熱量降低0.86~21.50kW·h/m2,，降低比例在46.99%~54.92%之間，隨著緯度降低均逐漸減小,。夏熱冬（略）雖然降低比例接近50%,，但是在熱回收前后的年耗熱量僅分別為1.83kW·h/m2和0.97kW·h/m2，（略）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析,，判斷其必要性,。
與供暖季不同，供冷季新風(fēng)熱回收利用并不總是有利的,，嚴(yán)寒和寒（略）外溫度較高,，新風(fēng)熱回收起到正向作用，典（略）的年耗冷量分別降低3.09,、6.03,、0.18kW·h/m2，降低比例在11.94%~42.86%之間,。昆明在采用新風(fēng)熱回收前后,，雖然降低比例較大，但年耗冷量分別為0.42kW·h/m2和0.24kW·h/m2,，熱回收絕對貢獻(xiàn)量有限,，熱回收技術(shù)需在經(jīng)濟(jì)性合理的基礎(chǔ)上應(yīng)用,。
在場景2的基礎(chǔ)上，當(dāng)室外氣象條件滿足GB/T51350—2019中的要求,，即室外空氣溫度≤28℃且相對濕度≤70%時(shí),，利用自然冷源以無組織開窗通風(fēng)的方式：（略）
相比于場景1，場景2回收排風(fēng)中的冷量/熱量對新風(fēng)預(yù)冷/預(yù)熱,，以降低建筑年耗冷/熱量,。利用新風(fēng)熱回收后5（略）供冷季及供暖季的分項(xiàng)耗冷/熱量變化如圖4所示。
采用熱回收前后,，除溫（略）外平均溫度升高,，熱回收利用的負(fù)面作用減小。
新風(fēng)年耗潛冷量在此4個(gè)（略）外空氣溫度高于26℃,，此時(shí)利用熱回收可降低逐時(shí)耗冷量,。其余4個(gè)（略）典（略）供冷季可有效利用熱回收的小時(shí)數(shù)比例為：北京35.38%，武漢51.39%,，廣州75.93%,，昆明78.59%。因此設(shè)置差異化新風(fēng)熱回收可以對降低年耗冷量需求作出積極貢獻(xiàn),。昆明由于年耗冷量絕對數(shù)值較小，改善空間十分有限,，新風(fēng)熱回收的經(jīng)濟(jì)性是技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵因素,。
在供暖季，場景2較場景1各（略）典（略）新風(fēng)年耗熱量降低67.02%~68.24%,，建筑年耗熱量降低46.99%~54.92%,，即對于我國所有（略），利用新風(fēng)全熱回收可降低建筑年耗熱量需求,，在供暖季可有效利用熱回收的氣象條件比例為100%,。
從新風(fēng)熱回收全年節(jié)能貢獻(xiàn)率角度分析，嚴(yán)寒,、寒冷和溫（略）,，冬季熱回收貢獻(xiàn)率大于夏季，夏熱冬（略）冬夏熱回收貢獻(xiàn)率相當(dāng),，夏熱冬（略）則夏季熱回收貢獻(xiàn)率大于冬季,。進(jìn)一步對比顯熱和潛熱回收量可知：5個(gè)（略）冬季新風(fēng)熱回收顯熱回收貢獻(xiàn)率都在90%以上，可知對于冬季采用顯熱回收方式：（略）
另外,，在嚴(yán)寒,、寒（略）內(nèi)的熱舒適性，嚴(yán)重的甚至造成機(jī)組無法使用,。目前解決這一問題的方法包括新風(fēng)預(yù)熱法,、新風(fēng)降效增量法及排氣除霜法等,，這些方法對換熱器入口新風(fēng)狀態(tài)改變和能耗需求增加量各不相同，因此本文暫不考慮此部分差異對新風(fēng)熱回收的影響,。3.3無組織自然冷源利用冷熱需求特性
場景3為GB/T51350—2019中規(guī)定的近零能耗建筑年耗冷/熱量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)場景,，各（略）典（略）近零能耗居住建筑在表1所示的圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件下得到的建筑年耗冷/熱量均滿足規(guī)范中能效標(biāo)準(zhǔn)限值。由圖4可知,，場景3和場景2相比,，通過開窗自然通風(fēng)利用自然冷源免費(fèi)供冷降低耗顯冷量顯著，降低耗潛冷量有限,。哈爾濱利用自然通風(fēng)可降低年耗顯冷量3.31kW·h/m2,，降低年耗潛冷量僅為0.02kW·h/m2。由南向北,，從夏熱冬（略）到嚴(yán)（略）,，典（略）降低的年耗冷量范圍為2.24~4.84kW·h/m2，降低比例依次為6.82%,、9.88%,、28.14%、37.71%,。溫（略）的典（略）昆明年耗冷量降低比例為4.17%,，但其降低值僅為0.01kW·h/m2，自然通風(fēng)對其能耗的影響幾乎可以忽略不計(jì),。3.4有組織自然能源利用建筑冷熱需求特性
在實(shí)際生活中,，居住者很難精準(zhǔn)地感知室外溫濕度，從而精準(zhǔn)控制自然通風(fēng)時(shí)間,、調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)量,。一些高檔場所采用有組織通風(fēng)滿足室內(nèi)需求，因此分析有組織送入新風(fēng)對建筑耗冷量的影響十分必要,。場景4和場景3相比,，差異為場景4是供冷季室外空氣溫度≤28℃、相對濕度≤70%時(shí),，有組織地向室內(nèi)送入新風(fēng)作為自然冷源,，按照消除余熱余濕計(jì)算所需的新風(fēng)量，由于各（略）差異較大,，統(tǒng)一設(shè)定送入的新風(fēng)換氣次數(shù)為3h-1,。圖6顯示了各（略）典（略）在3種場景下年耗顯冷量及年耗潛冷量的變化對比。
相較于場景2,，無論是通過開窗自然通風(fēng)還是有組織通風(fēng),，均可降低建筑年耗顯冷量，場景3從嚴(yán)（略）內(nèi)參數(shù)趨于設(shè)計(jì)值的過程中,，會因?yàn)樾嘛L(fēng)熱濕參數(shù)不同,，在部分時(shí)刻增加建筑的耗潛冷量,，相較于場景2，場景4從嚴(yán)（略）到夏熱冬（略）各典（略）的年耗潛冷量依次增加9.76%,、5.56%,、1.51%、2.64%,，綜合年耗顯冷量降低和年耗潛冷量增加后的年耗冷量降低比例依次為37.71%,、21.69%、7.02%,、2.07%,，降低比例從北到南逐漸減小。
進(jìn)一步調(diào)整場景4自然冷源利用送入室內(nèi)的新風(fēng)量,，計(jì)算建筑換氣次數(shù)從0.5h-1開始,，以0.5h-1的步長遞增至6.0h-1工況下的年耗冷量情況，得到5（略）外可用作自然冷源的條件差異導(dǎo)致的,。昆明有組織自然冷源利用在不同換氣次數(shù)條件下,，對年耗冷量的影響均低于0.1kW·h/m2，節(jié)能效果甚微,，因此不建議在溫（略）供冷季采用有組織免費(fèi)供冷技術(shù),。
4
結(jié)論
本文針對典型近零能耗居住建筑建立瞬態(tài)仿真模型，計(jì)算在5個(gè)（略）,、4種新風(fēng)應(yīng)用場景下的年耗冷/熱量,，主要結(jié)論如下：
1）優(yōu)異的圍護(hù)結(jié)構(gòu)可顯著降低建筑年耗冷/熱量，但沒有有效的新風(fēng)熱回收及自然冷源利用技術(shù)措施,，僅靠建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的提升很難實(shí)現(xiàn)近零能耗,，新風(fēng)熱回收是近零能耗居住建筑中的關(guān)鍵技術(shù)措施,。
2）在5個(gè)（略）典（略）采用新風(fēng)全熱回收可降低年耗熱量0.86~21.50kW·h/m2,，降低比例在46.99%~54.92%之間，且由嚴(yán)（略）到夏熱冬（略）降低數(shù)值和比例逐漸減小,。廣州近零能耗居住建筑年耗熱量較低,，利用新風(fēng)熱回收降低年耗熱量較小，因此可不考慮供暖季采用新風(fēng)熱回收,。供冷季,，哈爾濱和北京全時(shí)段利用新風(fēng)熱回收起負(fù)面作用，分別增加建筑年耗冷量1.67kW·h/m2和0.55kW·h/m2,，增加比例分別為23.32%和3.30%,。武漢、廣州和昆明利用新風(fēng)熱回收可降低建筑年耗冷量0.18~6.03kW·h/m2,，降低比例分別為11.94%,、15.51%,、42.86%。昆明在熱回收利用前后,，雖然年耗冷量降低比例較大,，但絕對貢獻(xiàn)量有限，熱回收技術(shù)需在經(jīng)濟(jì)性合理的基礎(chǔ)上應(yīng)用,。
3）在供冷季全時(shí)段利用新風(fēng)熱回收起負(fù)面作用（略）,，對符合可利用氣象條件的部分時(shí)段采用新風(fēng)熱回收仍可降低逐時(shí)冷量需求。這一時(shí)段占供冷季全時(shí)段的比例在哈爾濱為17.94%,，北京為35.38%,，武漢為51.39%，廣州為75.93%,，昆明為78.59%,，差異化可調(diào)節(jié)的新風(fēng)熱回收具有積極的節(jié)能、降耗意義,。
4）在供冷季通過開窗引入室外新風(fēng)的自然冷源利用方式：（略）
5）在供冷季有組織利用新風(fēng)作為自然冷源免費(fèi)供冷可降低年耗冷量,，（略）域適宜的換氣次數(shù)各不相同，哈爾濱為4.5h-1,，北京為4.0h-1,，武漢為2.5h-1，廣州為1.5h-1,。昆明在不同換氣次數(shù)條件下,，對年耗冷量的影響均低于0.1kW·h/m2，不建議在溫（略）供冷季采用有組織免費(fèi)供冷技術(shù),。
6）由以上研究結(jié)果可知,，新風(fēng)利用方式：（略）
END
本文刊登于《暖通空調(diào)》2024年第11期
END
一個(gè)有溫度、（略）
權(quán)威期刊,、報(bào)告發(fā)布