空气源热泵技术下绿色建筑节能性浅析

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[摘要]为了实现建筑工程项目的节能设计，提高绿色建筑的节能性，针对绿色建筑中应用的空气源热泵技术展开节能性分析。本文以湖州后庄单元SB-03-01-11D地块开发建设项目为例，在该项目中随机选取五个房间，针对其应用空气源热泵技术后的运行性能和耗能情况进行现场实际测定，以此实现对该项技术的节能性分析。通过测定结果可知，空气源热泵技术在实际应用过程中，运行性能普遍较低，建筑耗能情况基本能够控制在约束值以内，COPh值与COPsh值均未超过3.00。说明空气源热泵技术能够通过控制室内温度和提升空气源热泵运行效率的方式，实现对建筑耗能问题的有效改善，对绿色建筑具有一定的节能效果。

[关键词]空气源热泵技术；绿色建筑；建筑耗能；节能性

随着我国经济水平的快速发展，我国对于能源的需求与日俱增。以绿色、节能、环保为指导思想，按照合理的设计理念与科学的规划方式，实现的建筑工程项目的节能化设计，一般包括建筑朝向优化、基于保温技术的建筑围护结构设计、建筑自然通风设计等[1]。现有的绿色建筑节能要求住宅和公建节能率均达到规范要求的65%以上，为了提高绿色建筑的节能性，许多建筑工程项目在建筑的设计与建造中，开始应用空气源热泵技术。空气源热泵技术是一种基于逆卡诺循环理念的新型环保技术，建筑通过自然风的储存，实现低温热源的获取，此类热源通过高效率的集成与整合，形成高温热源，为建筑供应持续的热水与采暖[2]。该系统不需要设置专门的冷冻机房与锅炉房，也无需排烟管道等装置，减少了建筑空间的占地面积。不需要相应的燃料供应，因此在环境保护与使用安全上具有一定的优势，可以有效减少建筑碳排放[3]。为了进一步实现此项工作的优化，本文针对绿色建筑中空气源热泵技术的节能性展开分析，为市场建筑高耗能、低能效等问题提供解决思路，以促进建筑领域的节能发展。

1资料与方法

1.1工程概况

选择以湖州后庄单元SB-03-01-11D地块开发建设项目为例，针对该工程项目当中引入空气源热泵技术的环节，对空气源热泵技术在绿色建筑当中的节能性展开分析。该工程项目立项时间为2018年5月24日，完成施工图纸的审查时间为2018年11月19日，建筑整体属于办公楼类型，申报绿色建筑设计标识等级为二星级[4]。该工程项目的建设要求指标,如表1所示。本项目位于浙江省湖州市二环北路北侧，华丰路东侧。地块北面是剑桥名门住宅区。工程投资总额约1亿元，属于商业办公建筑。本项目的1#楼属于派出所办公用房，5层属于客房类商务用房；3#楼属于街道办公用房，2#楼为食堂餐厅和会议报告用途，4#楼为科创中心。地下一层设有车库和设备用房，同时包括1#楼的一个商务大开间。室外场地设有景观绿地、少量机动车停车位和非机动车位。场地西北角设垃圾房。场地主出入口设在南面中部接二环北路，西北侧为消防出入口。场地内设有无障碍坡道和车位。场地内噪声来源主要为交通噪声，项目设备主要设置于地下室，声环境满足标准要求。本项目周边公共交通便利，2#楼对内对外开放，实现资源共享。

1.2基于空气源热泵技术的绿色建筑设计方案

在充分满足空气源热泵应用机组能效标准的基础上，本项目在1#楼客房类商务用房的建造设计中，引入空气源热泵技术。在1#楼屋顶设太阳能光伏板和空气源热泵，为客房类商务用房提供生活热水。空气源热水机组型号为RSJ-175/S-511，额定输入功率为6KW。空气源热泵生活热水节能比例为23%。在实际应用过程中，空气源热泵技术机组应当具备可靠的容霜控制能力，并且容霜的时间总和不得超过运行周期的20%。在实际应用过程中，空气源热泵技术大部分运行时间为非设计工况条件下，针对其性能的分析对于为空气源热泵技术未来良性发展能够提供更高价值的指导作用。选定的修正系数在0.45~0.52范围内，而项目当中空气源热泵名义工况装机负荷为设计负荷1.8~2.2倍。在项目当中，大多数空气源热泵仅设置2台循环水泵，其中一台正常使用，另一台作为备用。空气源热泵技术具备成本低、供暖效果好的特点，可以通过简单的操作进行使用，安全性较高。该技术以空气源为冷热源[5]，通过安装在屋顶的电能驱动压缩机进行运转，实现空气源热泵技术的应用，对于推动清洁能源替代传统燃煤方式的进程具有积极作用。

1.3分析测定内容

本工程项目当中引入的空气源热泵技术，采用一级泵体系，设置了各个具备模块化的空气源热泵机组，以并联的方式实现相互连接。由于空气源热泵设备生产厂商仅提供名义工况制热量，而工程项目当中各个绿色建筑设计工况与名义工况之间存在较大差异，因此在确定本文项目中工况制热量时，应当结合建筑外空调计算温度、容霜频率等对制热量进行修正。所有的监测数据均设有自动监测装置，利用其完成对相关参数的选择。将计算机的存储频率设定为1/min，完成对各个参数的获取和存储。根据上述分析测定内容，针对各个测点用于测定的设备精度进行设置。将机组参数中用于实现压缩机吸排气温度测定的Pt1000-4650型号温度传感器测量精度设置为±0.15℃，将测定范围控制在-55℃~125℃；将空气测定参数中的室外温度测定装置——温湿度传感器的测量精度设置为±0.15℃，将测量范围控制在-20℃~75℃。将空气源热泵机组用电量这一能耗参数的YD2010测定装置测量精度设置为±1.0%。

2实例应用结果分析

在项目进行的过程中，对各个绿色节能参数进行记录，引入空气源热泵技术后，为了探究该技术的节能性，选择将能耗和运行性能两个参数作为主要研究对象。在该项目中随机选取5个房间并标记编号为1~5，针对应用空气源热泵技术的能耗以及空气源热泵运行性能进行记录，并得到如表2和图1所示的结果，其中表2为能耗参数记录表，如下所示：从表2中记录的数据可以看出，房间1、2、4和5的项目的实际耗热量均小于约束值，而房间3中实际耗热量超过约束值。图1为空气源热泵运行性能记录图。图1中COPh表示为空气源热泵整体运行性能；COPsh表示为空气源热泵机组的运行性能。从图1中所示内容可以看出，5个房间中无论是COPh值还是COPsh值均未超过3.00。其中，房间1的COPh值和COPsh值最小，房间4的COPh值和COPsh值最大。

3实例应用结果讨论

在确定测定结果后，针对表2和图1中的内容进行详细地分析。表2中建筑能耗的约束值是通过能耗统计确定而来，通常情况下，绿色建筑的实测建筑能耗应当低于约束值。从表2中记录的数据可以看出，本文建设项目的建筑能耗在0.042GJ/（m2·a）~0.305GJ/（m2·a）范围内，建筑实际运行存在不节能的情况，其余各个房间均符合上述建筑能耗要求，符合节能运行要求。针对这一问题，提出室内温度和空气源热泵运行效率是影响建筑能耗的主要原因。因此，可以通过降低室内温度和提升空气源热泵运行效率的方式改善。改善后能够保证房间3的实际耗热量小于约束值。再根据图1中得出的结果分析，五个房间空气源热泵运行性能测定结果均存在低于设计预期的问题，其中房间1最低，仅为1.35，最高值出现在房间4。从这一数据可以看出，当前空气源热泵技术在实际应用中存在普遍的运行性能不理想的问题。针对这一问题进行更深入的探究发现，空气源热泵在实际运行过程中经常出现误除霜的问题，这一问题的存在制约着空气源热泵运行性能的提升。除此之外，空气源热泵的输配装置也存在大流量和小温差的问题。因此，针对上述问题，应当对空气源热泵的设计选型进行优化，并提出更合理的群控策略，同时在空气源热泵运行过程中也需要对其负荷运行进行实时控制，以此达到提高空气源热泵运行性能的目的，进而促进其节能性的全面提升。

4结语

本文开展了基于空气源热泵技术的绿色建筑节能性分析，选择某绿色建筑工程项目作为实例，从多个角度对此方面内容展开了深入讨论，希望通过此次的研究，在真正意义上解决设计市场建筑高耗能、低能效等问题，为我国建筑领域的全新发展指明方向。

参考文献

[1]李萌.空气源热泵技术在天津地铁场段工程中的应用前景分析[J].建设科技,2020(15):41-43+47.

[2]杨征,杨光耀,谢永利,等.直冷式深焓取热乏风热泵技术在小保当煤矿2~#风井的应用[J].煤矿安全,2021,52(10):97-100+105.

[3]王祖涵,程海峰,张举,等.基于宿州市特定地质条件下的土壤源热泵技术应用适宜性分析[J].轻工科技,2021,37(04):134-136.

[4]翁文兵,李晓,李霞.融霜工况下压缩机运行频率对空气源热泵机组制热性能的影响[J].流体机械,2021,49(12):12-18.

[5]潘艳丹,陈静,张炳学.空气源热泵供暖的节能效果实例分析[J].河南科技,2021,40(24):91-93.

作者:张晓明 单位:湖州市城市投资发展集团有限公司