超低能耗商品房中的机电设计与能耗模拟

超低能耗商品房中的机电设计与能耗模拟

张超

上海市浦东新区建设（集团）有限公司     上海     201313

摘要：近年来，我国为应对气候变化，并实现碳达峰中和，在商品房开发中，积极推进超低能耗建筑。超低能耗商品房是指，在顺应区域自然条件下的天气特征，主体结构采用高低温隔断性能更高的外围护材料被动措施，暖通新风采用效率更高的换热技术可，削弱建筑在供暖供冷方面的能耗，此外，充分利用可再生能源，极限降低能源消耗，满足碳排放水平的前提下，也为业主提供健康舒适室内环境。2021年以来的上海地区，已总计推进超低能耗建筑1400万平方米落地，这将大大推动超低能耗建筑发展，并可以实现大幅节能降碳，改善环境质量，为我国积极应对气候变化以及实现碳达峰碳中和提供助力。

关键词：超低能建筑；机电设计；能耗模拟

1、项目背景

1.1工程概况

某项目位于上海市浦东新区北蔡镇，距离上海站11km，上海虹桥国际机场17km，上海浦东国际机27km，交通便利。项目地处上海城市核心发展方向，未来CBD中心。用地面积40000.5m2，总建筑面积为84988.63m2，容积率1.2，绿地率35%，建筑限高20m。本项目由多层洋房、合院、公共服务设施和其它室内、外配套用房（如物业管理用房、配电房）等组成。

1.2项目目标

项目目标为满足《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》中的要求，能耗指标：年供暖消耗量不大于八度/平方米·年、年供冷耗冷量不大于二十五度/平方米·年、年供暖空调、照明、生活热水、电梯一次能源消耗量不大于六十（kWh/m2·a）。

2、超低能耗机电技术方案

2.1方案概述

为达到超低能耗建筑标准，该项目从提高能源设备与系统效率着手，以更少的能源消耗提供舒适室内环境的建筑。项目供暖、空调、照明、生活热水、电梯能耗水平应较2016年建筑节能设计标准降低50%以上。主动技术手段包括：第一，采用配备有热交换功能的通风系统，这将使该系统具有高效节能的特点，并且将人为、自然通风转变为机械、有组织换气，确保商品房户内空气品质，在排出户内污浊空气过程中，回收热量或冷量，在热交换设备中循环利用；第二，使用高效照明灯具，采用更加高效节能的LED灯具；第三，设计采用信息化控制措施，如通过生命感知、亮度监测、5G互联等智能化控制手段，合理控制照明开启时间，并满足照明照度需求；第四，采用带能量反馈的变频变压VVVF运行控制的节能电梯；第五，采用能热水系统("太阳能预热+燃气辅助加热"）供应热水；第六，对公共部位的主要用能系统进行分类和分项计量，并对太阳能热水进行单独计量等。

2.2供暖空调系统

该项目1#楼空调系统采用风冷热泵机组且满足一级能效的要求。夏季IPLV≥4.2，冬季COP≥3.2。风冷热泵通过主管压差实现旁通。设计人员在最不利末端加装三通阀，从而减少水锤声。地暖系统冬季控制方法是合理设置供暖期，具体为12月1日到次年2月28日。在降温除湿后，不进行加湿，防止增加能耗。

2.3新风系统

本商品房项目采用带有热交换功能的新风机为室内区域提供新风，该设备须具有高功效特点。室外取风口处空气，经进风管路进入设备，经过过滤、干燥等工序得到新风，然后将新鲜风送入室内各区域，此时室内各区域二氧化碳将得到稀释，然后通过回风口进入设备的热交换区，与室外空气进行冷热热量交替，然后通过排风管排出到室外。当户内需处理的冷热负荷增高时，启动循环风系统可快速降低户的内冷热负荷。

新风系统设备选型，设计采取家装吊顶内暗装内机，该内机应当具有至少三档风量控制功能。热回收装置芯材，采用可全热回收材料，其中，制冷回收效率焓不小于65%，制热回收效率焓不小于70%；温度回收效率：制冷温度回收率不小于70%，制热温度回收率不小于75%。该系统单位风量消耗量不大于每平方米0.45度。系统装置内部风量损失率不大于2%，外部风量损失率不大于2%。

新风室内机采用高效EC直流风机，按需改变新风风量，保证整体空调系统在满足新风供应的前提下节能。机组采用全变频新风机组，额定运转音38dB，保证设备宁静运行。设备内置室内环境监测器，实时监测室内的温湿度、PM2.5、CO2浓度，并且能够进行自动化调节。新风系统外墙风口处设置过滤网，可初步过滤大颗粒物质、飞蚊蝇虫等；进、回风口处的过滤器，过滤等级大于G四+F八级，回风口处过滤器，过滤等级不大于G四级。

2.4照明

该工程照明系统使用高效照明灯具，灯具类型选用LED，这将更节能高效。本商品房项目各主要户内区域的LPD（照明安装功率），需低于标准目标值七成，转换设计值为每平米不大于3.5瓦。同时，照明系统使用合理的控制技术，如通过人体感应、照度检测、声控、智能化控制等手段，从而在满足照明需求的同时减少照明开启时间。在走廊、楼梯间采用合理的照明控制技术与传统常亮对比照明能耗降低40%~80%。

2.5电梯

项目采用

交流变频调速拖动电梯，电梯选型需节能且带能量反馈。

2.6生活热水供应

本项目1#楼全部用户使用太阳能热水系统("太阳能预热+燃气辅助加热"）供应热水。生活热水设计标准如下：

•设计热水用水量标准：40L/人.天（60℃);

•计算生活热水温度：60℃,计算冷水温度：夏季15℃,冬季5℃;

蓄水容器布置位置如下：

•太阳能板集中设置在屋顶；

•每户住宅在设备平台或阳台上设容积式热交换器，热交换器应有良好耐腐蚀性，以免防冻液污染生活热水；

•为保证不利天气条件下热水系统稳定供水，每户住宅容积式热交换器需另设辅助燃气加热；

3、建筑能耗模拟分析

《超低能耗建筑标准化配套工具应用》课题成果软件在2020年11月通过专家验收，是《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》配套计算工具。软件基于AutoCAD，利用软件内自定义对象模块，快速建立3D热工模型，按照《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》的各项技术要求，对建筑进行热工规定指标的判定、模拟供冷供暖能耗、计算一次能源消耗量并输出相关结论及报告。软件采用DOE内核进行计算，具体的计算流程见下图：

图3-1软件计算流程示意图

3.1计算边界参数

（1）基本参数

第一，围护结构参数设置。根据实际情况进行设置，针对不同建筑、不同位置的围护结构进行设置。具体的参数按照建筑设计的要求进行设置。热桥楼板部分根据实际设计情况进行分别设置。

第二，室内热湿环境参数。取值依据为《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》表3.2.1-1：

第三，供暖空调系统的日运行时间表参数。取值依据为《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》附录A中A.2.1中第2条：户内空调区域为书房、餐厅、卧室、起居室，按设置供暖和空气调节计算。供暖期为每年十二月一日到次年二月二十八日，空调期为每年六月一日到八月三十一日。

第四，室内发热源包括照明、发热设备、人员等，照明功率密度按照设计指标选取。

第五，建筑人均新风量按照30m3/（人·h）进行设置。

第六建筑渗漏通风热损失计算时，应按照设计的气密性指标，常压下渗漏通风换气次数。

第七，供暖空调系统的系统形式和能效应与设计文件一致。

第八，住宅全年生活热水能耗的计算与设计参数一致。

第九，人员在室率参考《民用建筑绿色性能计算标准》（JGJ/T449）中附录C中的规定。

（2）PKPM模拟边界条件一览表

主要方案与参数表见下表：

表3-1主要方案与参数表

3.2模拟过程

采用《上海市居住建筑节能设计标准》中的要求作为基准建筑进行测算，采用超低能耗建筑方案，以1#为例针对本项目冷热负荷进行测算，相较《上海市居住建筑节能设计标准》项目冷热负荷降低57.40%。

3.3计算结果汇总

本项目负荷计算，能耗计算一次能源消耗计算结果如下表所示。

表3-2计算结果汇总表

由上表可知，根据《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》的评判要求，本项目全部满足《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》的要求。通过建筑模拟分析数据可知：单位面积耗电量最大的为空调能耗，占比45.44%，其次为生活热水能耗，占比为29.95%；单位面积耗电量最小的为电梯能耗，占比7.33%。

结束语：

总而言之，超低能耗建筑中的机电设计是实现建筑可持续发展的关键内容，设计师通过对超低能耗机电系统进行精心的设计可以为建筑赋予高效、节能、舒适的特质。在未来的发展中，相关工作者应继续探索创新的机电设计理念和技术，不断提高建筑的能效水平。

参考文献

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