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★大連市建筑科學研究設計院股份有限公司王晶

關鍵詞：超低能耗；智能新風系統；超低能耗建筑

國務院辦公廳印發《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》中提出要推動高質量綠色建筑規模化發展，大力推廣超低能耗、近零能耗建筑，發展零碳建筑。推動區域建筑能效提升，降低建筑運行能耗、水耗，大力推動可再生能源應用。

什么是超低能耗建筑呢？超低能耗建筑是一種注重能源效率和環境可持續性的建筑形式，其設計目標是在滿足建筑功能需求的同時，最大程度地降低能源消耗和環境影響。

隨著被動式超低能耗建筑的發展，建筑圍護結構的保溫性能及建筑整體的氣密性能大幅提升，建筑能耗水平明顯下降。然而，建筑本體的高氣密性使得室內出現新風不足、污染物濃度過高等一系列問題，此時機械通風成為被動式超低能耗居住建筑強化新風補給的重要途徑，而新風量的提升必將引發建筑的能耗隨之增長。傳統新風系統設計選型，是先計算新風系統覆蓋的建筑內各個房間的人員最大新風需求量，然后將計算的各個房間的人員最大新風需求量疊加求和，以此作為這個新風系統新風機組選型的依據。然而這種設計方案忽略了建筑物內人員是流動的這一特點，因此傳統的設計往往造成新風機組選型偏大，整個新風系統能耗增加。如果考慮人員流動性的特點，按照整個建筑人員數作為新風機組選型依據，每個房間新風分配量就成了一個難題，由于人員流動的隨機性，分配不好，就會造成有的房間新風量不足，而有的房間新風量浪費。

根據上述提出的技術問題，需要提供一種適用于超低能耗建筑、可以根據人員實際需求自動調節房間新風量的低能耗新風系統。

1　低能耗新風系統的組成

低能耗主要圍繞圍護結構、能源和設備系統、照明、智能控制、可再生能源利用等幾個方面進行思考，結合新風系統的組成及相關特點，將兩者相結合，尋找融合點，發現問題，補齊短板，對系統進行系統化、科學化、智能化改造升級，提高人們的使用體驗。

適用于超低能耗建筑、可以根據人員實際需求自動調節房間新風量的低能耗新風系統主要包括以下構件：

（1）熱回收新風機組（新、排風風機均為變頻可調節）；

（2）與新風機組連接的用于送新風的新風管道和用于排風的排風管道；

（3）新風機組新風出口設置的壓力傳感器；

（4）進入每個房間新風分支管道上的電動調節閥；

（5）每個房間設置的CO₂濃度探測器；

（6）對整個新風系統實現分析控制的處理器模塊。

2　低能耗新風系統的設計思路

適用于超低能耗建筑、可以根據人員實際需求自動調節房間新風量的低能耗新風系統主要設計思路如下：

根據整個建筑內實際人員的數量計算人員所需的新風量，以此作為選擇熱回收新風機組風量參數的依據。

根據每個房間最大人員設定數確定進入房間的新風支管道尺寸與相應的新風口尺寸。

根據之前確定的新風支管道尺寸匹配相應的電動調節閥規格。

低能耗新風系統的主要構件選型完成，然后將選配的熱回收新風機組、新風管道、排風管道、壓力傳感器、電動調節閥、CO₂濃度探測器連接，系統搭建完成。

低能耗新風系統主要的運行邏輯如圖1所示。

圖1 低能耗新風系統控制原理圖

設置于房間內的CO₂濃度探測器監測房間的CO₂濃度，然后將所監測到的數據傳輸給處理器。

處理器接收到房間的CO₂濃度數據后，將這一數據與設定好的房間CO₂濃度閾值進行比較。通過分析判斷，確定房間內實際人員的數量以及房間內實際所需要的新風量。

處理器確定房間實際新風量后，進一步給進入房間的新風支管管道上的電動調節閥下達指令，控制電動調節閥閥體開度，以此調節進入房間的實際新風量。

如果整個建筑內的實際人員數發生變化，例如辦公建筑臨近上下班時段，建筑內實際人員數減少，房間電動調節閥閥體開度相應減小，造成整個新風管道內壓頭增加，新風機組新風出口設置的壓力傳感器檢測新風管道的風壓，將數據傳輸給處理器。處理器將接收到的新風管道的風壓數據與設定不同新風量的風壓閾值做比較，通過分析確定整個建筑實際需要的新風量。

處理器確定整個建筑實際需要的新風量后，進一步給熱回收新風機組下達指令，控制新風機組內風機（包括新風風機和回風風機）的轉速，以此調節新風機組的總風量，從而降低新風機組運行功率。

3　低能耗新風系統應用實例

將上述低能耗新風系統應用到實際工程項目上，對該新風系統能耗進行監測，以此來驗證低能耗新風系統的實際運行效果。

案例建筑功能為辦公建筑，位于遼寧省大連市，地上3層，建筑朝向南偏東45度，總建筑面積為1134m²，建筑高度為11.4m。低能耗新風系統的布置具體如圖2所示。

圖2 低能耗新風系統布置平面圖

參見圖2，低能耗新風系統包括熱回收新風機組①，與新風機組①連接用于送新風的新風管道③和用于排風的排風管道、新風機組新風出口設置的壓力傳感器⑤、進入每個房間新風分支管道上的電動調節閥②、每個房間設置的CO₂濃度探測器④，所述低能耗新風系統還包括對整個新風系統實現分析控制的處理器模塊⑥。

熱回收新風機組①設計選型根據整個建筑人員所需的新風量確定的，然后根據每個房間最大人員設定數確定進入房間新風支管道③的尺寸。

參見圖2，由于房間人員變動，造成房間內的CO₂濃度發生變化，房間內的CO₂濃度探測器④監測房間CO₂濃度變化，并將相應數據傳輸給處理器⑥，處理器⑥接收到房間內CO₂濃度數據開始與設定的房間CO₂濃度閾值做比較，通過分析、判斷房間內實際人員數量及房間實際所需要的新風量，然后處理器⑥給進入房間的新風支管道上的電動調節閥②下達指令，控制電動調節閥②閥體開度，以此調節進入房間的實際新風量。例如房間6（開敞辦公區）的人員集中進入到房間1（會議室）開會，系統將根據人員變化調整兩個房間電動調節閥②閥體開度，即房間6（開敞辦公區）的電動調節閥開度減小，房間1（會議室）的電動調節閥開度增加，保證每個房間新風量的同時，新風系統總風量不變。

如果整個建筑內的實際人員數發生變化，例如辦公建筑臨近上下班時段，建筑內實際人員數減少，房間電動調節閥閥體②開度相應減小，造成整個新風管道內壓頭增加，新風機組①新風出口設置的壓力傳感器⑤檢測新風管道的風壓，將數據傳輸給處理器⑥，處理器⑥將接收到的新風管道的風壓數據與設定不同新風量的風壓閾值做比較，通過分析確定整個建筑實際需要的新風量，處理器⑥給熱回收新風機組①下達指令，控制新風機組①內風機（包括新風風機和回風風機）轉速，以此調節新風機組的總風量，降低新風機組運行功率。

對案例建筑改造前后的新風系統運行能耗進行全年監測，監測結果如表1所示。

表1 案例建筑改造前后新風系統運行能耗

根據表1計算可得，對于案例建筑，改造后的低能耗新風系統相對于傳統新風系統每年運行能耗節能率為52.65%，節能效果非常可觀。

4　結語

通過上述實踐應用得出，本文論述的智能可控低能耗新風系統可以根據整個建筑內人員實際新風需求量，調節新風機組風機轉速，滿足人員新風需求的同時降低新風機組的運行功率，實現超低能耗建筑節能的需求。該系統無需人為操作，根據處理器內預設的程序便可以根據房間實際人員需求，調節進入房間的新風量，提高了人體舒適性，避免浪費。因此，該系統可在新風系統控制領域進一步推廣。

希望本文論述的智慧可控新風系統的設計方案，可以給從事相關領域的工作人員一些啟發，更加有效地提升綠色、開放、協調、共享的超低能耗建筑的發展理念，多頭并進，勇于創新，科學合理地將相關技術進行融合，為實現我國建筑節能領域碳中和碳達峰的目標做出積極的貢獻。

作者簡介：

王　晶（1985-），女、遼寧大連人，高級工程師，碩士，現任大連市建筑科學研究設計院股份有限公司環能分院機電總工，研究方向是暖通空調、智能控制。

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摘自《自動化博覽》2024年3月刊