低供能系統

低供能系統通過主動合理地利用建築本身的體形、朝向、材料、構造、空間組織等設計因素來適應該地區氣候特點，從源頭上降低了建築對供能系統的依賴；圍護結構熱工性能最佳化，通過對圍護結構熱工性能參數的最佳化設計，形成了全方位阻隔能量損失的閉合保溫隔熱體系；整個供能季室內溫度場非常均勻，舒適度非常高；置換新風系統設計，新風以比室溫低的溫度從牆角地面以合適風速送入室內，在地面蔓延形成新風湖，遇到人體等室內發熱體加熱後自然上升包裹人體，使人體始終吸入的是新鮮空氣，而人體呼出的廢氣亦隨上升氣流帶走，從衛生間、廚房等頂部的排風口排出室外；排風能量回收系統設計，採用排風能量回收裝置，能量回收率可達70%以上；生活熱水系統，冷、熱兼用，生活熱水系統在夏季是冷凝熱回收的一種有效手段，也是減少能量損失，平衡地下熱場的有效途徑。

基本介紹

• 中文名：低供能系統
• 外文名：Low energy supply system
• 基礎：能量流結構理論
• 要素：能質匹配、冷熱兼用、準可逆等

系統構建

在對能量流結構理論與節理論研究的基礎上，項目組首次提出了適用於建築整體節能、系統節能的“低供能系統”，並明確了系統設計的基本原則和要素（能質匹配、冷熱兼用、準可逆、溫度對口、被動節能）。該系統是一個涉及全過程節能、被動節能與主動節能相結合的綜合技術集成，覆蓋了整個HVAC供能系統中的冷、熱源、輸配、末端三大環節，而且通過最優匹配策略，將整個建築HVAC系統對常規能源的依賴降到最低、全過程能耗降到最小的一種新型供能型式，是在保證室內環境健康、舒適的基礎上的一種真正意義上的節能系統。

節能設計

全年動態能耗模擬分析計算是設計“低供能系統”的最基礎條件，通過對全年8760小時的逐時負荷動態模擬，不斷對圍護結構中的外牆、外窗、遮陽、保溫體系等各環節進行設計調整，協助建築專業設計者來調整相關參數設計，總體實現了不同圍護結構構造對建築物能耗的影響及評價，最終形成了一套全方位阻隔能量損失的閉合保溫隔熱體系，大大超過了現有節能設計標準。窗戶採用斷橋隔熱鋁合金窗，有效地阻隔室外的冷熱，窗框和窗洞的結合空隙也採取阻熱設計，隔絕這些細微之處的熱傳導，並採用雙層LOW-E中空玻璃（中間充氬氣），實現了內外雙向阻熱，冬天室內的熱出不去，冷進不來，夏天室外的熱進不來，室內的冷也出不去。圍護結構系統中外牆實現了傳熱總熱阻為2.525m2·℃/W，傳熱係數為0.396W/m2·℃的技術指標；屋面實現了總熱阻為3.565m2·℃/W，傳熱係數為0.28W/m2·℃的技術指標；地面實現了總熱阻為1.84m2·℃/W，傳熱係數為0.54W/m2·℃的技術指標；外窗實現了平均傳熱係數為1.85W/m2·℃的技術指標。整個圍護結構系統最大限度地減少了建築對供能系統的依賴。

設計技術

通過與建築專業協商、配合，主動合理地利用了居住本身的體形、朝向、材料、構造、空間組織等設計因素來適應該地區氣候特點，被動地降低了建築對HVAC供能系統的依賴。因此，在少增加或不增加造價的基礎上在很大程度上可被動實現節能，這種直接向大自然求答案的方式，可以起到四兩撥千斤的效果，比起後續採用先進的HVAC設備，充分利用新技術、新材料等主動式設計方法來解決生態問題、能耗問題會更適合我國國情。比如：項目設計過程中提出了按朝向分別考慮設計遮陽形式的想法，有效地解決了夏季建築防曬的問題；倒置式屋面保溫體系與綠色種植屋面的成功套用有效地改善了頂部房間室內熱環境效果。

四大系統

輻射頂棚系統設計 主要用於承擔室內顯熱負荷，冬季供回水溫度為28-26℃的低溫熱水，保持室內溫度在20-22℃，夏季供回水溫度為18-20℃的高溫冷水，保持室內溫度在24-26℃，整個供能季室內溫度場非常均勻。由於該系統具有系統慣性大、啟動時間長、動態回響慢的特點，控溫和調節需要較長時間，故大大減少了機器和水泵的運行時間。此外，交換終端不採用風機盤管，沒有機械轉動部件，沒有噪音，也沒有風吹，舒適度非常高。

24h持續置換全新風系統設計 為營造高舒適的室內環境，採用了置換新風系統，夏季新風主要承擔室內潛熱負荷及很小部分的顯熱負荷。新風冬夏均以比室溫低的溫度從牆角地面以小於0.3m/s的風速送入室內，在地面蔓延形成新風湖，遇到人體等室內發熱體加熱後自然上升包裹人體，使人體始終吸入的是新鮮空氣，而人體呼出的廢氣亦隨上升氣流帶走，從衛生間、廚房等頂部的排風口排出室外。置換新風系統讓人始終處在健康的新風環境中。

排風能量回收系統設計 置換新風系統主要用於以下兩個方面：去除室內的CO2和水蒸氣。送風量需滿足居住人的呼吸衛生要求和防止頂板結露需要。新風量不宜過大，以降低新風處理的能源消耗。經過對該建築物全年的動態能耗分析發現：因為外圍護保溫的加強，建築傳熱能耗大大地降低，而新風的處理能耗占建築物總能耗的60－70%。因此，如何減少新風能耗是十分重要的。本工程採用了排風能量回收裝置。能量回收率可達70%以上，運行測試結果表明：能量回收裝置起到了很好的節能效果。

生活熱水免費製取系統 一個良好的節能系統僅僅利用冷量或熱量是不夠的，應講究冷、熱兼用。生活熱水系統的設定在夏季實際上是冷凝熱回收的一種有效手段，也是減少能量損失，平衡地下熱場的有效途徑。熱水加熱系統中因為熱泵機組造價和空調負荷與熱水加熱負荷時間上的不統一，設計中在系統中加裝了蓄熱裝置，以提高系統的可靠性和初投資的經濟性。

工程實踐

大型淺層地熱能的成功套用

項目組負責人袁東立教授介紹，地源熱泵技術雖然較為成熟，但在大型項目中套用需解決以下三大難題：1)工程造價；2)地下土壤熱堆積效應；3)水力平衡。

首先，經過詳細分析計算後，本項目採用了混凝土樁基埋管+垂直埋管的聯合換熱形式,合理地降低了工程造價。其次，通過深入研究地溫供冷、熱空調系統套用於示範工程的適應性以及地下能量堆積效應和地溫變化特性，成功地提出了平衡補償源頭能量的混合式熱泵系統和冷凝熱回收製備生活熱水系統，並成功套用於工程實際，實現對示範工程的源頭能量補償技術及方法的綜合評價和最佳化設計。此外，因本項目地下換熱器環路數量多，如何保證各環路間的水力平衡是設計的難點，也是降低地埋管循環泵功耗的重要途徑。

經最佳化設計後，最終採用兩級分集水器，二級分集水器置於各棟樓專設的窗井內，一級分集水器置於地源熱泵機房內。而且，本項目組除了對每個孔進行水力計算外，在埋管形式上做了一些調整，如：將阻力較小、離分集水器較近的孔採用W型，較遠的採用單U型來實現自平衡，並對其根據阻力大小進行分組，效果甚好。

最佳化、匹配、集成、協調難題的成功解決

該項目成功地解決了“低供能系統”室外取、放熱系統與能量提升系統，室外取、放熱系統與生活熱水系統，能量提升系統與輻射頂棚系統，能量提升系統與生活熱水系統，新風處理系統與生活熱水系統、輻射頂棚系統與新風處理系統，新風處理系統與排風系統之間的協調、最佳化、匹配、集成等實際工程難點，以及相關設計技術、產品、裝置與工程套用中的協調問題，形成了系統的、完善的“低供能系統”技術集成體系。總體實現了“低供能系統”的“舒適”與“節能”兩大目標。

150萬平米大型示範工程的成功實踐和套用

“低供能系統”集成技術體系研究成果成功套用於南京、無錫、蘇州、杭州、常州、上海等南方高濕地區12項近150萬平方米的大型示範工程，成功解決了“舒適”與“節能”這一實質矛盾。項目規模之大，設計、施工難度之複雜均為國內首創。

綜合效益

“低供能系統”倡導節能、舒適的居住觀念和生活方式，摒棄了傳統的空調系統，以可再生能源的利用為建設理念，整合當今領先的建築科技，營造"恆溫、恆濕、恆氧"的高品質生活空間。研究成果及示範工程的成功實踐為下一步大面積推廣套用該系統形式提供了典型模式，有著巨大的社會經濟效益和產業化前景。

節能效益顯著、舒適效果明顯 本項目研究背景明確，實用性強，創新性突出，效益顯著。其中，“南京朗詩·國際街區B1、B2地塊項目”已經成功交付近四年，整個系統運行平穩，節能監測系統顯示，在最冷月1月及最熱月7月，單位面積運行費約3.0元/m2，全年運行費用（涵蓋夏季製冷、冬季供熱、全年生活熱水）總計24.78元/m2，如不含生活熱水系統，HVAC全年運行費用（涵蓋夏季製冷、冬季供熱）僅為18.56元/m2，與常規空調相比，單位面積耗電量和運行費用均可節省60%以上，節能效果非常顯著，室內舒適性效果明顯。

科技成果評估、鑑定 2007年5月16日，建設部科技發展促進中心在北京主持召開了《“低供能系統”集成技術研究與工程套用》科技成果評估會。評估委員會聽取了課題組的研究工作報告，審查了相關檔案，並向課題組進行了質詢，經過認真討論，評估委員會一致認為：該項研究工作在工程套用中引入了“低供能系統”的新型理念，在關鍵技術、技術集成和系統管理方面均取得了重大創新，技術難度和工程複雜程度較大，總體技術水平、主要性能參數、技術指標和經濟指標達到國際先進水平，具有積極的學術意義和套用價值。

國家級質量監督檢驗中心權威測試 2007年7月27日，示範工程在連續運行了一個夏季和一個冬季後，經國家空調設備質量監督檢驗中心權威測試，天棚熱泵機組平均COP=5.17，新風熱泵機組平均COP=4.76，系統整體能效為3.07，典型房間的客廳和書房的舒適度PMV－PPD評價指標均在舒適範圍之內，臥室舒適度PMV－PPD評價指標為稍涼快。為了解“低供能系統”在連續穩定運行數年後的具體使用效果，2010年1月，經國家空調設備質量監督檢驗中心再次複測，天棚熱泵機組平均COP=5.24，新風熱泵機組平均COP=4.52，系統整體能效為3.17，繼續保持在高效運行範圍之內，節能效果持續明顯。

住戶的實際調查與反映 通過對朗詩國際街區住戶的實際調查發現，將近有100%的用戶在使用過程中得到了如下結論：節能性較好，優於常規空調系統，符合國家相關節能環保政策；舒適性較好，恆溫、恆濕、恆氧，感覺舒服；使用費用較低，樂於接受。此外，從住戶的資料分析來看，有73%的購房者選擇朗詩國際街區的原因是它的“居住舒適度”，而其它的原因就很分散了。因此可以得到很明確的結論，技術含量對住房的銷售起到了十分積極的推動作用。

建築科技套用獎項的榮獲 截止到目前，“低供能系統”技術集成體系的成功套用使得示範工程屢獲大獎。其中，2007年10月，示範工程項目中的“蘇州朗詩國際街區”和“杭州朗詩國際街區項目”同時獲得了綠色亞洲人居環境獎之建築科技套用獎。2008年10月，“蘇州朗詩國際街區”獲得國家科技部第五屆精瑞住宅科學技術獎綠色生態建築獎金獎；而且，“低供能系統”集成技術研究與工程套用整個項目獲得了華夏建設科學技術獎勵一等獎。此外，“南京朗詩國際街區B2地塊項目”同時獲得了國家財政部可再生能源套用示範補助資金，明確被住房與城鄉建設部列為建築節能試點示範工程。大型示範工程的成功套用進一步證明了“低供能系統”是目前較為成熟、適用的集成套用型技術。

長期合作團隊的培養與練就 本項目實施過程中，集合了科研、設計、施工、材料供應、檢測、調試等多個團隊，進而保證了“低供能系統”的成功套用和示範工程的實際質量，最終建立起了一支長期合作夥伴關係的項目團隊來完成後續的示範工程項目建設。

隨時施工、隨時檢測 “低供能系統”在工程套用中，做到了隨時施工，隨時檢測實際效果。基本上做到了每施工完一個子系統或一個環節便進行相關效果的測試和確認，尤其對相關子系統的協調環節，真正意義上保證了示範工程的實際效果。

系統集成技術的升級套用 在示範工程的建設規劃中，充分兼顧了節能、生態、環保等諸多因素。在工程的建設中通過成熟的、規範化的成套技術，來提高工程質量，縮短建設周期，提高住宅的舒適性、適用性、耐久性，從而達到提高住宅居住功能的目的。同時，對後續的建設方案也在不斷地完善，從多個機房的設計方案到目前採用的集中式供能等各個環節進行了攻關。本項目提出的“低供能系統”在示範工程中的每一次套用，都使建設費用下降，節能效果增加。

示範效應的擴展與延續 截至目前，已完成12項近150萬平方米的大型示範工程設計和建設工作，所有工程進展情況一切良好。其中“南京朗詩·國際街區B1、B2、B3地塊項目”、“無錫朗詩·國際公園B1地塊項目”以及“蘇州朗詩·國際街區地塊項目”運行正常；“無錫朗詩·國際公園B2地塊項目”、“杭州朗詩·國際街區地塊項目”以及“常州朗詩·國際街區地塊項目”施工完畢，系統正在調試運行中；“蘇州朗詩·嘉業地塊項目”、“上海朗詩·長寧地塊項目”、“上海朗詩·綠島地塊項目”，“上海朗詩·南翔地塊項目”以及“南京朗詩·板橋地塊項目”正在按照節能設計圖紙施工過程中。“低供能系統”集成技術體系研究成果成功套用，將提高我國建築節能決策的科學化水平，將代表和引領節能型、舒適的居住小區的建設方向。

社會效益顯著，產業化前景巨大 “低供能系統”集成技術的成功套用，不僅大幅度的提升了居住小區自身的品質，為入住的業主帶來了舒適的居住環境和恆溫、恆濕、恆氧的感受。其次，因整個項目集成採用多項先進技術，環保效果顯著，通過本項目的實施，節約了大量的煤炭能源和電力消耗量，大大降低二氧化碳、二氧化硫、粉塵、氮氧化物和有害氣體的排放，減少了空氣污染，減少了溫室效應。因此，綜合來看，項目的收益者囊括了入住的業主、開發商乃至整個社會，這樣的項目也將代表和引領節能型、舒適的居住小區的建設方向。該項成果如在全國各地推廣套用，可以大大緩解我國城市發展對能源供應的巨大壓力，緩解國際上要求的各項污染物減排對我國經濟與社會發展的壓力，具有巨大的社會經濟效益和產業化前景。只要認真規劃設計好系統中各個環節、最佳化匹配好各個子系統、協調處理好系統集成技術中的難點問題，對於大範圍、大面積開展該系統的工程套用是指日可待的。