浅谈我国居住建筑的供热空调设计

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【摘 要】由居住建筑的新发展、对室内环境的新要求出发，从建筑节能方面浅谈供热空调系统的发展、设计的新思路。

【关键词】居住建筑；采暖设计；空调设计；建筑节能

随着我国城市化进程的加快，新建居住建筑面积逐渐增大，与此同时，随着人们生活水平的提高，人们对住房的室内环境要求也越来越高。居住建筑的供热空调系统作为保证室内环境、满足舒适性要求的必备设施，也就成了大家关注的主要内容之一。以提供一个舒适度高、经济节能、运行可靠的供热空调系统为出发点，本文简单阐述了我国目前的居住建筑供热空调系统设计角度。

1 供热分户计量

为了降低建筑能耗合理用热，采用集中供热或者小区热网的新建住宅均应采用分户热计量水平采暖系统[1]。将与市政或区域供热管网相连的公共立管沿楼梯间管井至各楼层，每户采暖管道与公共立管水平相接，在每户的分支管上设置调节关断及用热计量装置。这样的采暖形式按照居住户型的大小自成系统，楼层上下之间及邻里之间的影响相对较小，便于住户的独立调节和控制，也便于供热单位的运行管理和计量收费。它的户内采暖系统形式可采用水平单管跨越式、水平双管系统（上分双管式和下分双管式）、放射式双管系统、低温地板辐射系统等。

分户计量采暖系统的特点是对每个采暖用户进行单独控制，即每户独立采用一个供回水系统，一户一表制，可以单独对用户进行调节、关断、计量，不会影响其他用户。目前，主要依靠改变流进散热器热水流量的方法来实现散热器个体调节，进而调节散热器散热量，调节采暖房间的室温，来满足人体热舒适性的要求。但是在进行散热器调节时，必须不影响整个供热系统的水力稳定性，因此供热系统要有完善的调节控制措施和高水平的运行管理办法。

2 分户供热系统

针对没有集中热源的居住小区，分户供热系统则能满足人们冬季需求。较集中供热分户计量系统, 分户供热取消了锅炉房及室外管网的设置, 大大降低了冬季供热成本；其次取消了对热的计量, 取而代之的是对燃气、水和电的计量, 在管理上给物业提供了很大的方便； 另外, 住户可以根据自己的意愿分室控温、分室调节, 给用户提供了自己调节室内空气环境的机会, 从长远角度看, 节省能源, 对绿色环保起到了不可忽视的作用。

分户供热主要方式有[2]：燃气壁挂炉+散热器采暖系统、燃气壁挂炉+低温地板辐射采暖系统、电热采暖炉+散热器采暖系统、电热采暖炉+低温地板辐射采暖系统、电热膜系统、低温发热电缆地板辐射系统等。住户应根据建筑客观条件与个人喜好，选用合理的系统。

3 可再生能源供热空调系统

建筑节能对于缓解中国的能源问题，促进中国经济、社会全面可持续发展具有举足轻重的作用。对于建筑节能，除了抓好新建建筑的节能和既有建筑的节能改造工作之外，大力发展可再生能源技术的建筑应用也是缓解能源需求矛盾的重要途径。目前，可再生能源在建筑中的应用主要以浅层地能与太阳能为主[3]。为了推进可再生能源建筑应用工作，各省市地区要求新建建筑中具备可再生能源利用条件的，应当选择使用可再生能源，并全面推广太阳能进行热水供应，实现太阳能建筑一体化设计。

3.1 太阳能供热空调系统

太阳能供热系统通常可以跟太阳能热水建筑一体化系统联合使用，在此情况下，要适当增加太阳集热器的的采光面积。另一种太阳能供热系统是把太阳集热器与水-水热泵结合起来，即由太阳集热器为热泵提供低温热源，再由热泵为建筑物提供采暖所需要的热水。

太阳能制冷空调一般用太阳能集热器与吸收式或吸附式制冷机相结合来实现，集热器用于向制冷机提供发生器所需要的热源。太阳能吸收式空调系统不仅可以夏季提供制冷，而且可以冬季提供采暖，过渡季节提供生活热水。

太阳能光热采暖、空调，由于目前成本过高，不宜大规模在居住建筑中推进。考虑未来的发展问题，在有条件的地方，鼓励其采用太阳能采暖、空调系统。

3.2 土壤源热泵系统

土壤源热泵系统是由传热介质通过竖直或水平土壤换热器与岩土体进行热交换的热泵系统，常简称地源热泵系统。利用岩土体作为热泵的低位热源，与空气源热泵相比，土壤源热泵机组不需要风机，噪声小；不需要除霜，从而节省热泵的除霜损失，提高地源热泵运行的可靠性。因此地埋管地源热泵系统的应用十分广泛。

地源热泵的地埋管换热器有水平和竖直两种埋管方式，应在工程勘察结果的基础上，根据可使用的地面面积、挖掘成本等因素确定。当可利用地表面积较大，浅层岩土体的温度及热物性受气候、雨水、埋设深度影响较小时，宜采用水平地埋管换热器。否则，宜采用竖直地埋管换热器。

3.3 地下水源热泵系统

地下水源热泵系统是采用地下水作为低品位热源，并利用热泵技术，通过少量的高位电能输入，实现冷热量由低位能向高位能的转移，从而达到为使用对象供热或供冷的一种系统。地下水地源热泵系统适合于地下水资源丰富，并且当地资源管理部门允许开采利用地下水的场合。

地下水的水温常年保持不变，一般比当地平均气温高几度。我国华北地区的地下水温度约为15-19℃。由于地下水的温度恒定，与空气相比，在冬季的温度较高，在夏季的温度较低，另外，相对于室外空气来说，水的比热容较大，传热性能好，所以热泵系统的效率较高。根据地下水是否直接流经水源热泵机组，分为直接和间接系统两种。

3.4 污水源热泵系统

污水源热泵利用污水（生活废水、工业温水、工业设备冷却水、生产工艺排放的废温水），借助制冷循环系统，通过消耗少量的电能，在冬天将水资源中的低品质能量“汲取”出来，经管网供给室内空调、采暖系统、生活热水系统；夏天，将室内的热量带走，并释放到水中，以达到夏季制冷的效果。

我国北方地区，冬季采暖主要是依靠煤、石油、天然气等石化燃料的燃烧来获得，采暖与环保成为一对难以解决的矛盾。城市污水是北方寒冷地区不可多得的热泵冷热源，它的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率要高，节能和节省运行费用效果显著，有着较大的应用前景。

3.5 海水源热泵系统

海水源热泵系统利用海水做为热源或热汇，并通过热泵机组，加热热媒或冷却冷媒，最终为建筑提供热量或冷量的系统。海水中所蕴含的热能是典型的可再生能源，因此，海水源热泵系统也是可再生能源的一种利用方式。

海水源热泵系统的工作原理是夏季热泵用作冷冻机，海水作为冷却水使用，冷却系统不再需要冷却塔，这样会大大提高机组的COP值，据测算冷却水温度每降低1℃，可以提高机组制冷系数2%-3%左右。冬季通过热泵的运行，提取海水中的热量供给建筑物使用。供热和供冷的时候使用一套分配管网系统。

3.6 淡水源热泵系统

以江水、湖水、水库水等地表水体做为低位热源的地表水系统称为淡水源热泵系统。原则上，只要地表水冬季不结冰，均可作为冬季低位热源使用。地表淡水相对于室外空气来说，一般温度波动小，是很好的低位热源。同时与地下水和地埋管系统相比，地表水系统一般可以节省一部分打井费用。因此在条件适宜的项目中采用地表水系统会有一定的优势。

总上，以太阳能与浅层地能为主的可再生能源建筑供暖空调系统，因初投资相对较大，对单独用户不占优势，但若针对居住小区或者建筑面积较大的别墅建筑等，节能效果非常显著，经济效益明显。因此在有条件的地区值得大力推广。

4 小结

本文根据居住建筑节能设计原则，阐述了工程设计时，要充分考虑供热空调系统的新发展，在满足室内环境要求的基础上，从工程实际出发，选用供热分户计量、分户供热、利用太阳能与地热等可再生能源的新技术、新形式，设计出布局合理、使用方便、运行可靠、节约能源的供热空调系统。

参考文献：

[1]《北京市新建中供暖住宅分户热计量设计技术规程》，DBJ 01-605-2000.

[2]景世晖.住宅分户式采暖系统型式的多样化及选择(J).甘肃冶金，2010，32(4):143-144.

[3]徐伟. 可再生能源建筑应用技术指南(M). 北京：中国建筑工业出版社，2008.

作者简介：

王希玲（1978-），女，山东济南人，工程师。