★大连市建筑科学研究设计院股份有限公司王晶

关键词：超低能耗；智能新风系统；超低能耗建筑

国务院办公厅印发《关于推动城乡建设绿色发展的意见》中提出要推动高质量绿色建筑规模化发展，大力推广超低能耗、近零能耗建筑，发展零碳建筑。推动区域建筑能效提升，降低建筑运行能耗、水耗，大力推动可再生能源应用。

什么是超低能耗建筑呢？超低能耗建筑是一种注重能源效率和环境可持续性的建筑形式，其设计目标是在满足建筑功能需求的同时，最大程度地降低能源消耗和环境影响。

随着被动式超低能耗建筑的发展，建筑围护结构的保温性能及建筑整体的气密性能大幅提升，建筑能耗水平明显下降。然而，建筑本体的高气密性使得室内出现新风不足、污染物浓度过高等一系列问题，此时机械通风成为被动式超低能耗居住建筑强化新风补给的重要途径，而新风量的提升必将引发建筑的能耗随之增长。传统新风系统设计选型，是先计算新风系统覆盖的建筑内各个房间的人员最大新风需求量，然后将计算的各个房间的人员最大新风需求量叠加求和，以此作为这个新风系统新风机组选型的依据。然而这种设计方案忽略了建筑物内人员是流动的这一特点，因此传统的设计往往造成新风机组选型偏大，整个新风系统能耗增加。如果考虑人员流动性的特点，按照整个建筑人员数作为新风机组选型依据，每个房间新风分配量就成了一个难题，由于人员流动的随机性，分配不好，就会造成有的房间新风量不足，而有的房间新风量浪费。

根据上述提出的技术问题，需要提供一种适用于超低能耗建筑、可以根据人员实际需求自动调节房间新风量的低能耗新风系统。

1　低能耗新风系统的组成

低能耗主要围绕围护结构、能源和设备系统、照明、智能控制、可再生能源利用等几个方面进行思考，结合新风系统的组成及相关特点，将两者相结合，寻找融合点，发现问题，补齐短板，对系统进行系统化、科学化、智能化改造升级，提高人们的使用体验。

适用于超低能耗建筑、可以根据人员实际需求自动调节房间新风量的低能耗新风系统主要包括以下构件：

（1）热回收新风机组（新、排风风机均为变频可调节）；

（2）与新风机组连接的用于送新风的新风管道和用于排风的排风管道；

（3）新风机组新风出口设置的压力传感器；

（4）进入每个房间新风分支管道上的电动调节阀；

（5）每个房间设置的CO₂浓度探测器；

（6）对整个新风系统实现分析控制的处理器模块。

2　低能耗新风系统的设计思路

适用于超低能耗建筑、可以根据人员实际需求自动调节房间新风量的低能耗新风系统主要设计思路如下：

根据整个建筑内实际人员的数量计算人员所需的新风量，以此作为选择热回收新风机组风量参数的依据。

根据每个房间最大人员设定数确定进入房间的新风支管道尺寸与相应的新风口尺寸。

根据之前确定的新风支管道尺寸匹配相应的电动调节阀规格。

低能耗新风系统的主要构件选型完成，然后将选配的热回收新风机组、新风管道、排风管道、压力传感器、电动调节阀、CO₂浓度探测器连接，系统搭建完成。

低能耗新风系统主要的运行逻辑如图1所示。

图1 低能耗新风系统控制原理图

设置于房间内的CO₂浓度探测器监测房间的CO₂浓度，然后将所监测到的数据传输给处理器。

处理器接收到房间的CO₂浓度数据后，将这一数据与设定好的房间CO₂浓度阈值进行比较。通过分析判断，确定房间内实际人员的数量以及房间内实际所需要的新风量。

处理器确定房间实际新风量后，进一步给进入房间的新风支管管道上的电动调节阀下达指令，控制电动调节阀阀体开度，以此调节进入房间的实际新风量。

如果整个建筑内的实际人员数发生变化，例如办公建筑临近上下班时段，建筑内实际人员数减少，房间电动调节阀阀体开度相应减小，造成整个新风管道内压头增加，新风机组新风出口设置的压力传感器检测新风管道的风压，将数据传输给处理器。处理器将接收到的新风管道的风压数据与设定不同新风量的风压阈值做比较，通过分析确定整个建筑实际需要的新风量。

处理器确定整个建筑实际需要的新风量后，进一步给热回收新风机组下达指令，控制新风机组内风机（包括新风风机和回风风机）的转速，以此调节新风机组的总风量，从而降低新风机组运行功率。

3　低能耗新风系统应用实例

将上述低能耗新风系统应用到实际工程项目上，对该新风系统能耗进行监测，以此来验证低能耗新风系统的实际运行效果。

案例建筑功能为办公建筑，位于辽宁省大连市，地上3层，建筑朝向南偏东45度，总建筑面积为1134m²，建筑高度为11.4m。低能耗新风系统的布置具体如图2所示。

图2 低能耗新风系统布置平面图

参见图2，低能耗新风系统包括热回收新风机组①，与新风机组①连接用于送新风的新风管道③和用于排风的排风管道、新风机组新风出口设置的压力传感器⑤、进入每个房间新风分支管道上的电动调节阀②、每个房间设置的CO₂浓度探测器④，所述低能耗新风系统还包括对整个新风系统实现分析控制的处理器模块⑥。

热回收新风机组①设计选型根据整个建筑人员所需的新风量确定的，然后根据每个房间最大人员设定数确定进入房间新风支管道③的尺寸。

参见图2，由于房间人员变动，造成房间内的CO₂浓度发生变化，房间内的CO₂浓度探测器④监测房间CO₂浓度变化，并将相应数据传输给处理器⑥，处理器⑥接收到房间内CO₂浓度数据开始与设定的房间CO₂浓度阈值做比较，通过分析、判断房间内实际人员数量及房间实际所需要的新风量，然后处理器⑥给进入房间的新风支管道上的电动调节阀②下达指令，控制电动调节阀②阀体开度，以此调节进入房间的实际新风量。例如房间6（开敞办公区）的人员集中进入到房间1（会议室）开会，系统将根据人员变化调整两个房间电动调节阀②阀体开度，即房间6（开敞办公区）的电动调节阀开度减小，房间1（会议室）的电动调节阀开度增加，保证每个房间新风量的同时，新风系统总风量不变。

如果整个建筑内的实际人员数发生变化，例如办公建筑临近上下班时段，建筑内实际人员数减少，房间电动调节阀阀体②开度相应减小，造成整个新风管道内压头增加，新风机组①新风出口设置的压力传感器⑤检测新风管道的风压，将数据传输给处理器⑥，处理器⑥将接收到的新风管道的风压数据与设定不同新风量的风压阈值做比较，通过分析确定整个建筑实际需要的新风量，处理器⑥给热回收新风机组①下达指令，控制新风机组①内风机（包括新风风机和回风风机）转速，以此调节新风机组的总风量，降低新风机组运行功率。

对案例建筑改造前后的新风系统运行能耗进行全年监测，监测结果如表1所示。

表1 案例建筑改造前后新风系统运行能耗

根据表1计算可得，对于案例建筑，改造后的低能耗新风系统相对于传统新风系统每年运行能耗节能率为52.65%，节能效果非常可观。

4　结语

通过上述实践应用得出，本文论述的智能可控低能耗新风系统可以根据整个建筑内人员实际新风需求量，调节新风机组风机转速，满足人员新风需求的同时降低新风机组的运行功率，实现超低能耗建筑节能的需求。该系统无需人为操作，根据处理器内预设的程序便可以根据房间实际人员需求，调节进入房间的新风量，提高了人体舒适性，避免浪费。因此，该系统可在新风系统控制领域进一步推广。

希望本文论述的智慧可控新风系统的设计方案，可以给从事相关领域的工作人员一些启发，更加有效地提升绿色、开放、协调、共享的超低能耗建筑的发展理念，多头并进，勇于创新，科学合理地将相关技术进行融合，为实现我国建筑节能领域碳中和碳达峰的目标做出积极的贡献。

作者简介：

王　晶（1985-），女、辽宁大连人，高级工程师，硕士，现任大连市建筑科学研究设计院股份有限公司环能分院机电总工，研究方向是暖通空调、智能控制。

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摘自《自动化博览》2024年3月刊