零能耗零排放住宅解决方案

　　零能耗零排放住宅解决方案 ----陈康生2015.04.07

　　零能耗是建筑的必然趋势。建筑物与大地和阳光共存，有房子的地方，就有浅层地源和太阳能，把这两种可再生能源组合在同一个体系中，给建筑物提供电力、供暖和供冷、生活热水，实现零能耗、零排放、可持续的生态居住，必将改变我们对建筑的概念。

　　浅层地源和太阳能都具有清洁和可再生的优点，同时具有能量强度相对弱的特点。

　　山洞里的冬暖夏凉，给我们的启示：山洞是低温差热交换、零能耗的体系。建筑物的水力辐射供暖供冷与山洞的热交换形式类似，因此，追求低温差热交换是实现净能耗建筑的可靠途径。

　　实现低温差水力辐射热交换，必须采用水力设计和计算方法。洞人设计是以低温差

　　设计要素

　　?浅层地源的三重性

　　浅层地源通常指深度200m以内的地层，地层自然温度场的温度在20ºC左右。

　　热源

　　用低于自然温度场的温度值的循环液与地层进行热交换。例如，循环液的温度值是 10ºC，地源深处的温度值是20ºC，这时地层就是热源。

　　冷源

　　用高于自然温度场的温度值的循环液与地层进行热交换。例如，循环液的温度值是30ºC，地源深处的温度值是20ºC，这时地层就是冷源。

　　蓄热性

　　当循环液的温度高于地层自然温度场的温度值，长时间循环，并且超过地层的热扩散能力，地层的温度会上升，当这一过程足够长，地层会以较高的温度值趋于固化。这时地层是蓄热体。

　　反之，循环液的温度低于地层自然温度场的温度值，长时间循环，并且超过地层的热扩散能力，地层的温度会下降，当这一过程足够长，地层会以较低的温度值趋于固化。这时地层是蓄冷体无论是哪一种情况，都不利于地层温度场自身的热平衡。如果以年为周期，应当让地层吸收和释放的热量在周期内基本相当。使得下一个周期内，地层再作为热源和冷源循环使用。

　　光电

　　薄膜电池或晶硅电池可以将太阳能转化为电能。

　　研究表明

　　1) 温度: 25~30 ºC，温度上升，输出功率迅速上升。

　　2) 温度: 30~42 ºC，输出功率降低很少。

　　3) 温度超过42 ºC，输出功率下降明显，当温度达到75 ºC，电池板的输出功率降低40。

　　这就是为什么在冬季阳光明媚的早晨，太阳能板能够高效率发电，而在阳光强的夏季反而输出功率减少。

　　光热

　　太阳能电池板在发电的同时，吸收的热量是其发电量的数倍。利用地层的蓄热性，将夏季太阳能热量吸收，将热量输送并且储存于地层中，经过秋季，进入冬季时用于供暖。这叫做：太阳能热夏季储存冬季供暖。

　　?热泵

　　系统配置地源热泵，用于供暖和供冷，及冬季提供生活热水。热泵的效率是降低电能耗的关键之一。系统设计中热泵效率COP = 5 ~ 10，要热泵达到比较高的COP，且不配缓冲水箱，末端必须配套低温差水力系统。

　　?新风系统

　　在零能耗住宅中，新风的主要功能是改善室内空气质量，次要功能是夏季辅助供冷。

　　为了降低新风系统的能耗，通过地源新风埋管，冬季预热新风，夏季预冷新风。

　　?热交换端

　　光热交换，太阳能板是在发电板的下面，安装水管，夏季以闭路循环水方式吸收太阳能热;在寒冷地区，冬季在循环水中加入防冻液，以维持太阳能板不结冰。

　　室内热交换，地板、墙体及顶承担室内供暖供冷的热交换，管网的水力设计必须符合低温差水力设计要求。

　　地源热交换，可以采用垂直井埋管，或水平埋管。其尺寸大小依据太阳能热负荷和供冷负荷确定。

　　?多源/多负荷混合水力系统

　　按照水力学原理和计算方法设计水力系统。

　　系统的运行控制模块化，主要功能是根据温度测量信号，开启或关闭对应的设备。

　　系统由五部分组成：地源热泵、太阳能光电光热、辐射供暖供冷、新风及水力配送

　　?供暖

　　冬季供暖，主要换热量来自夏季储存于地源中的热。供暖前期，热泵不运行，地源热泵承担补充加热的作用。分水器的进水温度小于30ºC，高不高于35ºC。 进、回温差 3~5 ºC。

　　?供冷

　　夏季地板辐射供冷承担主要冷负荷，新风承担次要冷负荷。为避免冷凝，应根据当地气象数据计算低进水温度。进、回温差 2~3 ºC。

　　?新风

　　?生活热水

　　配置生活热水水箱。春、夏、秋三季，采用太阳能加热生活热水;冬季采用热泵生产生活热水，必要时，水箱配置辅助电加热。

　　设计参数

　　本解决方案参考工程：《天目地源#1工程》，2012年竣工的超低能耗工程。

　　本解决方案使用专利：

　　本文作者愿意以专利技术成果与致力于零能耗建筑的公司合作，共同推进零能耗、零排放住宅产业化，提供给市场完整的生态住宅产品。