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装配式建筑暖通空调方案经济与技术分析

发布日期:2019-08-19    来源:建工华创    作者:匿名    浏览次数:

装配式建筑暖通空调方案经济与技术分析

 

江雨薇1,郝学军2

1-北京建筑大学,北京1000442-北京建筑大学,北京100044

 

[摘  要] 装配式建筑作为新型建筑产业的重要部分,其发展也为暖通空调方案设计带来机遇和挑战。如何配合装配式建筑的发展转变传统暖通空调的设计和设备安装形式成为了首要问题。针对京津冀农村地区受光面积大、地热资源较多、建筑密度小等特点,从而提出较优的适用于装配式建筑的暖通空调方案。

[关键词] 装配式建筑;空调;供热

 

Economic and Technical Analysis of HVAC for Prefabricated Buildings

 

JIANG Yu-wei1;HAO Xue-jun2

(1-Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing,100044,China;

2- Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing,100044,China)

 

[Abstract] As an important part of the new construction industry, prefabricated buildings have brought opportunities and challenges to the design of HVAC projects. How to adapt the development of prefabricated buildings to the traditional HVAC design and equipment installation has become the primary issue. Aiming at the characteristics of large area of light receiving, large geothermal resources, and small building density in rural areas of Beijing, Tianjin and Hebei, the proposed HVAC solution suitable for prefabricated buildings is proposed.

[Keywords] Prefabricated Buildings; Air Conditioning;Heating

 



0 引言

伴随着国家经济实力的不断增强,人们对工作和生活环境的要求不断提升,在可持续建筑、绿色建筑快速发展之后,建筑行业也进入了向工业化的转型。暖通空调设计作为现代建筑产业的基础环节之一,建筑产业的转型也为其带来了新的机遇和挑战。当前我国的装配式建筑完成工厂化墙体结构生产及快速组装施工后,仍使用传统的设备安装和装修方法。如何针对装配式建筑本身设计出满足其施工快的要求的暖通空调方案成为了满足设计、生产、装配一体化要求的主要问题之一。本文旨在提出适合装配式建筑的暖通空调方案并对其作出分析,将其与传统施工方法作对比,从而得出较优的方案。通过调查,分析,模拟计算分析为装配式建筑的暖通空调方案设计提供有效的策略,用于支持社会主义新农村建设工作,进一步减少京津冀地区能源消耗,缓解因为供暖等因素产生的环境污染问题。

 

1 我国装配式建筑的发展

1.1装配式建筑的发展现状

建筑产业工业化是装配式建筑发展一个重要的背景。1974年,由联合国出版的《政府逐步实现建筑工业化的政策和措施指引》中给出了“建筑工业化”的定义:按照大工业生产方式改造建筑业,使之逐步从手工业生产转向社会化大生产的过程。而目前,人们普遍接受的建筑产业工业化是指:通过现代化制造、运输、安装和科学管理方式的工业生产方式,来替代传统建筑行业中分散的、低质量水平的、低效率的手工业生产方式。建筑产业工业化的主要标志是建筑设计标准化、构件配件生产工厂化,施工机械化和组织管理科学化。而装配式建筑是指用预制的构件在工地组装而成的建筑,因此装配式建筑无疑是建筑产业工业化发展道路中十分重要的一步。

近年来,我国之所以大力推广装配式建筑,是因为装配式建筑与传统的施工方式相比,大量的建筑构件,例如外墙板,内墙板,楼板,叠合板,阳台,厨房,卫生间,楼梯,预制梁,预制柱等都由工厂内车间生产加工完成,集中式的部件生产可以大大降低工程成本,同时也有利于控制建筑质量。除此之外,这种建筑具有生产建造速度快,施工过程受气候条件影响制约小,减少劳动力需求和提高建筑质量及精度等优势。

装配式建筑的施工将整个建筑由项目变成产品,其构件越标准,生产效率越高,成本越低,再配合工厂数字化管理,装配式建筑的性价比远超于传统建筑的建造方式。与传统建筑必须先完成主体才能进行装饰装修的方式不同,装配式建筑可以将各预制部件的装饰装修完成后再进行组装,从而可以实现装修工程与主体建造工程的同步,大大减少了建造工期,降低了建筑造价。装配式建筑的材料也选择非常灵活,配合各种节能环保材料的使用,例如轻钢以及木质板材,使其能够更加符合绿色建筑的要求。

1.2存在的问题

中国装配式建筑现阶段在建筑行业中的占比还不高,市场上主要以传统的现浇混凝土建筑为主,主要是因为目前我国装配式建筑产业还主要存在以下缺点:

1)造价高。我国装配式建筑的造价普遍比现浇混凝土建筑的造价高,费用的增加主要体现在PC 构件的预制和构件的安装运输费用上,并且预制率越高造价也就越贵。

2)我国技术标准体系不够完善。国家和地方还未出台明确详细的构件制作、施工及质量验收标准和规程,并且缺乏配套的实施细则。尤其是那些与之配套的产品和服务,多数都处于产品质量标准的空白区。

3)专业人才短缺。我国现在的建筑业管理体制和人才培养机制不适应装配式建筑发展的需要,预制构件的安装对运输、吊装设备的要求较高,而普通的施工队伍,工人素质较低,缺乏施工经验,所以专业人才相对短缺。

 

2 对节能75%样板房的能耗模拟

2.1北京市居住建筑节能设计标准

北京市于2012年颁布了《居住建筑节能设计标准DB11/891—2012》,要求在“十二五”期间,将在全国率先执行节能75%的设计标准。这意味着,每平方米建筑的年采暖能耗可以再降低2.65千克标准煤。此外,北京还将通过新建节能建筑和绿色建筑、对既有建筑节能改造等方式,节省620万吨标准煤。

1)建筑体型系数要求

规范要求建筑物的体形系数S不应大于表2.1规定的限值。

 

2.1 建筑体形系数S限值

建筑层数

≤3层

48

913

14

体形系数S

0.52

0.33

0.3

0.26

 

2)建筑窗墙比要求

居住建筑各朝向窗墙面积比M不应大于表2.2 的限值。

2.2 建筑不同朝向的窗墙面积比M限值和最大值

朝向

M限值

M最大值

北向

0.30

0.40

东、西向

0.35

0.45

南向

0.50

0.60

 

3)建筑围护结构传热系数要求

建筑各部分围护结构的传热系数K 不应大于表2.3 规定的限值。

2.3 建筑围护结构传热系数K限值

 

 

2.2研究对象样板房与基准建筑

以中国乡村旅游住宿产品供应商途远公司提供的BPC装配式建筑样板房为研究对象,利用DeST软件模拟计算该研究对象在京津冀农村地区夏季冷负荷,和冬季热负荷,从而计算其在京津冀农村地区的全年能耗情况。

2.2.1建筑平面图

此建筑为二层复式楼房,占地面积约162.94,建筑面积约为285.97,总建筑空调面积为252.95,假设为三口之家居住。  



2.1 装配式建筑样板平面图

 

2.2.2基准建筑与研究对象的参数

2.4 各项目热工参数

 

2.2.3 模拟结果

 

2.2 基准建筑全年逐时空调负荷

 

 

2.3 研究建筑全年逐时空调负荷

 

通过DeST-H建筑能耗模拟软件分别对农村基准建筑和研究建筑装配式样板房进行全年能耗模拟,假设采暖季为11月15日——次年3月15日,空调季为6月1日——8月30日,可得到以下结论:(1)基准建筑全年累计热负荷29631kW•h,全年累计冷负荷3516.05kW•h,空调季冷负荷指标6.66W/m2,采暖季热负荷指标38.32W/m2;(2)研究建筑全年累计热负荷10583kW•h,全年累计冷负荷527.46kW•h,空调季冷负荷指标0.95W/m2,采暖季热负荷指标13.24W/m2,节能比例为65%。 

 

3-7 建筑全年能耗统计值

项目统计

单位

样板房统计值

基准建筑统计值

项目负荷统计


  全年最大热负荷

kW

18.97

49.45

  全年最大冷负荷

kW

23.79

41.48

  全年最大加湿量

kg/h

1.24

1.81

  全年累计热负荷

kW·h

10583.78

29630.92

  全年累计冷负荷

kW·h

527.46

3516.05

  全年累计加湿量

kg

586.11

829.90

项目负荷面积指标


  全年最大热负荷指标

W/m2

75.01

209.84

  全年最大冷负荷指标

W/m2

94.07

176.03

  全年最大加湿量指标

g/h/m2

4.88

7.67

  全年累计热负荷指标

kW·h/m2

41.84

125.74

  全年累计冷负荷指标

kW·h/m2

2.09

14.92

  全年累计加湿量指标

kg/m2

2.32

3.52

项目分季节负荷指标




  采暖季热负荷指标

W/m2

13.24

38.32

  空调季冷负荷指标

W/m2

0.95

6.66

 

3 适用于装配式建筑的暖通空调方案

针对京津冀农村地区针对京津冀农村地区受光面积大、地热资源较多、建筑密度小等特点,配合国家发展新农村建设的政策要求,装配式建筑在组装和拆卸等方面都极大地方便了农村人民的生活要求,可有效地解决农村换房不易、自建建筑质量较差等问题。在现代化新农村的建设中,农村居民对建筑环境的要求也在不断提高,因此配合装配式建筑的特点利用节能技术为其设计适用的暖通空调方案尤为重要。

 

3.1热源

3.1.1电取暖

电采暖就是用电来实现采暖,是一种将电能转化成热能直接放热或通过热媒介质在采暖管道中循环来满足供暖需求的采暖方式或设备。电能因其无噪音、无废气,是最环保、清洁的能源,所以电采暖设备在众多采暖设备当中显得十分优越,特别是在其它能源不断涨价的今天,人们十分明智地选择了电采暖方式,高端客户选择了内置热源热媒,以自然对流为散热方式的散热终端。电磁式的热效率约为98%,并且稳定五年至十年热转换率依然是不变,而电阻式则有衰减。但如今中国大部分电能都由烧煤生产而来,利用高品位电能生产低品位热能将造成极大的能源浪费。

3.1.2热泵

热泵有四大优点,第一是节能,有利于能源的综合利用,第二点是有利于环境保护,第三点是冷热结合,设备应用率高,节省出投资,第四因为它是电驱动,所以它调控比较方便。热泵技术能通过热泵的形式,可以提高能效的利用,能效的利用有两个含义,从环境角度来讲,可以减少温室气体的排放,减少对环境的有害的因素,从另外一个方面来说,就是解决电力高空负荷的一项技术。热泵用逆卡诺原理,以极少的电能,吸收空气中大量的低温热能,通过压缩机的压缩变为高温热能,传输至水箱,加热热水,所以它能耗低、效率高、速度快、安全性好、环保性强,源源不断的供应热水。

地源热泵中央空调系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。在太阳的辐射照耀下,地球成为太阳能的巨型“存贮器”,在地壳浅层的水体和岩土体中贮存了大量清洁的可再生能源,称为浅层地热能,简称地源。冬季,热泵机组从地源(浅层水体或岩土体)中吸收热量,向建筑物供暖;夏季,热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中,实现建筑物空调制冷。根据地热交换系统形式的不同,地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。地源热泵包含了抽地下水方式、埋管方式、抽取湖水或江河水方式等,抽取湖水或江河水方式造价最低,埋管方式最贵,热效率最好;但容易破坏地下水资源,因此国家对水源热泵有严格的限制。而地源热泵只要有足够的场地可埋设管地下冷热交换装置,由于农村地区建筑密度较小,可利用地热资源丰富,地源热泵是一个很好的选择。

空气能热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气能热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源,经系统高效集热整合后成为高温热源,用来取暖或供应热水。但津京冀处于冬季寒冷地区,冬季室外温度过低时,易导致空气源热泵制热效率过低,制热效果不佳。

3.1.3 锅炉

锅炉作为农村地区区域供热的主要热源形式,在国家实行“煤改电”、“煤改气”政策后,相继将燃煤锅炉改为了燃气锅炉。锅炉投资较分散采暖省,可实现集中管理,方便维修和用户,对污染物可实现高空排放。对煤改气项目,可利用直接原有的供热管网系统和锅炉房附属设备,节省初投资。但锅炉热效率相对较低,外网和换热站热损失和热媒输送动力消耗大,污染物排放总量大,系统调节不灵活,外网投资大,不能直接解决热计量问题。在建设初期系统利用率低。集中供热系统末端无计量和调节手段。统一按照供热面积收费。因水力失调造成部分用户采暖温度过高,当室内过热时,用户一般采用开窗散热法调节室温,会造成8%~15%的热损失。

3.2 末端形式

3.2.1暖风机采暖

暖风机供暖是靠受迫对流来加热周围空气,与一般散热器供暖相比,其突出的优点是作用范围大、散热量大;其缺点是消耗电能多,维护管理复杂,费用高。

3.2.2散热器采暖

    散热器作为冬季采暖主要的一种末端形式,已成为生活中不可缺少的组成部分。其质量的优劣,性能的好坏,外观的华陋,直接关系到使用的安全性、经济性和装饰性等问题。铜质散热器具有一般金属的高强度;同时又不易裂缝、不易折断;并具有一定的抗冻胀和抗冲击能力,由于铜管件很强的耐腐蚀性,不会有杂质溶入水中,能使水保持清洁卫生。因此建筑中的供暖系统中铜管暖气使用起来安全可靠,甚至无需维护和保养。铜管及配件在高温下仍能保持其形状和强度,也不会有长期老化现象,但其必须在建筑主体结构组装完成后才能进行安装,并且需占用室内使用面积。

3.2.3 地板辐射采暖

地板辐射采暖可利用余热水、太阳能、地热等各种低温热源;其与对流供暖方式相比热效率更高,热量集中在人体受益的高度内,室内设定温度即使比对流式采暖方式低2~5℃, 也能使人们有同样的温暖感觉,所以温差传热损失会大大减小。并且利用热媒低温传送,在传送过程中热量损失小,热效率高,与其他采暖方式相比,节能幅度约为20%,如采用分区温控装置,节能幅度可达到 40%。可配合装配式建筑在预制墙板中加入地板采暖层,在工厂内完成预制组装,既增加了保温层,又具有非常好的隔音效果,可降低噪音污染。

 

4 结论

装配式建筑的发展趋势应遵循“三个一体化”,即设计、生产、施工一体化。因此暖通空调设备安装也应该以最大程度的配合装配式建筑的工厂化生产,在主体结构生产的同时进行一部分的设备安装,并利用BIM技术将主体结构上的留孔精准定位,为后期设备安装节省工序。

由上述分析可得,针对京津冀农村地区的特点,对于没有制冷要求的用户,可采取燃气锅炉作为集中热源,采用散热器作为末端,此方式可利用直接原有的供热管网系统和锅炉房附属设备,大量减少初投资,散热器设备安装也已较为成熟,换热效果较好,造价较低;对于有夏季制冷要求的用户,可采用地源热泵结合辐射板的形式,可以同时满足夏季制冷和冬季采暖,此方式系统安装简便、可实现工厂化生产、换热快、能效比高、采暖效果好、能耗较低。


参考文献:

[1]卢求.德国装配式建筑发展状况[J].建筑产业,2017-06:12-13.

[2]牛海霞.基于装配式建筑的发展及优势探析[J].建材发展导,2017-5:12-13.

[3]郭章林,梁婷婷.浅谈装配式建筑的发展[J].价值工程,2017,36(2):233235.

[4]孔苏立,张玲.对装配式建筑的发展及优势的探析[J].科技与企业,2016(7)139-144.

[5]迟婷婷.对装配式建筑的发展及优势探析[J].环球市场,2016(30)222.

[6]王志成().美国装配式建筑产业发展趋势[J].中国建筑金属结构,2017(9)24.

[7]刘美霞.国外发展装配式建筑的实践与经验借鉴[J].建筑科技,2017(9)40.

[8]居住建筑节能设计标准:DB11/891—2012[S].北京,2012:6-10.

[9]王颖.装配式混凝土住宅的建筑设备设计与技术[J].住宅与房地产,2017(1)103.

[10]韩楠.推进上海装配式装修发展策略探讨[J].住宅产业化,2017(07)10.

[11] Xuetong Wang; Yuan Huang; Weirui Xue, Ph.D.; and Chen Lu, Ph.D. “Research on Collaborative Management of Prefabricated Construction: Integration of Design and Construction ICCREM, 2017(07)1.

[12]Kailun Feng; Yaowu Wang; and Weizhuo “The Environmental Performance of Prefabricated Building and Construction: A Critical Review ICCREM, 2017(07)18.

[13] Zhenmin Yuan, Chengshuang Sun, Yaowu Wang, “Design for Manufacture and Assembly-oriented parametric design of prefabricated buildings” Automation in Construction 88 (2018) 13–22.

[14]Lara Jaillon, C.S. Poon, “Life cycle design and prefabrication in buildings: a review and case studies in Hong Kong”Autom.Constr.39(2014)195-202.

[15]Zhengdao Li, Geoffrey Qiping Shen, Xiaolong Xue, “Critical Review of the Researchon the Management of Prefabricated Construction”, 43 Habitat International, 2014: 240–249.

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