绿色科技住宅建筑中的节能节水技术应用

庄 鑫 张 曦 施晓帆 卢琛昊

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

当下全球能源短缺、社会环境严重污染的大背景，促进了绿色环保、科技创新的社会大趋势。数据显示，除供暖外的住宅能耗占民用建筑总能耗的 18%～20%[1]，住宅节能措施的利用可以有效减少能源消耗。

南京海玥名都住宅项目是高端集成绿色科技住宅项目，其项目特色主要体现于机电设备的集中设置、集中运维、信息化管理。小区集中应用了一套地源热泵集中热水供应系统，集中供应分户计量，并利用雨水回用及其他节能、节水措施，达到了绿色、健康的高质量居住标准。上述系统与信息化系统运维技术相结合，可更有效地评估各项节水、节能技术的使用效果，契合了当下注重效率的高质量生活标准。

1 项目概况

海玥名都项目地处江苏省南京市建邺区，总建筑面积为278 684 m2，住宅面积为204 864 m2，住宅总数为1 158户。项目意在打造科技、绿色的现代化高端住宅建筑。项目主要为15栋16～29层的高层住宅，建筑高度为60～100 m（图1）。

图1 海玥名都项目实景

工程设计用水量：最高日用水量为1 726.8 m3，其中住宅部分最高日用水量为932.2.5 m3，最大时用水量为97.1 m3。

2 节能技术及应用

2.1 热水系统选择——地源热泵技术

现有的高层住宅项目中仍以分户式局部加热供水为主，集中热水系统在高层住宅项目中得不到大规模的应用和认可，主要有以下几方面原因：

1）住宅用户热水使用时间较集中，用水点较分散，导致热损失较大，系统效率得不到较大提升。

2）集中管理要求较高，与传统相对简单的物业模式不适应。

3）初期投资成本高，用户使用成本较高。在经济水平较低的情况下，用户的接受度较低。

随着经济条件的提升、信息化的发展，人们逐渐放弃一次投资较低、维护成本较高的分户式系统，转向选择初期投资较高、免维护的集中信息化管理模式。

海玥名都项目选用地源热泵集中热水供应系统，与暖通专业空调、采暖共用热源，提升了系统整体效率。比起分户式局部加热方式，该系统具有以下优势：

1）便捷免维护，户内无需设置加热及储热设备。

2）集中产水，储存量大，因而出水温度均衡。

3）解除了末端电加热、燃气加热等设备使用过程中的安全隐患。

海玥名都项目集中换热系统设置于地下室热泵机房，统一规划设置，使机房排布更加集中，不仅增加了地下室的剩余空间，而且更有利于机房的维护管理。

2.2 系统设置

设计用水量：小区热水日用水量285 m3，平均时用水量11.8 m3，最大时用水量27.1 m3。住宅热水最大时用水量的能耗为6 548 649 kJ。

以29层住宅系统为例，系统分区与冷水分区同样分为5个区，4层及以下为低区市政直供，其余4区采用变频供水。系统采用干立管循环，各区供回水管道同程布置。

为减少系统热损失，项目采用较为严格的保温措施，以减少热损失：

1）热水干管具体做法为：厚30 mm橡塑发泡管壳、胶粘接壳缝，外用铝箔作保护层。

2）热水支管外套覆塑管壳或厚20 mm橡塑发泡管壳。3）户内热水管采用电伴热进行辅助加热保温。

2.3 能耗实测

本项目由智慧运维系统对热水系统运行进行全过程实时记录。该小区实际开盘时间为2018年6月，热泵系统自2018年9月开始逐渐正常运行。为了取得比较稳定的数据，我们从2019年1月份开始统计。具体数据如表1所示。

由表1统计数据可见，每吨热水耗电量从2019年1月份约80 kW·h下降至2019年9月份的25.61 kW·h，数据基本处于稳定下降状态。

表1 2019年1—9月热泵系统能耗数据

2.4 数据分析及对比

2.4.1 与分户式容积式电热水器及家用燃气热水器对比

由表2的对比数据可知，按照2019年9月份每吨热水耗电量数据，海玥名都项目集中热水供应系统的热水成本（13.72 元/t）低于分户安装热水设备的燃气热水器热水成本（16.82 元/t），节约20%左右，如根据分时电量统计，该成本更低。可见，其节能效果是比较明显的。

表2 2019年9月各类型加热方式的能耗对比

2.4.2 与空气源热泵、太阳能集中热水供应系统对比

地源热泵系统比起太阳能热水供应系统，省去了集热板的安装，建筑立面美观性更好。根据南京及其他地区高层住宅的太阳能集中热水系统的相关实例，夏季太阳能保证率可以达到0.5，而在冬季，太阳能系统保证率只有0.1左右[2]，且需要配合其他辅助系统使用，增加了造价成本，同时不利于集中管理。

空气源热水供应系统空气换热的振动较大，影响居住环境，且需要安装在空气流动较好的区域，影响建筑平立面效果。同时，其冬季除霜问题也是系统较难解决的一大弊病。另外，空气源换热器由于长期暴露于室外复杂环境，故故障率远高于地埋管。

地源热泵主要优势在于：设备占地面积小，系统集成性高，有利于高效管理；从立面美观性和噪声产生率来说，可更好地体现建筑的绿色科技主题；热源稳定性高，受环境影响较小；节能效率较高。

热泵系统将空调、采暖和生活热水热源集成为一体，节约了设备的安装空间，同时提高了系统的整体性。从本项目在生产热水的节能效果可以看出，其节能效果比较明显。而将热泵系统同时作为能源消耗量更大的空调、采暖和新风系统的热源后，其综合节能性和经济性则更为 可观。

3 节水技术及应用

3.1 雨水回用技术

本项目采用雨水回用系统（图2）。雨水收集区域面积93 119.96 m2，雨水蓄水池容积280 m3。雨水清水池容积70 m3，雨水处理设备规模10 m3/h，雨水回用总用水量77.62 m3/d。项目总用水量1 726.8 m3/d，非传统水源利用率2.02 %，年径流总量控制率55.49%。

利用室外雨水收集装置将雨水收集储存起来，用于室外浇灌用水和景观水补水。小区室外绿化覆盖率达42.13 %，绿化面积约38 812 m2。最大日绿化用水量为126.67 t。小区多处景观也需要补水。单以绿化浇灌水量计，雨水回用系统每年平均可节水9 702 t。

3.2 其他节水与措施

1）绿化浇灌。采用了节水灌溉技术（土壤湿度感应器、雨天关闭）。

图2 雨水回用系统示意

2）水压控制。在每层干管动压超过0.2 MPa的支管上设置支管减压阀。卫生间淋浴器内使用了自力式冷热水混合阀，其机械式反馈温度调节功能，可控制出水温度精确至1 K温差，可以有效减少浪费，避免高温烫伤。

3）卫生设备。住宅坐便器采用双挡节水型（5.0 L/3.5 L），达到GB 25502—2010《坐便器用水效率限定值及用水效率等级》中2级节能标准。

4）为保证便捷有效的管理方式，建筑整体采用同层排水方式；为消减管道噪声，在集中敷设于架空地板内的给排水管道噪声源位置贴设厚5 mm的吸声棉；为体现健康的卫生环境，选用了吉博力墙排式坐便器，隐藏式低位储水箱安装在装饰隔墙内，从而保证地面、墙面空间的平整和清洁。

4 “智慧运维”系统的应用

本项目机电系统整体运维系统包括空调、新风、热水系统的数据监控、记录，并实现远程控制。热泵系统地埋管的流量、温度、出水质量监控，机组的运行能耗及运行状态监控，系统节能效率的实时监控，用户端的空气温湿度、出水温度、用水量累计，都由运维系统整体记录、计算，并反馈给运营方（图3）。

通过系统可以实现实时监控运行状态数据，远程调整设备运行策略，快速调遣人员维护管理。通过阶段性记录和分析运行数据，可以总结设备运行状态，为决策者提供直观的决策依据。同时反映系统设计的合理性，为改善设计质量提供条件。

图3 “智慧运维”系统

5 结语

地源热泵集中热水供应系统利用可再生能源，有效降低了传统能源消耗；雨水回用及节水措施降低了建筑用水量；信息化管理、有效集成的方式，改善了建筑设备的整体性，提高了项目管理效率。集中热水系统的能源绿色低碳和数字科技管理，将是未来建筑发展的大课题。如何有效集成现有技术，在经济合理的前提下，有效提高建筑节能效率，美化室内环境，也是今后应着重解决的问题。