我国于2008年开始引入以德国为代表的欧洲被动式超低能耗建筑。目前，全国已有大量建成的或建设中的被动式建筑项目，严寒、寒冷、夏热冬冷和夏热冬暖等各个气候区均有分布。被动式超低能耗建筑“更加节能、更加舒适、更好空气品质、更高质量保证”的特点，使其成为推动我国建筑节能工作、实现“双碳”目标以及打造“好房子”的重要途径。
1新风空调一体机概述
1.1新风空调一体机的工作原理
新风空调一体机是超低能耗建筑的“呼吸系统”，一般由空气源热泵、变频无级调速风机、全热交换机芯、空气过滤器、电动调节送风百叶和电动调节气密阀等组成，其工作原理如图1所示。
图1新风空调一体机工作原理图
室外新风通过新风阀、滤网、高效热交换滤芯、换热器和送风机处理后进入室内。当进入的新风更有利于加快室内温湿度平衡时，如夏季夜间室外新风温度低于室内空气温度或过渡季节时，机组的旁路自动开启，即此时新风不经过换热滤芯换热直接进入室内，避免了新风和排风之间的不利换热。室内污浊空气经过高效换热滤芯和排风机排至室外。室内循环空气经过粗效过滤网、回风阀、变频送风机、高效滤网和翅片后送入室内，系统的冷热源主要靠变频空调提供。
由于被动房气密性较好，因此室内人员散湿、衣物晾晒散湿及敞开水面的水分蒸发基本可以满足室内湿度的需求，所以新风空调一体机可以不安装加湿模块。对于高湿地区，新风空调一体机可以增加除湿装置以改善室内湿环境。
新风空调一体机中的热回收换热器按照原理不同分为转轮换热器、板式换热器、溶液循环式换热器、热管式换热器和溶液吸收式换热器等。每种热回收装置具有如下运行原理、工作特性、运行参数、使用场合和适用工况。
（1）转轮换热器。该装置体积较大，占用空间大。因需设置转动机构，转动会消耗能量。此外，由于转轮换热器风压压损较大，存在气流渗漏，因此会发生交叉污染现象。适用于温差较大的新风热回收系统。
（2）板式换热器。该装置只回收显热，无法回收潜热，使用寿命长，方便维护保养，换热效率高。适用于室内外温差大、湿度小的地区。
（3）溶液循环式换热器。该装置的室内排风与室外新风完全隔离，两者不直接接触，不会产生交叉污染。吸收热量侧和释放热量侧通过管道连接，管道布置方式灵活多样，对空间要求不高，安装方便快捷。不过，该装置只能对显热进行回收，不能回收利用潜热，且管路中需配置循环泵，将额外耗费能源动力，这使得换热效率通常在60%以下。
（4）热管式换热器。该装置布局紧凑合理，传热面积较大，无额外能源消耗。每根热管自成换热体系，不易堵塞，方便更换，换热效率达60%~70%。不过，其不能对潜热进行回收利用。
基于热回收效率、初投资和运行能耗等综合考虑，转轮换热器或板式换热器均可用于被动式超低能耗建筑中的新风空调一体机中。若两者在显热效率和潜热效率方面相差不大，板式换热器由于不需要提供装置运行转动所需的电能，其能效高于转轮换热器。
1.2新风空调一体机的运行模式
新风空调一体机支持多种气流组织，可灵活应对各类空气需求，如全新风模式、全循环风模式和混风模式。运行模式上，不同设备厂家的运行模式名称略有差异，如舒适模式、节能模式和旅游模式可供切换，或自动模式、除湿模式、节能模式、净化模式、静音模式、富氧模式和离家模式。
2应用工程实例
2.1设计概况
2.1.1工程概况
湖南省株洲市青龙湾德国之家超低能耗建筑示范项目是夏热冬冷地区第一栋被动房高层住宅。该项目建筑用地面积共14666.67m2，由4栋住宅楼组成，单栋楼建筑面积为6882m2，地上12层、地下1层，基底面积为625.62m2，外表面积为7610.7m2，包围体积为20289.26m3；每单元设智能电梯1部，每户设种植露台，整栋屋顶设种植屋面。每栋楼设2个单元，每层共4户，其室内面积分别为136m2、108m2、108m2和115m2。
每栋楼共计48户，4栋楼共计192户。该项目建筑外形如图2所示。
图2株洲市青龙湾超低能耗建筑示范项目建筑外形
2.1.2室内环境设计参数
该项目室内环境设计参数如表1所示。
表1室内环境设计参数
室内环境一年四季处于舒适状态，且应同时满足以下规定：
（1）室内空气温度保持在20~26℃；
（2）室内空气相对湿度宜保持在40%~60%；
（3）超温频率小于10%；
（4）室内CO2浓度不超过0.1%；
（5）室内围护结构内表面温度温差不得超过3℃；
（6）门窗室内一侧无结露现象。
2.1.3能耗设计指标
本项目能耗设计指标如下：
（1）供热需求指标为3.37kW·h/(m2·a)，不超过10kW·h/(m2·a)（为用户端的供热消耗，不包括供热制热损失）；
（2）制冷需求指标为19.27kW·h/(m2·a)，不超过37kW·h/(m2·a)；
（3）供热负荷指标为5.3W/m2，制冷负荷指标为15.1W/m2；
（4）所有能耗的一次能源消耗总计120kW·h/(m2·a)，包括家用电器、制冷、供热等能耗；
（5）所有热桥的热桥损失系数均＜0.01W/(m·K)。
2.1.4冷热负荷指标
该项目设计热负荷为36.47kW，热负荷指标为5.3W/m2；冷负荷为103.91kW，冷负荷指标为15.1W/m2。
2.2新风系统方案设计
笔者以该项目某户型为例进行新风系统设计的阐述，其室内新风系统布置如图3所示。
图3室内新风系统布置图
项目团队基于被动式超低能耗建筑的特点，为了避免开窗通风造成的热损失，降低能源消耗，同时达到空气交换卫生方面的要求，采用专门带热回收的户式新风系统，在为室内提供新风的同时，还为室内提供冷热源，保证室内温度在设定范围内波动。
该户型室内面积为136m2。基于房间功能，设计人员将新风设备布置在过道的吊顶内，将客厅、卧室、餐厅、书房作为送风区，卫生间作为回风区，过道作为溢流区。卫生间的新风机则设为强制启动模式，以达到卫生间通风换气的目的。同时，设置了智能监测与控制系统。各个房间均设置有探测器，监测室内参数。主控面板位于客厅，集中显示各房间温度、相对湿度等参数。当有参数超标时，探测器会将信息传递给主控面板，主控面板则会发出指令对新风设备进行调整。
项目团队选用的新风设备的技术参数如表2所示。
表2新风设备的技术参数
此外，风管选用酚醛彩钢复合风管制作风管。送风口选用电动双层百叶风口，回风口选用单层百叶风口。送风、回风形式则采用上部侧送风、顶部回风形式。
2.3室内热环境与耗电量监测
图4测量设备布置
该户型全年测量时期内的室内温度、相对湿度、PM2.5浓度、CO2浓度和耗电量情况如图5所示。
图5全年室内各指标情况
由图5可知，采用新风一体机系统后，住宅全年室内热环境、空气品质和能耗均符合DBJ43/T544—2022《湖南省超低能耗居住建筑评价标准》设计规定。室内温度全年波动范围为22.1~25.9℃，平均值为24.1℃；相对湿度全年波动范围为37%~64%，平均值为47.3%；CO2浓度全年波动范围为0.04%~0.1391%，平均值为0.0628%，
全年范围内仅发现2次数值超过限定值（0.01%）；PM2.5浓度全年波动范围为0~70μg/m3，平均值为10.5μg/m3。
各季节详细描述如下：
（1)春季室内温度波动范围为20.1~26.2℃，平均值为23.4℃；室内相对湿度波动范围为48.0%~84.0%，平均值为63.0%；室内CO2浓度平均值为0.0568%；室内PM2.5浓度平均值为22μg/m3。
（2)夏季室内温度波动范围为22.8~27.4℃，平均值为24.9℃；室内相对湿度波动范围为40.0%~86.0%，平均值为63.0%；室内CO2浓度平均值为0.0615%；室内PM2.5浓度平均值为12μg/m3。
（3)秋季室内温度波动范围为20.2~27.6℃，平均值为24.4℃；室内相对湿度波动范围为40.0%~73.0%，平均值为57.4%；室内CO2浓度平均值为0.0584%；室内PM2.5浓度平均值为23μg/m3。
（4)冬季室内温度波动范围为18.7~24.9℃，平均值为21.8℃；室内相对湿度波动范围为38.0%~68.0%，平均值为51.1%；室内CO2浓度平均值为0.061%；室内PM2.5浓度平均值为29μg/m3。
此外，全年范围内，日耗电量波动范围为0.7~57.9kW·h，全年总耗电量为3995.8kW·h，全年单位面积耗电量为29.4kW·h/m2，低于DBJ43/T544—2022中对于建筑全年能耗综合值的限值[50kW·h/（m2·a）]。可见，配备新风空调一体机的超低能耗住宅建筑能满足居住者对室内环境舒适、高空气品质和低能耗的需求。
3结论
新风空调一体机是基于被动式超低能耗建筑的能源环境需求研发的新型设备，是适应我国建筑节能市场发展、具有中国特色的终端功能装置，可有效提高室内舒适度，并降低用户能耗。
笔者基于新风空调一体机的工作原理和运行模式，结合夏热冬冷地区现有被动式超低能耗建筑案例，分析了采用新风空调一体机后的室内热环境、空气品质和住户耗电量，得出如下结论：（1）室内温度全年波动范围为22.1~25.9℃，平均值为24.1℃；相对湿度全年波动范围为37%~64%，平均值为47.3%；CO2浓度全年波动范围为0.0400%~0.1391%，平均值为0.0628%，室内温度、相对湿度和CO2浓度均满足该地区被动式超低能耗建筑标准限值；（2）PM2.5浓度全年波动范围为0~70μg/m3，平均值为10.5μg/m3，满足国家和地方标准；（3）全年单位面积耗电量为29.4kW·h/m2，低于标准限值。
4结束语
目前，新风空调一体机作为超低能耗建筑的“呼吸系统”发展迅速，未来一定会被更加广泛地应用于超低能耗或零能耗建筑。笔者以株洲市青龙湾超低能耗建筑示范项目为例，对新风空调一体机在住户中的应用及室内环境进行了分析与总结，验证了新风空调一体机的应用对于营造超低能耗建筑舒适室内环境以及降低能耗的贡献，希望能为类似项目提供一定的参考。