節(jié)能建筑中空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

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　　我國是一個經(jīng)濟(jì)快速增長、人口占世界20%的大國,也是能源相對匱乏的大國,目前已成為世界上第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費國。目前我國每年建成房屋面積已超過所有發(fā)達(dá)國家一年建成建筑面積的總和。隨著能源資源日趨嚴(yán)峻,人們普遍認(rèn)識到節(jié)約能源的重要性。 “低碳、環(huán)保、綠色”成為當(dāng)今時代的一個趨勢。在能源消耗中,建筑耗能大約占總能源消耗的28%,而且每年還在以1%的速度增長,建筑節(jié)能已經(jīng)成為當(dāng)今最大的節(jié)能項目。做好了建筑節(jié)能,也就抓住了節(jié)能工作的關(guān)鍵,為此,越來越多的節(jié)能建筑出現(xiàn)在我們周圍。

　　節(jié)能建筑是一個目標(biāo),一個發(fā)展方向,其具體的概念是在建筑全生命周期中平衡建筑環(huán)境的性能及人們對資源的消耗,對環(huán)境的影響。在該前提下創(chuàng)建的建筑空間能夠使人們可高效、健康地工作和生活。其主要表現(xiàn)在建筑的“節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、運行管理”等幾個方面,而其中的節(jié)能又尤為重要。建筑能耗中,空調(diào)系統(tǒng)能耗占整個建筑能耗的30%~40%。為此,做好空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能,就抓住了整個建筑節(jié)能的核心。在綠色建筑中，空調(diào)系統(tǒng)不單純是一個空調(diào)專業(yè)的工作,它需要和建筑、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)結(jié)合,使空調(diào)系統(tǒng)舒適、節(jié)能、高效地運行。我們以北京某辦公建筑為例,淺述在節(jié)能建筑中空調(diào)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用。

　　1 大樓簡介

　　大樓建筑面積約3萬m2,建筑總層數(shù)為們層(地上9層， 地下2層),高度為36m,綠化率為27%。從功能布局來看，一層為大堂 、服務(wù)區(qū)和咖啡廳,二層為會議區(qū),三層及其以上主要為辦公使用,職工餐廳設(shè)置在地下一層。建筑設(shè)計由意大利知名設(shè)計所主持,設(shè)計師避免了“標(biāo)新立異”和“形象工程”,在充分考慮了能源分析師的意見后,著重細(xì)節(jié)雕刻，整體造型穩(wěn)重又不失活潑。最終體型系數(shù)為0.13,綜臺窗墻比為0.33。通過采取以上措施,盡可能減少建筑與室外的熱交換（詞條“熱交換”由行業(yè)大百科提供）,降低熱損失。

　　2大樓空調(diào)系統(tǒng)介紹

　　本大樓的空調(diào)系統(tǒng)采用溫濕度獨立處理和控制的設(shè)計理念,從而實現(xiàn)熱環(huán)境、濕環(huán)境和空氣品質(zhì)3個環(huán)節(jié)的最優(yōu)化處理。辦公區(qū)域,采用主動式冷梁(Active Cooling Beam)末端設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）帶走顯熱負(fù)荷,由新風(fēng)系統(tǒng)除去濕負(fù)荷,空氣品質(zhì)也得到了有力的保障。部分非辦公區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管末端。在二層會議區(qū)采用VAV系統(tǒng),這樣可以滿足會議區(qū)溫濕度負(fù)荷變化大、新風(fēng)量大的要求。同時,在物業(yè)用房、中控室、網(wǎng)絡(luò)室等要求連續(xù)工作的場所,采用VRV空調(diào)系統(tǒng),避免“因為一個房間整座大樓空調(diào)都需開啟”的不節(jié)能運行概率的出現(xiàn)。

　　主動式冷梁空調(diào)系統(tǒng)需要提供兩種不同溫度的冷水:7℃ 冷水和16℃ 冷水。由于目前市場上沒有成熟的雙溫冷水機(jī)組,因此常規(guī)做法是利用常規(guī)冷機(jī)制取7℃ 冷水,通過板式換熱獲得16℃ 冷水。這種方式一方面造成換熱損失,另一方面也沒有發(fā)揮高溫冷水的優(yōu)勢。因此,在大樓的冷源選型中,選擇了一臺常規(guī)高效冷機(jī)制取7℃ 低溫冷水(COP=7),一臺雙工況螺桿冷機(jī)制取16℃ 高溫冷水(COP=7.4)滿足不同末端的需求。大樓空調(diào)系統(tǒng)圖如圖1所示：

　　3 冷梁系統(tǒng)的特點

　　大樓空調(diào)系統(tǒng)中,使用了主動式冷梁系統(tǒng)(該系統(tǒng)在國內(nèi)使用不多)。其基本原理為:由空調(diào)箱處理的室外新風(fēng)被送入冷梁后,經(jīng)噴嘴高速噴射在箱體內(nèi)部形成局部負(fù)壓,誘導(dǎo)室內(nèi)空氣(二次風(fēng))從多孔板風(fēng)口面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）進(jìn)入冷梁,再經(jīng)過熱交換器的冷卻后,與一次風(fēng)混合并從兩側(cè)送風(fēng)口貼附送入室內(nèi)。冷梁技術(shù)利用輻射換熱使冷凍水溫度提高到16℃ 以上,從而達(dá)到提高冷凍水溫度(較傳統(tǒng)供水7℃ ),增大冷水機(jī)組能效比,達(dá)到節(jié)能的效果。

　　冷梁系統(tǒng)在運行過程中取消了風(fēng)機(jī)，從而降低運行噪聲,將廣大用戶從煩躁的噪聲中解脫出來。由于冷梁的冷凍水供水溫度較傳統(tǒng)空調(diào)高,減小了換熱溫差,避免了在冷梁下活動的人的有吹風(fēng)感及干冷的感覺,提高空調(diào)系統(tǒng)的舒適度。圖2所示為冷梁的氣流組織,由圖2可以看出,從冷梁流出的空氣形成兩股方向相反的氣流,沿著吊頂流向冷梁的兩側(cè),這樣的氣流形成了非常好的房間氣流組織。沿著吊頂流動的氣流形成了科恩達(dá)效應(yīng)從而沿著天花板流動,然后緩緩地流到用冷區(qū)域。由于沒有風(fēng)機(jī)的強(qiáng)吹風(fēng),用戶在用冷區(qū)域會感覺非常舒適,從而提高了生活質(zhì)量。同時冷梁系統(tǒng)運行時無冷凝水,不會形成細(xì)菌滋生及冷凝水的二次污染。另外冷梁系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯,由于提高了冷凍水供水溫度,相應(yīng)地提高了冷水機(jī)組的制冷系數(shù)COP值。

　　3.1 冷梁系統(tǒng)的空氣處理過程

　　冷梁系統(tǒng)可以分為主動式冷梁和被動式冷梁兩種。其中被動式冷梁只能用于夏天制冷,而不能用于冬天制熱,因而不適用于在冬天需要空調(diào)供熱場所;而主動式冷梁具有供冷及供熱的功能,因此其應(yīng)用范圍較廣,其工作原理如圖2所示。

　　3.2冷梁系統(tǒng)的控制

　　從主動式冷梁的運行原理可知,要使冷梁內(nèi)的表冷器溫度高于該處的露點溫度,可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入冷梁的冷凍水溫度及水量的方式來改變表冷器的溫度。

　　通過調(diào)節(jié)進(jìn)入冷梁表冷器的水溫,使其高于室內(nèi)露點溫度,從而可以保證冷梁在干工況下運行。所以空調(diào)水系統(tǒng)采用2套獨立的系統(tǒng),且二者互為備用。其中一套為高溫水系統(tǒng)(螺桿式制冷壓縮機(jī)),主要負(fù)責(zé)冷梁系統(tǒng)的冷凍水供應(yīng),其供/回水溫度為16℃ /19℃ ;另外一套為低溫水系統(tǒng)(離心式制冷壓縮機(jī)組),主要負(fù)責(zé)空氣處理機(jī)組的冷凍水供水,其供/回水溫度為7℃ /12℃ 。

　　正常情況下,低溫水泵將16℃ 的高溫冷凍水送入冷梁,在房間內(nèi)吸收熱量后,回水溫度升高,通過回水管進(jìn)入集水器。冷梁供水管安裝有一個電動調(diào)節(jié)閥,由房間溫控器控制電動調(diào)節(jié)閥的開啟度,當(dāng)房間溫度高于設(shè)定值時,增大閥門開啟度,低于設(shè)定值時,減小閥門開啟度,以維持房間內(nèi)溫度恒定。誘導(dǎo)新風(fēng)通過空氣處理器處理后經(jīng)過冷梁送入房間,由于室內(nèi)辦公人數(shù)變化不大,需要的新風(fēng)量基本恒定,所以送風(fēng)機(jī)采用定頻運行。

　　4　建筑設(shè)計與空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合

　　大樓的建筑設(shè)計擺脫了“方盒子”或“鐵棒子”的思維定勢,巧妙地利用了幾何圖形矩形與環(huán)形交替連接的形式,采用了玻璃幕墻、石材通風(fēng)幕墻、金屬外掛立面等七種幕墻立面,流線型和弧形的設(shè)計融合了東西方文化的色彩,最終的方案則是“美觀”和“節(jié)能”的綜合考慮結(jié)果。倘若把建筑形式和結(jié)構(gòu)材料比作“骨架”,那么圍護(hù)結(jié)構(gòu)就可認(rèn)為是“衣服”,在很大程度上將影晌甚至決定使用者的冷熱能量消耗。在設(shè)計時通過調(diào)整不同朝向的窗墻比、窗戶及玻璃幕墻性能、屋頂和外墻的熱工性能,比對全年運行能耗和供冷供熱峰值能耗,同時考慮造價的經(jīng)濟(jì)性,從而得出最佳方案。

　　大樓緊鄰二環(huán)路主路,為降低冬季北京寒冷的西北風(fēng)對大樓耗能的影響,大樓北側(cè)立面采用務(wù)實處理方法,采用小條形窗,有效地減少了窗戶滲透和輻射的能耗損失。大樓內(nèi)設(shè)有2個中庭,用于自然光導(dǎo)入和增加大樓內(nèi)部的空氣自然流動與通風(fēng),在舂秋季節(jié),打開中庭上部的通風(fēng)百葉,靠煙囪效應(yīng),自然對流通風(fēng),改善大樓內(nèi)空氣品質(zhì),同時還創(chuàng)造了一個環(huán)境舒適、景觀幽雅的辦公環(huán)境。在夏季,利用清晨室外空氣溫度相對較低,打開中庭上部通風(fēng)百葉,利用自然對流通風(fēng),降低樓體溫度,減少上午開制冷機(jī)組時的能源消耗。

　　5 運行效果

　　該項目為國內(nèi)最早的綠色建筑運行階段三星級認(rèn)證之一同時也通過了全國綠色建筑創(chuàng)新獎一等獎評審。從實際運行情況看,這個項目的節(jié)能環(huán)保效果也比較顯著,詳細(xì)的能耗分項計量結(jié)果顯示建筑的年運行能耗(2102年)約602kWh/(m2 aX其中電耗428kwh/(m² a),熱耗527kgcd(m² a),空調(diào)系統(tǒng)夏季(5月~9月)能耗為856kWh/m²。比目前北京辦公建筑能耗減少約40%,室內(nèi)自然通風(fēng)、自然采光和空氣品質(zhì)效果良好,大大提高了工作效率。

　　節(jié)能建筑的基本內(nèi)涵是表示人、建筑與環(huán)境三者之間的和諧關(guān)系。在當(dāng)今社會綠色建筑是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然要求。要促進(jìn)綠色節(jié)能建筑的發(fā)展,必須從從設(shè)計、施工、調(diào)試及運行管理等環(huán)節(jié)出發(fā),將建筑節(jié)能項目納入建設(shè)程序,形成長效管理機(jī)制;同時要努力探索能源管理模式,按照市場化運作方式推進(jìn)建筑節(jié)能工作,充分體現(xiàn)綠色節(jié)能建筑的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益;政府有關(guān)部門也應(yīng)當(dāng)給予必要的政策支持,堅持因地制宜、分步實施、穩(wěn)步推進(jìn)的原則,從而達(dá)到節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境,實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。【完】