公共建筑的空調(diào)節(jié)能探討

【中圖分類號】TU20 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1673-8209(2009)9-0242-02

【摘要】公共建筑節(jié)能是個系統(tǒng)工程，暖通空調(diào)系統(tǒng)在公共建筑節(jié)能中占據(jù)重要的位置。節(jié)能技術(shù)的研究開發(fā)和運用是建筑系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)，政府各相關(guān)部門的重視和支持，則是實現(xiàn)大幅度節(jié)能、產(chǎn)生顯著的環(huán)境和社會效益、推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保證。論文為此采用理論分析和案例相結(jié)合的方法，對夏熱冬暖地區(qū)空調(diào)設(shè)計優(yōu)化節(jié)能進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】公共建筑;空調(diào);節(jié)能

【Abstract】Public Building Energy Saving is a systems engineering， HVAC system energy efficiency in public buildings occupy an important position. Research and development of energy-saving technologies and use of the building systems， the basis of energy-saving air-conditioning system， the relevant departments of government attention and support， it is to achieve substantial energy savings， have a significant environmental and social benefits， ensure the promotion of economic development. Papers for this case the use of theoretical analysis and a combination of methods， hot summer and warm winter areas of energy-saving air-conditioning design optimization study.

【Key words】public buildings; air conditioning; energy

眾所周知，公共建筑具有很大的空調(diào)節(jié)能潛力，正確設(shè)置冬、夏天室內(nèi)設(shè)計溫度能產(chǎn)生良好的節(jié)能效果。不過我國當(dāng)前的建筑物室內(nèi)溫度常常存在夏天設(shè)定過低，冬天設(shè)定過高的現(xiàn)象，造成能源的大量浪費。其實通過加強(qiáng)中央空調(diào)運行管理，杜絕“跑冒滴漏”的浪費現(xiàn)象，可節(jié)能5%-10%;通過提高水泵風(fēng)機(jī)等輸配設(shè)備的運行效率及應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可節(jié)能10%-20%;此外通過改善過渡季節(jié)設(shè)備運行方式，避免冷熱不均、增加自動控制系統(tǒng)等措施，也可實現(xiàn)10%-20%的節(jié)能效果。綜合各項節(jié)能措施，公共建筑空調(diào)的節(jié)能潛力應(yīng)在30%-50%。本文在于通過結(jié)合某商場夏熱冬暖地區(qū)的氣候條件和商場特點做空調(diào)設(shè)計優(yōu)化節(jié)能分析，并進(jìn)一步按照采用優(yōu)化的的空調(diào)系統(tǒng)方案進(jìn)行節(jié)能分析，論證了建筑空調(diào)節(jié)能的重要性和可行性，對建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的設(shè)計和運行有著重要的指導(dǎo)和參考價值。

1 大型商場的建筑特點

(1)空間較大，貨架、柜臺的擺放位置可以多樣化，人流眾多，要合理安排顧客流動路線和貨物進(jìn)出路線，避免交錯混雜。(2)根據(jù)商品特性安排營業(yè)部位，貴重商品一般設(shè)在樓上，日用商品設(shè)在最方便的地方，笨重商品多安排在一層或地下層。(3)營業(yè)大廳要求寬敞，且有良好的通風(fēng)、采光設(shè)施，柜臺平面布置應(yīng)有較大的靈活性，以適應(yīng)經(jīng)營商品交換的需要。(4)因人流集中，應(yīng)特別注意安全消防措施等。

2 大型商場空調(diào)冷負(fù)荷形成影響的因素分析

2.1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對能耗的影響:建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要由外墻、屋面、外窗、地面、內(nèi)分隔幾部分組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型主要隨著地區(qū)的不同而變化。嚴(yán)寒地區(qū)的建筑應(yīng)充分滿足冬季保溫設(shè)計的要求;適當(dāng)兼顧夏季防熱;溫暖地區(qū)的建筑應(yīng)兼顧冬季保溫和夏季防熱:炎熱地區(qū)應(yīng)以滿足夏季防熱設(shè)計要求為主，適當(dāng)兼顧冬季保溫。即使在同一地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)也有許多種不同型式。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇是建筑節(jié)能設(shè)計首先要考慮的問題。外維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是決定建筑能否節(jié)能的基礎(chǔ)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分之間是相互影響，相互制約，單純地加強(qiáng)某一個或幾個方面的節(jié)能性能，并不一定能使建筑達(dá)到良好的總體節(jié)能效果和實現(xiàn)節(jié)能的經(jīng)濟(jì)型。據(jù)有關(guān)部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國的建筑耗熱量:外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國家的4-5倍，屋頂為2.5-5.5倍，外窗為1.5-2.2倍;門窗透氣性為3-6倍，總耗能是2-3倍，因此，推廣節(jié)能顯得愈加重要。在上世紀(jì)80年代以前，基本沒有機(jī)械降溫手段，大型商場地區(qū)比較重視自然通風(fēng)和建筑遮陽隔熱，居室空間較高，通常采用240毫米以上厚度的磚外墻、斜屋面或大階磚架空通風(fēng)屋面、窗戶飄蓬遮陽等結(jié)構(gòu)形式，起到較好的通風(fēng)、隔熱效果。根據(jù)近年對商業(yè)樓的能耗調(diào)查表明，空調(diào)系統(tǒng)能耗占整個建筑能耗的50-60%左右，因此有必要針對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能進(jìn)行分析。

2.2 建筑照明對能耗的影響:

在商場的照明設(shè)計中，合理運用光源的特性，可為廣大消費者營造舒適的光環(huán)境和烘托商業(yè)氣氛，是商場建筑不可缺少的部分。而這部分的能耗也相當(dāng)可觀，照明用電占商場用電量的40%-50%，在商場運營成本中占著一定的比重，降低照明能耗對于提高商場的商業(yè)競爭力具有重要作用。而在對空調(diào)總負(fù)荷各組成部分分析時，可看出照明負(fù)荷在其中占的比例較小，很容易被忽視，因此針對前述的商場照明現(xiàn)狀做分析，說明商場照明節(jié)能對空調(diào)節(jié)能的意義。

2.3 人員新風(fēng)負(fù)荷對空調(diào)冷負(fù)荷的影響形成:

隨著人民生活水平的不斷提高，為繁榮市場，適應(yīng)商業(yè)競爭機(jī)制的需要，城市興建商場建筑呈上升趨勢。通過調(diào)查走訪的情況來看，有空調(diào)的商場比無空調(diào)的商場年營業(yè)額多約16%，利潤增加約26%，但增設(shè)空調(diào)勢必增加能耗、初投資和運行費用，直接影響商場的經(jīng)濟(jì)效益。同時商場夏季工況的空調(diào)設(shè)計冷負(fù)荷中最大比例是人員的新風(fēng)負(fù)荷，占到了總冷負(fù)荷的60%。可以看出，新風(fēng)負(fù)荷占了相當(dāng)大的比重，而新風(fēng)負(fù)荷的計算取決于人員密度的取值，與同時在場的人數(shù)有關(guān)系，而這個人數(shù)是個動態(tài)的、難以確定的數(shù)值?？土髁坎粌H與季節(jié)、天氣、節(jié)假日等時間因素有關(guān)，而且隨著商場所在位置、商場規(guī)模及經(jīng)營范圍、經(jīng)營因素、柜臺多少、貨源情況、商場中空氣環(huán)境的好壞等因素而變化。

3 大型商場的特點及節(jié)能設(shè)計優(yōu)化

3.1 實行自然和機(jī)械相結(jié)合的通風(fēng)運用:

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)第4.2.8條:“外窗的可開啟面積不應(yīng)小于窗面積的30%，透明幕墻應(yīng)具有可開啟部分或設(shè)有通風(fēng)換氣裝置?！惫步ㄖ话闶覂?nèi)人員密度比較大，建筑室內(nèi)空氣流動，特別是自然、新鮮空氣的流動，是保證建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。無論在北方地區(qū)還是在南方地區(qū)，在春、秋季節(jié)和冬、夏季的某些時段普遍有開窗加強(qiáng)房間通風(fēng)的習(xí)慣，這也是節(jié)能和提高室內(nèi)熱舒適性的重要手段.外窗的可開啟面積過小，會嚴(yán)重影響建筑室內(nèi)的自然通風(fēng)效果。因此，這條規(guī)定是為了使室內(nèi)人員在較好的室外氣象條件下，可以通過開啟外窗來獲得熱舒適性和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。所以做好自然通風(fēng)氣流組織設(shè)計，保證一定的外窗可開啟面積，可以減少房間空調(diào)設(shè)備的運行時間，節(jié)約能源，提高舒適度。為了保證室內(nèi)有良好的自然通風(fēng)，明確規(guī)定外窗的可開啟面積不應(yīng)小于窗面積的30%是必要的。筆者設(shè)計的某商場五層屋面局部設(shè)有中庭采光天窗，本來商場的中庭貫通一至五層，空間高大，在炎熱的夏季，中庭內(nèi)的溫度很高，應(yīng)考慮在中庭上部的側(cè)面開設(shè)一些窗戶或百葉式的通風(fēng)口，充分利用自然通風(fēng)，達(dá)到降低中庭溫度的目的。但是此商場建筑設(shè)計師考慮中庭的采光天窗標(biāo)高幾乎與室外實體屋面標(biāo)高一致，沒有開啟外窗或通風(fēng)口的可能，因此為了達(dá)到有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須考慮在中庭上部設(shè)置排風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，改善中庭熱環(huán)境，同時此排風(fēng)系統(tǒng)又可以兼做火災(zāi)的排煙風(fēng)機(jī)。這樣的設(shè)計系統(tǒng)簡單，排風(fēng)機(jī)布置多臺，在夏季中央空調(diào)運行時，只開啟部分風(fēng)機(jī)排風(fēng)，排風(fēng)量約為新風(fēng)量的80%， 以保證室內(nèi)的微正壓，由于室內(nèi)空氣能夠部分排出，也使組合空調(diào)的新風(fēng)能夠順利進(jìn)入，形成對流，使室內(nèi)空氣形成流動，排除有害氣體，讓商場工作人員有個健康舒適環(huán)境。

3.2 實行全熱回收設(shè)計:

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)第5.3.14條:“建筑物內(nèi)設(shè)有集中排風(fēng)系統(tǒng)且符合2.設(shè)計新風(fēng)量大于或等于4000m3/h的空氣條件系統(tǒng)，且新風(fēng)與排風(fēng)的溫度差大于或等于8℃時，宜設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置。排風(fēng)熱回收裝置(全熱和顯熱)的額定熱回收率不應(yīng)低于60%?！痹O(shè)計商場空調(diào)時，考慮到商家的利益，空調(diào)機(jī)房面積總是被限制，空間利用率有限，而且室外進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口的距離要求盡量間隔遠(yuǎn)，避免氣流短路，由于熱回收裝置有四個接管，系統(tǒng)中管路較為復(fù)雜。由于城市空氣質(zhì)量較差，積灰現(xiàn)象較嚴(yán)重，過濾器易堵塞，使用中應(yīng)注意經(jīng)常清洗過濾器。全熱回收必要條件是新風(fēng)系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)布置在一處，這就要求設(shè)計時對系統(tǒng)劃分、風(fēng)道布置、送排風(fēng)機(jī)和熱回收裝置的設(shè)備等統(tǒng)籌安排，使系統(tǒng)趨于合理.要使風(fēng)系統(tǒng)趨于合理，布置風(fēng)系統(tǒng)需結(jié)合建筑平、立面，周詳考慮。全熱交換器的大小是按空調(diào)供冷或供暖時的最小風(fēng)量確定。必須注意的是過渡季節(jié)或冬季采用新風(fēng)供冷時不能用全熱交換器，這是因為新風(fēng)被排風(fēng)加濕、換熱后，會降低新風(fēng)供冷的效果。因此，必須采用新風(fēng)供冷時，應(yīng)在新風(fēng)道和排風(fēng)道上分別設(shè)旁通風(fēng)道，使空氣繞過全熱交換器。同時根據(jù)某商場所處的的氣候特點，(四季不分明，炎熱時間長)，采用這種熱回收技術(shù)雖然初投資相對大一些，卻節(jié)省了運行費用，而且節(jié)能效果是顯著的。而現(xiàn)實中，雖然在前期設(shè)計工作時，設(shè)計師會給業(yè)主提供采用這個熱回收系統(tǒng)后有關(guān)的初投資增加、運行費用的減少以及增加的初投資的回收期長短分析，但是業(yè)主往往單純地從經(jīng)濟(jì)效益方面來權(quán)衡熱回收裝置的設(shè)置與否，對于商場而言，熱回收裝置投資的回收期會稍長一些，而且全熱回收系統(tǒng)設(shè)計要充分考慮安裝尺寸，運行的安全可靠性以及設(shè)備配置的合理性，這牽涉到占用商場面積，業(yè)主往往會否定這一做法，這種現(xiàn)實情況給設(shè)計師推廣節(jié)能技術(shù)帶來阻滯。 3.3 實行大溫差空調(diào)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計:

對空調(diào)末端而言，采用大溫差系統(tǒng)后，由于供回水溫差加大，將對其熱工性能及運行效率產(chǎn)生很大影響。對于按常規(guī)溫差設(shè)計的空調(diào)機(jī)組，在大供回水溫差的工況下運行，會出現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)由于空調(diào)機(jī)組冷水溫升過小而冷量不夠，空調(diào)機(jī)組的除濕能力下降，導(dǎo)致室內(nèi)相對濕度增加，使人員的舒適度降低等問題，因此，在冷凍水大溫差工況下，不能按常規(guī)溫差選擇空調(diào)末端。同時為了使空調(diào)末端獲得與標(biāo)準(zhǔn)溫差相同的制冷量，可以通過增加表冷器排數(shù)和表冷器傳熱面積，改變表冷器程數(shù)，降低空調(diào)機(jī)組進(jìn)水溫度以及改變表冷器的肋片材質(zhì)等措施解決.為了不至于增大換熱器的水阻力或增大空調(diào)機(jī)組的安裝有效建筑面積，一般采用增大換熱器的排數(shù)的方法。根據(jù)熱工計算，對于標(biāo)準(zhǔn)溫差，一般空氣處理機(jī)6排盤管的換熱器即可滿足要求。根據(jù)計算和廠家提供的數(shù)據(jù)，大溫差空氣處理機(jī)的換熱面積需增大約20%，也就是說增大排數(shù)(最多增至8排)的方案即可滿足要求，相對風(fēng)機(jī)盤管也最多增至4排(標(biāo)準(zhǔn)為3排)可滿足要求。

3.4 實行空調(diào)冷凍水泵變頻運行:

在空調(diào)水系統(tǒng)中，采用電制冷方式時，冷卻水泵和冷凍水泵的耗能大約為空調(diào)冷水機(jī)組的26%-37%。目前我國空調(diào)冷水機(jī)組普遍設(shè)有能量調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)空調(diào)負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)主機(jī)運行能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。而空調(diào)水系統(tǒng)過去一般不設(shè)變頻器，如果選型大了則不僅會增加設(shè)備投資，還會使水系統(tǒng)運行能耗增加較多。有資料表明，大中型公共建筑供暖空調(diào)電力消耗中，60%-70%由輸送和分配冷量熱量的風(fēng)機(jī)水泵所消耗，而這部分電耗有可能降低60%-70%。空調(diào)負(fù)荷主要來自圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱和新風(fēng)負(fù)荷，是隨室外氣象因素等條件的變化而變化的，此外，室內(nèi)的設(shè)備和人體散熱也是隨時間變化的，特別是人員流動性大的場所，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計通常是根據(jù)空調(diào)的最大負(fù)荷設(shè)計的，且空調(diào)水系統(tǒng)流量不變，是按定流量設(shè)計的.根據(jù)資料顯示，在夏熱冬暖地區(qū)，夏季熱負(fù)荷高峰期一般為6-8月，中至低負(fù)荷為5月、9-11月，一天之中空調(diào)系統(tǒng)高負(fù)荷一般運行在中午至下午的時間段。因此空調(diào)系統(tǒng)在大部分時間內(nèi)工作于部分負(fù)荷狀態(tài)，由此可見，雖然空調(diào)水泵的能耗相比較冷水機(jī)組占的比重較小，目前在工程運行中一般以能耗為代價采用節(jié)流方法調(diào)節(jié)水流量，當(dāng)用戶端負(fù)荷變化需要變化冷凍水循環(huán)水量時，傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)方法是通過對循環(huán)水泵的出口閥門開度的調(diào)節(jié)，只是關(guān)小、調(diào)大，處于較機(jī)械簡單的調(diào)節(jié)狀況，這種調(diào)節(jié)方式因節(jié)流的不可逆性會造成能量損失，電耗浪費明顯，系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性變差，現(xiàn)在較科學(xué)的解決方法是采用水泵的變頻調(diào)速技術(shù)，可以減少電能的消耗，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。因此水泵的節(jié)能空間潛能較大。

總之，通過結(jié)合某商場特點，對空調(diào)方案優(yōu)化分析后，筆者認(rèn)為可以考慮對夏熱冬暖地區(qū)商場采用自然和機(jī)械相結(jié)合的新風(fēng)、排風(fēng)全熱交換的通風(fēng)方案;采用大溫差小流量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)方案;采用空調(diào)冷凍水變頻運行方案。

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