關(guān)于某商住樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的研究

邊惠葵

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院，四川 成都 610000）

前言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)工作、居住、休閑娛樂環(huán)境的質(zhì)量要求也越來越高，因此空調(diào)的應(yīng)用顯得尤為重要。目前，空調(diào)的普及，暖通空調(diào)的節(jié)能和環(huán)保已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究的課題，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要給人們提供舒適的環(huán)境，又要考慮可持續(xù)發(fā)展，減少能源浪費(fèi)。因此，加快對(duì)空調(diào)節(jié)能技術(shù)的研究，應(yīng)用與設(shè)計(jì)，特別是高層建筑，將對(duì)我國(guó)建筑能源消耗的降低是一個(gè)極大的促進(jìn)與推動(dòng)；同時(shí)也是適應(yīng)未來綠色環(huán)保節(jié)能建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。

目前，世界各國(guó)建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的研究主要集中在以下幾個(gè)方面[1]。降低室內(nèi)設(shè)定值，控制室外新風(fēng)量，優(yōu)選空調(diào)方式，熱回收與熱交換裝置，采用自動(dòng)控制，自然能源和新能源的利用。本文結(jié)合上述影響因素，設(shè)計(jì)了一套節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)。

1.概況

本設(shè)計(jì)商住樓，共11層，有地下室1層。該大廈高46.5m，一、二層層高為4.2m，三至十一層層高為3m，為高層建筑。總用地面積6014.2m2，總居住人數(shù)150人，總居住戶數(shù)43戶?？偨ㄖ娣e14822.8m2。商住樓建筑面積75.88m2，其中：地下室建筑面積 678m2，商業(yè)建筑面積801m2，住宅建筑面積6109.8m2。商業(yè)街建筑面積7234m2，其中地下室建筑面積150m2，商業(yè)建筑面積2783m2，辦公建筑面積4301m2。框架結(jié)構(gòu)，美觀大方。針對(duì)該大廈的功能要求和特點(diǎn)，以及該地氣象條件和空調(diào)要求，參考有關(guān)文獻(xiàn)資料，同時(shí)依據(jù)舒適、方便、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的原則，充分考慮節(jié)能的要求。

2.設(shè)計(jì)方案

由于建筑物所在地夏季日照充足，車流量很大，噪聲較大，因此窗戶夏季大部分時(shí)間關(guān)閉，豎向房間方式不盡相同，為使空調(diào)系統(tǒng)既能保持室內(nèi)要求參數(shù)，而又經(jīng)濟(jì)合理，就需要將系統(tǒng)分區(qū)。

系統(tǒng)分區(qū)所要考慮的主要因素是：室內(nèi)溫濕度參數(shù)、負(fù)荷特性（朝向、房間使用功能等）、建筑物高度、使用時(shí)間、空調(diào)設(shè)備的容量，節(jié)能管理方便等[2]。綜合功能和使用各方面考慮，豎直分為三個(gè)區(qū)：一層二層分為一區(qū)，因?yàn)槭巧逃?，白天是使用高峰，晚間需要統(tǒng)一管理，三至七層分為一區(qū)，八至十一層分為一區(qū)。風(fēng)系統(tǒng)則每層分為一區(qū)。

基于上述考慮，本建筑物系統(tǒng)初步選定為：設(shè)計(jì)冷負(fù)荷是選擇設(shè)備的主要依據(jù)，所以正確地計(jì)算建筑冷負(fù)荷對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要。公共和民用建筑空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷主要來自圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱（包括太陽輻射）和新風(fēng)負(fù)荷。傳統(tǒng)的教科書及設(shè)計(jì)手冊(cè)中給出的空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法，不論是計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻壁或門窗負(fù)荷，其結(jié)果均是針對(duì)某一具體房間而言，而空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備容量依據(jù)的是整個(gè)建筑物的冷負(fù)荷。由于各房間朝向、位置、功能及其內(nèi)部熱源等情況的不同造成的最大冷負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間并不相同。因此建筑物冷負(fù)荷的最大值應(yīng)為每個(gè)房間逐時(shí)負(fù)荷疊加的最大值，而不是簡(jiǎn)單地將每個(gè)房間的最大冷負(fù)荷進(jìn)行疊加?？照{(diào)系統(tǒng)負(fù)荷是隨室外氣象條件而變化的，一年春夏秋冬四季中負(fù)荷有很大的不同，波動(dòng)很大，在全年出現(xiàn)峰值負(fù)荷的時(shí)間很少。因此設(shè)計(jì)時(shí)考慮全年負(fù)荷變化對(duì)冷機(jī)及其他設(shè)備進(jìn)行大小搭配選擇，以便在室內(nèi)冷負(fù)荷較小時(shí)開啟小型設(shè)備，而在冷負(fù)荷較大時(shí)再開啟大型設(shè)備，盡量避免冷機(jī)及其他設(shè)備在低負(fù)荷率的情況下運(yùn)行，其單位制冷量的耗電量會(huì)增加，因此適當(dāng)選擇冷機(jī)型號(hào)，保證高效率運(yùn)行，也可減少系統(tǒng)能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

門廳處設(shè)置空氣幕；住宅采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)；地下室和設(shè)備層采用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)；走廊、中庭、餐廳采用全空氣系統(tǒng)；廁所設(shè)置排風(fēng)扇，保持廁所的相對(duì)負(fù)壓，通過其他房間滲透補(bǔ)充廁所風(fēng)量，再通過廁所風(fēng)機(jī)排出，使廁所異味不能擴(kuò)散至其他房間。大廳、餐廳等大空間公共區(qū)域，設(shè)計(jì)一般采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)。采用雙風(fēng)機(jī)（送回風(fēng)）系統(tǒng)，當(dāng)室外空氣焓值低于室內(nèi)焓值時(shí)，可改變新風(fēng)比到全新風(fēng)全排風(fēng)，達(dá)到節(jié)能及改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的。

3.負(fù)荷計(jì)算說明

利用諧波反映法的工程簡(jiǎn)化計(jì)算方法，進(jìn)行如下計(jì)算[3]。

外墻和屋頂瞬時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算公式：

CLQτ=KFΔtτ-ε

式中：τ---計(jì)算時(shí)間，h；

ε---溫度波傳到內(nèi)表面的時(shí)間延遲，h；

τ-ε---溫度波的作用時(shí)間，h；

K---外墻或屋面的傳熱系數(shù)，W/m2·K；

F---外墻或屋面的面積，m2；

Δtτ-ε---作用時(shí)刻下，冷負(fù)荷計(jì)算溫差。窗戶瞬時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算公式：

CLQτ-ε=KFΔtτ

式中：Δtτ---計(jì)算時(shí)刻的負(fù)荷溫差，℃；

K---傳熱系數(shù)；

窗戶日射得熱冷負(fù)荷計(jì)算公式：

CLQj-z=xgxdCnCsFJj-1

式中：xg---窗的有效面積系數(shù)；

xd---地點(diǎn)修正系數(shù)；

Jj-τ--計(jì)算時(shí)刻，單位窗口面積的太陽總輻射熱形成的冷負(fù)荷，W/m2；

照明和人體散熱得熱冷負(fù)荷公式：

CLQτ=QJXτ-T

式中：Q---照明和人體的得熱，W；

T---開燈時(shí)刻或人員進(jìn)入房間時(shí)刻，h；

τ-T---從開燈時(shí)刻或人員進(jìn)入房間時(shí)刻到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間，h；

JXτ-T---τ-T時(shí)間的照明負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)、人體負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)。人體濕負(fù)荷公式：

式中：n---空調(diào)房間內(nèi)的人員總數(shù)；

ф---機(jī)群系數(shù)；

ω---每名成年男子的散濕量g/h；

Wr---人體的濕負(fù)荷，kg/h。

新風(fēng)冷負(fù)荷公式：

Q=1.2L（hw-hn）

式中：L--- 新風(fēng)量，kg/s；

hw---室外空氣的焓值，kJ/kg；

hn---室內(nèi)空氣的焓值，kJ/kg。

4.系統(tǒng)風(fēng)量的確定

4.1.空調(diào)房間風(fēng)量的確定?？照{(diào)系統(tǒng)送風(fēng)狀態(tài)和送風(fēng)量的確定步驟[4]：

（1）根據(jù)已知的室內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)，在i-d圖上找到室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)N。

（2）根據(jù)計(jì)算出的空調(diào)房間冷負(fù)荷Q和濕負(fù)荷W計(jì)算出熱濕比ε=Q/W，在通過N點(diǎn)畫出過程線ε。

（3）選取合理的送風(fēng)溫差Δt。

（4）根據(jù)所取定的送風(fēng)溫差Δt求出送風(fēng)溫度t0，t0等溫線與過程線ε的交點(diǎn)O即為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。

4.2.空調(diào)房間新風(fēng)量的確定。確定新風(fēng)量的依據(jù)有三個(gè)因素[5]：（1）滿足衛(wèi)生要求；（2）補(bǔ)充局部排風(fēng)量；（3）保證空調(diào)房間的正壓要求。一般規(guī)定，空調(diào)系統(tǒng)中的新風(fēng)占送風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)不應(yīng)低于10%。不論每人占房間體積多少，新風(fēng)量按大于等于每人25m3/h。

5.意義。空氣調(diào)節(jié)是建筑創(chuàng)造舒適高效的工作和生活環(huán)境所不可或缺的重要環(huán)節(jié)。關(guān)于空調(diào)節(jié)能問題，在以前的某些工程中，設(shè)計(jì)方往往對(duì)設(shè)計(jì)工況下的節(jié)能比較重視，而對(duì)其它工況則完全依靠自控系統(tǒng)或設(shè)幾個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥了事，實(shí)際上，大量的節(jié)能空間在非設(shè)計(jì)工況。要實(shí)現(xiàn)節(jié)能，首先設(shè)計(jì)方在使系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)工況的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量多作調(diào)查研究，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡量貼近全年運(yùn)行實(shí)際情況。建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，只有綜合利用各種技術(shù)手段，工程技術(shù)人員全方位的節(jié)能意識(shí)，在建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行的不同時(shí)期，應(yīng)從不同角度，依據(jù)不同原則對(duì)其進(jìn)行研究。

[1]王志勇，澤華等.基于建筑環(huán)境的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能分析 [J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004，23（2）：54-57.

[2]趙榮義，錢以明，范存養(yǎng)等.空氣調(diào)節(jié)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[3]朱林.暖通空調(diào)常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.