現(xiàn)代商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的特點及優(yōu)化方案

【摘要】隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，商業(yè)建筑越來越多。在商業(yè)建筑配套設(shè)施中，中央空調(diào)系統(tǒng)是一項重要的組成部分，消耗很大的能源。本文結(jié)合商業(yè)建筑中的中央空調(diào)應(yīng)用案例，對其特點進行分析，并根據(jù)目前存在的一些問題提出優(yōu)化方案，以實現(xiàn)節(jié)能高效的目的，以供參考。

【關(guān)鍵詞】商業(yè)建筑；中央空調(diào)；節(jié)能；冷熱源；優(yōu)化

1.引言

商業(yè)建筑是現(xiàn)代建筑中一項重要的組成部分。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，商業(yè)建筑的數(shù)量會越來越多。大型商業(yè)建筑為業(yè)主、消費者提供了一個舒適、安全的工作、購物環(huán)境。為了達到這一目的，在商業(yè)建筑中幾乎都要配有空調(diào)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及智能化系統(tǒng)等。所有子系統(tǒng)的設(shè)計都需要配合建筑設(shè)計，進行合理布局，準確計算，以提高子系統(tǒng)的應(yīng)用效率、建筑系統(tǒng)的整體利用率。商業(yè)建筑中的中央空調(diào)系統(tǒng)是建筑能源消耗中的大戶，做好空調(diào)設(shè)計有利于實現(xiàn)建筑節(jié)能，滿足現(xiàn)代社會發(fā)展需求。本文通過對商業(yè)建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)特點入手，結(jié)合案例提出優(yōu)化方案，以提高中央空調(diào)的設(shè)計質(zhì)量，降低商業(yè)建筑空調(diào)能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.中央空調(diào)系統(tǒng)概念

商業(yè)建筑對環(huán)境的要求較高，為了給其創(chuàng)造一個相對舒適的環(huán)境，其中央空調(diào)系統(tǒng)多采用室內(nèi)與室外隔絕的方式設(shè)計。商業(yè)建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)主要有冷、熱源，空氣調(diào)節(jié)與分配系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾大部分。冷、熱源主要是對系統(tǒng)加熱與排熱，從而有效控制周圍環(huán)境的溫度。空氣調(diào)節(jié)與分配系統(tǒng)則是從熱量上、化學成分上對空氣進行調(diào)節(jié)，把較高質(zhì)量的空氣在商業(yè)建筑內(nèi)部形成分配與循環(huán)，從而提高中央空調(diào)的利用率。[1]空氣調(diào)節(jié)主要是把室內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體等指標控制在一個合理的范圍內(nèi)，不對人體造成危害?？刂葡到y(tǒng)目前多采用智能化自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)照{(diào)的運行、環(huán)境進行實時自動監(jiān)控與自我調(diào)節(jié)，確保中央空調(diào)處于最佳的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)舒適與節(jié)能。

3.商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)特點

現(xiàn)代商業(yè)建筑風格不斷現(xiàn)代化，采用了大量的現(xiàn)代技術(shù)與材料。玻璃幕墻是一種典型的外墻體系組成方式。這樣的建筑熱容量較小，對于外界環(huán)境溫度的變化較為敏感，對于建筑的不同朝向、高度處受到的影響有所不同，對于空調(diào)的負荷也有較大的差異；中央空調(diào)系統(tǒng)的組成決定著空調(diào)設(shè)備會對建筑的立面形成一定的影響。[2]中央空調(diào)的冷卻塔、新風口、排風口等都需要在商業(yè)建筑外、頂布置，甚至直接從商業(yè)建筑的外墻處進行開口，對于建筑本身的立面造成一定影響；一般購物商場等商業(yè)建筑高度不會太高，而寫字樓、SOHO、辦公樓等多較高。在高層建筑外側(cè)，風對空調(diào)系統(tǒng)的影響也較大，室外風速會在高層外隨著樓層的不斷提高而增大，高層建筑外側(cè)的滲透風壓與放熱系統(tǒng)也不斷增大，給中央空調(diào)造成了較大的負荷；由于商業(yè)建筑的功能較多，制冷機組、空調(diào)機組需要根據(jù)建筑設(shè)計的不同安排在不同的位置，一般有地下層、設(shè)備層、建筑樓頂?shù)任恢茫煌奈恢迷诳照{(diào)效果、維修養(yǎng)護等方面存在著一定的差異性；由于高層商業(yè)建筑的空調(diào)負荷較大，所以需要尺寸更大的管道才能滿足需求，這就需要占用較多的建筑空間。商業(yè)建筑設(shè)計者需要在對層高進行確定時，根據(jù)不同的空調(diào)系統(tǒng)特點來進行空調(diào)布局設(shè)計，充分利用建筑有有效空間，滿足預期設(shè)計需求。換新風功能是目前中央空調(diào)系統(tǒng)中一般都有的功能，在高層商業(yè)建筑的外墻上設(shè)置風口時，需要注意新風口需要在上風向位置，避免取得被污染了的空氣，如果附近有有害氣體排放口，則需要遠離。而排風口則需要設(shè)置在下風向方向，與新風口保持一定的距離、高差，避免空氣倒灌。[3]

4.現(xiàn)代商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化趨勢

隨著現(xiàn)代商業(yè)建筑的功能不斷強大，其系統(tǒng)設(shè)計功能也不斷呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。我國早期就已經(jīng)提出智能化建筑的概念，它是指對建筑內(nèi)的設(shè)備、辦公系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以建筑本身為平臺實現(xiàn)系統(tǒng)集成、管理與服務(wù)的最優(yōu)化組合，提供一個安全、舒適、高效的建筑環(huán)境。近年來現(xiàn)代商業(yè)建筑更加注重信息設(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)以及公共安全系統(tǒng)等設(shè)計與功能的實現(xiàn)。從概念趨勢來看，信息化將會成為未來商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)進行優(yōu)化的方向與趨勢。[4]

傳統(tǒng)的建筑已經(jīng)與工業(yè)能耗、交通能耗一起并稱我國能源消耗的三大戶。隨著居民對環(huán)境的要求不斷提高，建筑耗能數(shù)量還在進一步增加。在建筑能耗中建筑采暖與空調(diào)占到其總和的一半以上，最高達到近70%。為切實降低空調(diào)能耗，促進我國現(xiàn)代建筑、社會的可持續(xù)發(fā)展，需要在保持空調(diào)區(qū)域舒適度的前提下進行中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化，以降低空調(diào)能耗，提高利用率。

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，一些從事建筑能耗評估、建筑能耗監(jiān)測、建筑節(jié)能技術(shù)服務(wù)的企業(yè)數(shù)量會不斷出現(xiàn)、增多，以滿足現(xiàn)代社會發(fā)展需求?，F(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化主要是對中央空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源生產(chǎn)、輸送與需求三個環(huán)節(jié)進行評估、提效。在進行系統(tǒng)優(yōu)化前要對建筑中央空調(diào)系統(tǒng)進行評估，對消耗能源數(shù)量進行監(jiān)測，實現(xiàn)更多應(yīng)用場合的數(shù)據(jù)采集與傳輸要求，通過數(shù)據(jù)中心對硬件網(wǎng)關(guān)與軟件網(wǎng)關(guān)進行配置與管理，如遠程配置、權(quán)限管理、網(wǎng)關(guān)狀態(tài)、數(shù)據(jù)流量與在線率等，對數(shù)據(jù)采集類型、方式、頻率進行配置。冷機群控是充分利用自動控制技術(shù)來對冷熱站系統(tǒng)的冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門等多種設(shè)備進行自動化監(jiān)控，根據(jù)客戶需求加載或卸載相關(guān)的輔助設(shè)備，使其應(yīng)用效率不斷維持在較高狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能管理。另外對冷熱站、空調(diào)末端等設(shè)備進行持續(xù)增效也是對中央空調(diào)系統(tǒng)進行優(yōu)化的必要步驟之一。[5]從設(shè)備、管理、監(jiān)控多角度入手，使中央空調(diào)系統(tǒng)在商業(yè)建筑中的應(yīng)用更加高效、環(huán)保、優(yōu)化。

5.商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計案例

5.1工程概況

某商業(yè)建筑工程，地上五層，高度24米，地下二層，地下第2層為車庫以及制冷機房、熱交換站、配電室等設(shè)備房。建筑地上為高檔商業(yè)商鋪，如餐飲、銀行、購物商場等，第五層為辦公區(qū)，整個建筑的占地面積為16000平米，總建筑面積為76000平米，副樓兩層。

5.2中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案

5.2.1冷熱源的選擇

商業(yè)建筑冬季采用市政換熱站供暖為最合理、經(jīng)濟的方式，空調(diào)冷源一般有電制冷離心機組、螺桿制冷機組；冰、水蓄冷制冷機組系統(tǒng)；高溫冷凍水機組，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)等方式。[6]

5.2.2系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計分析

在目前的熱濕聯(lián)合處理中存在著以下問題：熱濕聯(lián)合處理的能源存在著嚴重浪費的問題；不能夠?qū)釢癖茸兓M行適應(yīng)；室內(nèi)的空氣品質(zhì)不佳；室內(nèi)末端裝置有吹風感。在實際的應(yīng)用過程中，使用者對空調(diào)的舒適性要求中對于濕度并不敏感，即使?jié)穸容^大，也不會產(chǎn)生嚴重的悶熱感，所以需要進行實際綜合分析系統(tǒng)的適用性。所以對于空調(diào)季的平均室外空氣含濕量、人員新風量大小、濕負荷所占空調(diào)總負荷的比重以及溶液調(diào)濕空調(diào)機組的選擇因素都應(yīng)該具體分析。但同時對于系統(tǒng)中的自控水平如何才能確保末端維持在干工況運行；低負荷時，系統(tǒng)是否也能夠節(jié)能等問題，需要在空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中進行全面考慮。[7]

5.2.3節(jié)能設(shè)計分析

中央空調(diào)制冷實際是一個熱量逆向傳遞過程，它涉及到空調(diào)的末端裝置、冷水機蒸發(fā)器、冷凝器、冷卻塔等裝置，涉及到的循環(huán)主要有室內(nèi)空氣循環(huán)、冷凍水循環(huán)、冷水機組制冷劑循環(huán)、冷卻水循環(huán)與室外空氣循環(huán)等，另外根據(jù)實際的運行工況復雜情況，涉及到的制約因素也較多。在上述商業(yè)建筑中，如果把主樓、副樓并入同一空調(diào)系統(tǒng)，在物業(yè)管理、系統(tǒng)控制等方面存在著一定的問題，雖然二者在營業(yè)時間與負荷峰值時間基本無異，但還是需要在主副樓各設(shè)一個冷源，制冷機組使用離心式與螺桿式冷水機組。

5.2.4冷卻水系統(tǒng)設(shè)計分析

目前行業(yè)內(nèi)對于中央空調(diào)冷卻水泵的變頻問題研究較少。低負荷率是冷卻水泵是否變頻的主要因素，當主機低負荷率、冷卻水泵功率占主機功率比例較大時，冷卻水泵變頻才有意義。[8]一般大型商業(yè)建筑需要多臺主機組成的主機群控系統(tǒng)，單臺主機低負荷率很小，利用機組群控系統(tǒng)對主機啟動臺數(shù)進行控制，已經(jīng)能夠?qū)鋮s水泵的能耗進行控制，再采用變頻控制方式對于節(jié)能沒有太大意義。

5.2.5風系統(tǒng)的設(shè)計分析

大型商業(yè)建筑基本采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)風箱全年運行，機電消耗比重最大，浪費問題最為嚴重，也存在著很大的節(jié)能潛力。對于風系統(tǒng)的設(shè)計分析優(yōu)化是未來商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化方案中一項重要的組成部分。

目前空調(diào)系統(tǒng)多采用定風量系統(tǒng)，風機沒有根據(jù)商業(yè)建筑中的負荷變化而進行調(diào)節(jié)。而商業(yè)建筑中會在不同的時間、場合，負荷出現(xiàn)一定的變化。采用風機變頻控制調(diào)節(jié)策略是一種新型、有效的節(jié)能管理模式，把定風量系統(tǒng)優(yōu)化為變風量系統(tǒng)。利用風機變頻PID控制調(diào)節(jié)時，在確保送風溫度與室內(nèi)溫度不變的前提下，如果室內(nèi)負荷為最大負荷的一半，風機的風量可以降低到額定風量的一半，風機耗能降低到額定功率的1/8，節(jié)能明顯。大型商業(yè)建筑內(nèi)部的熱量不易散發(fā)，新排風系統(tǒng)設(shè)計時，需要充分考慮過渡季與冬季在室外引入新風作為免費冷源，滿足過流季新風用量，使風量平衡，實現(xiàn)全新風，減少空調(diào)的開啟時間。[9]

5.2.6自控系統(tǒng)優(yōu)化分析

在自控系統(tǒng)優(yōu)化方案中，要明確暖通空調(diào)系統(tǒng)的控制邏輯關(guān)系，明確感測元件、執(zhí)行機構(gòu)的位置與精度要求。中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多變量復雜系統(tǒng)，自控設(shè)計要有效控制這種復雜性，其矛盾主要集中于末端設(shè)備的主動性調(diào)節(jié)，而并非在機房之內(nèi)考慮就能解決系統(tǒng)的全局控制問題。

6.總結(jié)

大型商業(yè)建筑是未來城市建筑發(fā)展方向，其中央空調(diào)系統(tǒng)能源消耗數(shù)量巨大。在現(xiàn)代社會可待續(xù)發(fā)展、能源節(jié)約的政策背景下，需要不斷進行系統(tǒng)優(yōu)化，提高空調(diào)系統(tǒng)的效率與應(yīng)用性。本文簡單介紹了中央空調(diào)系統(tǒng)概念，闡述了商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)特點，分析了現(xiàn)代商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化趨勢，最后引入商業(yè)建筑中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計案例，根據(jù)目前存在的一些問題提出優(yōu)化方案，主要包括冷熱源的選擇、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、節(jié)能設(shè)計、冷卻水系統(tǒng)設(shè)計以及風系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)優(yōu)化，進而達到節(jié)能高效的目的。充分結(jié)合現(xiàn)代商業(yè)建筑本身的層高、高度、材料、管理等問題進行不斷優(yōu)化，也可以提高中央空調(diào)的使用效率。

參考文獻

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