某辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)換氣機(jī)設(shè)計研究

景勝藍(lán) 王 飛 雷勇剛

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024)

某辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)換氣機(jī)設(shè)計研究

景勝藍(lán) 王 飛 雷勇剛

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024)

介紹了采用數(shù)碼多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的辦公建筑，對新風(fēng)系統(tǒng)采用的新風(fēng)換氣機(jī)進(jìn)行了分析，通過研究計算結(jié)果，表明新風(fēng)換氣機(jī)在改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時，具有顯著的節(jié)能效果和良好的經(jīng)濟(jì)性。

新風(fēng)換氣機(jī)，空調(diào)，負(fù)荷，排風(fēng)系統(tǒng)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們在室內(nèi)的時間越來越長，室內(nèi)空氣的優(yōu)劣會影響人員的健康和舒適。我國的建筑環(huán)境設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對于室內(nèi)空氣品質(zhì)都制定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。對于公共建筑，為了改善室內(nèi)空氣質(zhì)量有兩條路徑：一條為室內(nèi)空氣的凈化，另外一條為引入室外空氣。室內(nèi)空氣凈化雖然一定程度上能降低室內(nèi)的有害物濃度，但是現(xiàn)階段的技術(shù)無法從根本上達(dá)到室外新鮮的自然空氣的程度。因此，我國的公共建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對于人員的新風(fēng)量都進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。雖然現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中對于公共區(qū)域的人員新風(fēng)量制定了上限[1-3]，但是對于辦公型建筑，人員較多，新風(fēng)量需求非常大，新風(fēng)負(fù)荷通常占空調(diào)的冷負(fù)荷比重也非常大，新風(fēng)負(fù)荷的降低是建筑節(jié)能設(shè)計當(dāng)中的重要一環(huán)。新風(fēng)換氣機(jī)就是一種帶有獨立風(fēng)機(jī)、空氣過濾和能量回收裝置，對新風(fēng)與排風(fēng)進(jìn)行熱交換從而完成能量回收的裝置，在工程中有較廣泛的應(yīng)用[4-6]。本文將對位于山西太原市某辦公樓項目新風(fēng)換氣機(jī)的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1 新風(fēng)換氣機(jī)的特點

新風(fēng)換氣機(jī)其核心部件為空氣—空氣換熱器。新風(fēng)換氣機(jī)從理論上來說分為旋轉(zhuǎn)式和靜止式，按照能量回收方式分為全熱型和顯熱型兩類。新風(fēng)換熱機(jī)設(shè)備本身的熱交換效率都比較高，在實際工程項目當(dāng)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩怼庀蟮葪l件進(jìn)行綜合分析，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較選擇合適的方案[4]。

按照熱交換器的形式和能量回收類型可以對新風(fēng)換氣機(jī)進(jìn)行分類。不同類型的新風(fēng)換氣機(jī)具有不同的特點，適用的場所也不同,見表1。

除了能量回收的功能之外，新風(fēng)換氣機(jī)的特點有[4，5]：

1)通風(fēng)換氣，將室外新鮮空氣送入室內(nèi)，將室內(nèi)污濁的空氣排到室外。可以有效的改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。2)運行費用較低。設(shè)置新風(fēng)處理機(jī)組是一種單向進(jìn)風(fēng)的設(shè)備，室內(nèi)排風(fēng)需要另外設(shè)置一套系統(tǒng)。而新風(fēng)換氣機(jī)具有雙向換氣的特點，具有一機(jī)兩用的特點。3)新風(fēng)與排風(fēng)交替運行。經(jīng)過化學(xué)處理并增加抑菌劑的芯體，可以抵抗非典、禽流感等疾病的傳播。4)新風(fēng)換氣機(jī)配管靈活性較差。對于送風(fēng)口和排風(fēng)口間距有一定要求，在方案設(shè)計階段暖通專業(yè)應(yīng)與建筑專業(yè)密切配合。

表1 新風(fēng)換氣機(jī)功能和適用場所[4]

2 工程概況

本工程為山西太原某小區(qū)商業(yè)綜合樓，處于寒冷地區(qū)。地下1層，2層為汽車庫，地上1層，2層為商鋪對外租售。3層，4層為業(yè)主單位自用辦公，裝設(shè)空調(diào)用于夏季制冷，空調(diào)面積為2 038.5 m2。夏季室外設(shè)計參數(shù)：室外空氣干球溫度tw=31.5 ℃，相對濕度Φ=58%；室內(nèi)設(shè)計參數(shù)見表2。空調(diào)負(fù)荷為143.7 kW，冷負(fù)荷指標(biāo)為70.5 W/m2。新風(fēng)量6 000 m3/h。空調(diào)系統(tǒng)采用數(shù)碼多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)加新風(fēng)換氣機(jī)，室內(nèi)機(jī)為超薄天花板內(nèi)藏風(fēng)管式。為了減少空調(diào)機(jī)組的冷負(fù)荷，本設(shè)計采用了3臺新風(fēng)換氣機(jī)進(jìn)行排風(fēng)能量回收。根據(jù)供貨商提供的新風(fēng)換氣機(jī)的樣本，其主要參數(shù)為：風(fēng)量2 000 m3/h，顯熱交換效率75%～77%；焓交換效率65%～68%。計算取顯熱交換效率為75%，焓交換效率65%。

表2 空調(diào)區(qū)域設(shè)計參數(shù)

3 新風(fēng)換氣機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析——工況分析

3.1 未安裝新風(fēng)換氣機(jī)所需的新風(fēng)冷負(fù)荷

由設(shè)計工況室內(nèi)外空氣的干球溫度和相對濕度，通過焓濕圖可以確定室外空氣焓hw=75.2 kJ/kg，室內(nèi)空氣焓hn=58.6 kJ/kg，空氣密度取1.15 kg/m3。新風(fēng)冷負(fù)荷根據(jù)式(1)可計算得到為：

Qw=Gwρ(hw-hn)/3 600=6 000×
1.15×(75.2-58.6)/3 600=30.43 kW

(1)

3.2 安裝新風(fēng)換氣機(jī)后所需的新風(fēng)冷負(fù)荷

要確定安裝新風(fēng)換氣機(jī)后的新風(fēng)冷負(fù)荷，首先需要確定新風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)換氣機(jī)后的空氣狀態(tài)點，本工程設(shè)計新風(fēng)量與排風(fēng)量相等，室內(nèi)外含濕量差較大，選用全熱新風(fēng)換氣機(jī)[4]。

由焓交換效率式(2)可計算新風(fēng)換氣機(jī)出口空氣焓值。

ηh=(h1-h2)/(h1-h3)×100%

(2)

其中，ηh為焓交換效率；h1，h2，h3分別為新風(fēng)進(jìn)、出及排風(fēng)進(jìn)口空氣焓值，kJ/kg(干)。

由式(2)計算得新風(fēng)出口焓:

h2=h1-(h1-h3)ηh=75.2-(75.2-58.6)×65%=64.41 kJ/kg。

經(jīng)過新風(fēng)換氣機(jī)全熱交換后，新風(fēng)冷負(fù)荷為：

Qw′=Gwρ(h2-hn)/3 600=
6 000×1.15×(64.41-58.6)/3 600=10.65 kW。

3.3 節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益分析

新風(fēng)負(fù)荷降低了(30.43-10.65)/30.43=65%，具有非常明顯的節(jié)能意義。以數(shù)碼多聯(lián)機(jī)的室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的綜合性能指數(shù)約為3.3計算[7]，減少多聯(lián)機(jī)功耗為(30.43-10.65)/3.3=5.89 kW。新風(fēng)換氣機(jī)功率1.2×3=3.6 kW。扣除新風(fēng)換氣機(jī)耗電后節(jié)省5.89-3.6=2.29 kW，每年制冷期當(dāng)量滿負(fù)荷運行時間按560 h計算[8],可節(jié)電2.29×560=1 286 kWh，按照商業(yè)電價1.5元/kWh計算，可節(jié)約電費1 286×1.5=1 928元。四年左右即可回收設(shè)備投資成本，由此可見，采用新風(fēng)換氣機(jī)不僅具有顯著的節(jié)能效果，經(jīng)濟(jì)效益也非?？捎^。

4 結(jié)語

本工程采用數(shù)碼多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)采用了新風(fēng)換氣機(jī)。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，采用新風(fēng)換氣機(jī)系統(tǒng)可以降低新風(fēng)負(fù)荷達(dá)到大約65%。在實現(xiàn)節(jié)能的同時，每年可以節(jié)省電費1 928元，投資的設(shè)備大約四年即可回收成本。通過本工程的案例實踐，采用新風(fēng)換氣機(jī)不僅可以實現(xiàn)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的，又可以利用排風(fēng)的能量進(jìn)行回收，節(jié)能效果顯著同時具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

[1] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50189—2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇暖通空調(diào)·動力[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4] 中船建筑工程設(shè)計研究院.空氣—空氣能量回收裝置選用與安裝(新風(fēng)換氣機(jī)部分)[M].北京：中國計劃出版社，2006.

[5] 閆永亮,賴偉國.新風(fēng)換氣機(jī)在廣州超高層辦公樓工程設(shè)計中的應(yīng)用[J].制冷,2010(2):55-59.

[6] 周朝霞，葉曉江.大空間應(yīng)用新風(fēng)換氣機(jī)加風(fēng)機(jī)盤管的節(jié)能分析[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報,2013,35(12):79-82.

[7] GB 21454—2008，多聯(lián)式空調(diào)(熱泵)機(jī)組能源效率限定值及能效等級[S].

[8] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

Research on design for fresh air ventilation of air-conditioner system of some office building

Jing Shenglan Wang Fei Lei Yonggang

(EnvironmentalScienceandEngineeringCollege,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

The paper introduces the digital multi-connected air-conditioner system of office buildings, analyzes the fresh air ventilation of the fresh air system, and proves by the research and calculation that the ventilation equipment can improve the indoor air quality with evident energy-saving effect and money-saving feature.

fresh air ventilation equipment, air-conditioner, loading, ventialtion system

2015-04-25

景勝藍(lán)(1982- )，男，博士，講師； 王 飛(1957- )，男，教授； 雷勇剛(1976- )，男，副教授

1009-6825(2015)19-0108-02

TU831

A