廈門市商場中央空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)調(diào)節(jié)與節(jié)能分析

林友芝

( 廈門新洋達(dá)工程技術(shù)有限公司,廈門 361000 )

?

廈門市商場中央空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)調(diào)節(jié)與節(jié)能分析

林友芝

( 廈門新洋達(dá)工程技術(shù)有限公司,廈門 361000 )

本文對廈門市幾個主要商場的中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行實際調(diào)研，發(fā)現(xiàn)各商場中央空調(diào)新風(fēng)均沒有調(diào)節(jié)。對建筑面積為12600m2的SM城市廣場空調(diào)新風(fēng)計算分析表明，該商場一年新風(fēng)的能耗電費約為20.88萬元?？照{(diào)新風(fēng)改用CO2濃度自動調(diào)節(jié)控制后,一年可節(jié)約電費5.22萬元，且改造的投資回收期僅為3個月。計算分析表明，商場中央空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)調(diào)節(jié)具有很大的節(jié)能潛力。[關(guān)鍵詞]商場；中央空調(diào)；新風(fēng)；節(jié)能

引言

從改善室內(nèi)空氣品質(zhì)保證人體健康的角度，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量越多越好。但是，新風(fēng)量越多，空調(diào)系統(tǒng)的能耗越大。本文根據(jù)對廈門市幾個主要商場的調(diào)研，分析商場空調(diào)中的新風(fēng)調(diào)節(jié)與節(jié)能。

1　商場中央空調(diào)新風(fēng)量問題

商場使用中央空調(diào)系統(tǒng)日益普遍，解決好其新風(fēng)既能滿足人體舒適性要求，又能夠達(dá)到經(jīng)濟節(jié)能運行，是商場中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和管理者的重要課題。

1.1商場中央空調(diào)新風(fēng)量與衛(wèi)生要求

空調(diào)建筑一般為密閉性建筑,需要提供新鮮空氣(新風(fēng))。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》條文說明，空調(diào)系統(tǒng)所需新風(fēng)主要有兩個用途：一是稀釋室內(nèi)有害物質(zhì)的濃度，滿足人員的衛(wèi)生要求。二是補充室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓。這里的有害物質(zhì)主要是指CO2。

人體總要不斷吸進(jìn)氧氣，呼出二氧化碳。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，表1和表2給出了一個人在不同條件下呼出的二氧化碳量，規(guī)定了各種場所下室內(nèi)二氧化碳的允許濃度。

表1　人體在不同狀態(tài)下的二氧化碳呼出量

對于人員密集的建筑物如商場，每人所占的空間較少，但停留時間短。這類建筑物按此確定的新風(fēng)量占總風(fēng)量可能達(dá)30%～40%，從而對冷量影響很大，所以在確定新風(fēng)量時應(yīng)十分慎重。

表2　二氧化碳的允許含量

1.2商場客流量的規(guī)律

商場的客流量變化大，直接影響冷熱負(fù)荷及新風(fēng)取值。我國商場客流主要有如下影響因素：

(1)人流與城市規(guī)模、商場大小、檔次高低、所處地段等因素有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[2],繁華地段商場客流量可達(dá)1～1.5人/m2,而非繁華地段客流僅是其1/3。

(2)商場經(jīng)營商品性質(zhì)。一般經(jīng)營服裝、針織品、兒童用品的商場的人流密度最大；日用百貨、化妝品商場次之；家用電器、鐘表器材人員較少。

(3)規(guī)模和商業(yè)面積大小。面積較大的商場人均占有面積也較大,客流密度較小。

(4)樓層的影響。多層建筑一般情況下，首層客流密度最大，以上各層逐漸減少。

(5)客流的旺季是每年的“五一”、“十一”前后和元旦至春節(jié)期間。各地的氣候條件相差很大，三個高峰期的氣候條件差別很大。一般商場年平均日客流量在峰值日客流量的40%～60%范圍內(nèi)。

2　廈門市主要商場及中央空調(diào)新風(fēng)量的調(diào)研

2.1商場中央空調(diào)新風(fēng)量受氣候條件的影響

商場中央空調(diào)的新風(fēng)量主要受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和商場的客流量影響。廈門屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖濕潤。冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，年平均氣溫在21℃左右。

圖1　廈門市常年逐月平均氣溫

圖1為廈門市常年逐月平均氣溫，一月最冷，常年月平均氣溫12.6℃，平均最低氣溫9.9℃；7月最熱，常年月平均氣溫28.0℃，平均最高氣溫32.3℃。為計算方便，本文將廈門市全年氣溫分為兩部分，第一部分為6～9月，平均溫度為27.0 ℃；第二部分為10～12月和1～5月，平均溫度為17.3℃。廈門市夏季空氣調(diào)節(jié)室外干球溫度為33.6℃，濕球溫度為27.6℃；冬季空氣調(diào)節(jié)室外計算溫度為6.8℃。

2.2客流量的計算

日客流量的人次數(shù)與許多因素有關(guān)，如商場所在的城市、大小及位置、商場的規(guī)模及經(jīng)營商品的種類、樓層等。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，商場類建筑空調(diào)冷負(fù)荷的客流量推薦值見表3：

表3　客流量推薦值

2.3廈門市若干主要商場的調(diào)研

本文通過對廈門市幾個主要商場進(jìn)行調(diào)研，了解到商場及其中央空調(diào)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)(見表4)，尤其是新風(fēng)量調(diào)節(jié)控制情況。

表4　廈門市若干商場的客流和新風(fēng)調(diào)節(jié)

由表4可知，廈門市幾個主要商場均沒有進(jìn)行新風(fēng)量的調(diào)節(jié)。這樣雖然能很好地滿足人們的舒適性，但從經(jīng)濟節(jié)能的角度卻是很大的浪費。因此,本文通過對廈門市SM城市廣場商場的新風(fēng)量能耗現(xiàn)狀和改造的分析，提出節(jié)能改造方案。

3　SM城市廣場新風(fēng)量的能耗分析

3.1SM城市廣場商場的空調(diào)及新風(fēng)系統(tǒng)

SM城市廣場的商場面積為126000m2，非周末客流量為6～8萬，周末客流量可達(dá)10萬。每日營業(yè)時間早上10點到晚上22點，室內(nèi)常年保持25℃。

SM城市廣場采用3臺螺桿式冷水機組和1臺離心式冷水機組，其中螺桿式冷水機組的型號為YKHF GBJ15CVF。中央空調(diào)新風(fēng)管管徑為400mm×600mm。商場中央空調(diào)新風(fēng)比為1/3，沒有采用調(diào)節(jié)新風(fēng)比的裝置。

3.2SM城市廣場新風(fēng)量的能耗現(xiàn)狀

由于受到條件限制，無法對商場實際日客流量進(jìn)行統(tǒng)計。經(jīng)檢索文獻(xiàn)，長沙氣象與廈門較相近，故本文借用文獻(xiàn)[3]長沙商場客流變化規(guī)律進(jìn)行分析計算。表5為據(jù)此計算出的SM城市廣場各時間段客流量。

表5　SM城市廣場各時間段客流量

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，夏季空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷計算公式如下：

Qc.o=Mo(ho-hR)

(1)

式中，Qc.o—夏季新風(fēng)冷負(fù)荷,kW；Mo—新風(fēng)量，kg/s；ho—室外空氣的焓值，kJ/kg；hR—室內(nèi)空氣的焓值，kJ/kg

冬季新風(fēng)熱負(fù)荷計算公式如下：

Qh.o=MoCp(to-tR)

(2)

式中，Qh.o—空調(diào)新風(fēng)熱負(fù)荷，kW；Cp—空調(diào)的定壓比熱，kJ/(kg·℃)。取1.005kJ/(kg·℃)；to—冬季空調(diào)室外空氣的計算溫度，℃；tR—冬季空調(diào)室內(nèi)空氣的計算溫度，℃

根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計[5]，大型商場人均逗留的時間為0.6～0.9h，中型商場人均逗留時間為0.4～0.7h。SM城市廣場作為大型商場，本文按照人均逗留時間為0.6h計算。

根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB 50189-2005，該商場中央空調(diào)設(shè)計新風(fēng)量為20m3/(h·人)?？諝饷芏群腕w積可以根據(jù)以下公式進(jìn)行換算：

(3)

式中:

ρ—空氣密度，kg/m3；

m—質(zhì)量，kg；

V—體積，m3

查室外計算參數(shù)表可知，冬季空調(diào)室外空氣的計算溫度取t0=17.3℃，冬季空調(diào)室內(nèi)空氣的計算溫度tR=25℃。根據(jù)鴻業(yè)負(fù)荷計算軟件可知夏季室外空氣的焓值ho=88.31kJ/kg，室內(nèi)空氣的焓值hR=85.26kJ/kg。

空調(diào)機組的能耗指標(biāo)可用式(4)能效比EER來評價，本文EER值按照3.0計算。

(4)

由式(1)～式(4)和表4可計算SM城市廣場的分時段負(fù)荷和能耗，見表6。

表6　SM城市廣場一天內(nèi)負(fù)荷和能耗

每個月按30天計算，一個月按照4個周末，其它為非周末時間，則一年內(nèi)各月份的新風(fēng)能耗見表7。全年合計約24萬kW·h。廈門市商業(yè)用電1kW·h為0.87元，則廈門市SM城市廣場新風(fēng)量一年的電費為20.88萬元。

表7　廈門市SM城市廣場各月份的耗電量

4　SM城市廣場空調(diào)新風(fēng)量系統(tǒng)節(jié)能改造分析

4.1新風(fēng)量系統(tǒng)改造后的能耗分析

商場中通過新風(fēng)稀釋的各污染物中，如果CO2濃度達(dá)到規(guī)定要求時，其它污染物也可以達(dá)到規(guī)定要求。同時，CO2濃度比較容易檢測，本文采用CO2濃度的變化來自動控制新風(fēng)量。

按稀釋CO2濃度計算新風(fēng)量：

(5)

式中：

Lx—個人需要的新風(fēng)量，m3/(h·人);

D—每個人呼出的CO2量，mg/(h·人);

dn—室內(nèi)空氣CO2的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(允許濃度)，mg/m3;

dx—室外新風(fēng)CO2濃度，mg/m3。

由表1可知，按照輕勞動人呼出的CO2量D取值30L/(h·人)；由表2可知商場室內(nèi)空氣CO2的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)dn取值2L/m3。大氣中二氧化碳按體積分?jǐn)?shù)計算僅占0.03%，可以忽略不計，所以室外空氣新風(fēng)CO2濃度dx取值0。由式(5)計算可知，商場中每個人所需的新風(fēng)量為15m3/(h·人)。空調(diào)設(shè)計新風(fēng)量為20m3/(h·人),即按照二氧化碳濃度計算的新風(fēng)量為設(shè)計量的75%。

根據(jù)CO2濃度進(jìn)行新風(fēng)量自動調(diào)節(jié)改造后，SM城市廣場新風(fēng)量的電耗為設(shè)計量的75%。即該商場全年的新風(fēng)電耗為24萬×75%=18萬kW·h。

廈門市商業(yè)用電為0.87元/kW·h，則根據(jù)CO2濃度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)改造后，廈門市SM城市廣場新風(fēng)量一年的電費為15.66萬元。

4.2新風(fēng)量系統(tǒng)改造投資的回收期

SM城市廣場建筑總面積達(dá)126000m2，商場共6層。每層采用一套單獨新風(fēng)機組，使用風(fēng)機盤管系統(tǒng)，采用400mm×600mm的新風(fēng)管。本文采用CO2傳感器、控制器、電動風(fēng)閥對SM城市廣場中央空調(diào)新風(fēng)量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。通過咨詢報價，一套普通自動控制裝置投資大約2000元。整個商場需要6套自動控制裝置，總投資約為12000元。

由上可知，廈門市SM城市廣場中央空調(diào)原設(shè)計新風(fēng)量一年的電費為20.88萬元；采用新風(fēng)調(diào)節(jié)自動控制裝置后，一年的電費為15.66萬元。一年可節(jié)省電費5.22萬元。采用自動調(diào)節(jié)裝置初投資為1.2萬元。則投資回收期為0.23年，約等于3個月。

廈門市SM城市廣場新風(fēng)量系統(tǒng)采用CO2自動調(diào)節(jié)控制裝置，可以在保證商場空氣質(zhì)量的前提下，明顯節(jié)省中央空調(diào)系統(tǒng)的運行電耗/電費。

需要說明，以上結(jié)果是按照一定的客流變化規(guī)律計算。采用CO2自動調(diào)節(jié)控制后，實際運行的新風(fēng)量將根據(jù)實際客流量調(diào)節(jié)，即實際運行的節(jié)能效果可能優(yōu)于計算結(jié)果。2015年2月發(fā)布的公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB 50189-2015，于2015年10月開始實施。新標(biāo)準(zhǔn)的商場新風(fēng)量推薦值為30m3/(h·人)，按照新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)，采用CO2自動調(diào)節(jié)控制的節(jié)能潛力更大。

5　結(jié)論

根據(jù)實地調(diào)研，廈門市幾個主要商場中央空調(diào)系統(tǒng)均未對新風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對SM城市廣場商場空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量能耗和節(jié)能改造計算分析表明，該商場一年新風(fēng)量的電耗約為24萬度，總電費為20.88萬元。對新風(fēng)量改用CO2自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，改造后每年可以節(jié)約電耗5.22萬度。節(jié)能改造的投資回收期僅為3個月。因此，商場空調(diào)新風(fēng)量自動調(diào)節(jié)具有很大的節(jié)能潛力，應(yīng)引起高度重視。

[1] 卜嘯華.制冷與空調(diào)技術(shù)問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,機械工業(yè)出版社,2000:135-136

[2] 樊金花.大中型商場空調(diào)新風(fēng)量取值與節(jié)能問題的分析[J].山西建筑，2003，(12):96-97

[3] 鄒建忠,袁敏，程珈寧，等．商場空調(diào)設(shè)計中客流量和新風(fēng)量取值的探討[J]．長春工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2001,(2):40-42

[4] 陸亞俊.暖通空調(diào)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002

[5] 楊憲奎.中小城市商場空調(diào)設(shè)計中客流量的分析[J]．河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2002，(4)：32-34

Fresh Air Regulation and Energy Saving of Central Air-conditioning System for Shopping Malls in Xiamen

LIN Youzhi

(Xiamen Xinyangda Engineering Technology Co.Ltd.,Xiamen,361000))

It is found that fresh air is not regulated in central air-conditioning systems for shopping malls based on a survey to several marketplaces in Xiamen.The energy saving potential of fresh air regulation in central air-conditioning system is calculated and analyzed based on the field investigation to SM Town Plaza (the covered area 12600 m2)in Xiamen.It is found that the energy cost for the fresh air is 208,800 Yuan per year.52,200 Yuan could be saved if the automatic control device of CO2concentration is adopted to fresh air system in this case.Moreover,the payback period of technical updates is only 3 months.There is a great potential of energy saving for fresh air regulation in central air-conditioning system in shopping centers.

Shopping center;Central air-conditioning;Fresh air；Energy saving

2016-4-18

林友芝(1971-)，男，高級工程師，主要從事機電安裝工程施工。Email:2500985856@qq.com

ISSN1005-9180(2016)03-044-05

TU831文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.03.008