深圳建科大樓復(fù)合式節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

周俊杰 吳大農(nóng)

深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司

深圳建科大樓是深圳建科院融合了“本土化、 低成本、 低資源消耗、 可復(fù)制” 的綠色建筑理念自行研究策劃、 自主設(shè)計的綠色辦公建筑。是首批國家財政部、建設(shè)部可再生能源示范項目。是深圳市第一批建筑節(jié)能和綠色建筑示范項目以及深圳市可再生能源利用城市級示范工程項目。是國家第一批可再生能源建筑應(yīng)用示范項目、 全國首個 “百項綠色建筑與百項低能耗建筑示范工程” ，通過國家綠色建筑設(shè)計三星級標(biāo)識、 國家綠色建筑運行評價三星級標(biāo)識評審。

1 項目概況

本工程總建筑面積 18169m2， 地下 2 層， 地上 12層， 總建筑高度57.9m， 是集實驗、 研發(fā)、 辦公、 學(xué)術(shù)交流等于一體的多功能綜合建筑。大樓空調(diào)總面積9300m2， 夏季冷負(fù)荷為 1100 kW， 采用分散+集中， 多種節(jié)能技術(shù)融合的復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)。

2 空調(diào)系統(tǒng)

2.1 冷源系統(tǒng)

建科大樓冷源主要采用了水環(huán)式空調(diào)系統(tǒng)， 風(fēng)冷多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)以及利用雨水池?fù)Q熱的水源熱泵系統(tǒng)。 其中地下1層至地上1層實驗室， 采用水源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)， 夏季冷負(fù)荷為25 kW， 通過在雨水回收池中設(shè)置盤管， 利用景觀及人工濕地循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行換熱 （見圖 1）， 提供溫度較低的循環(huán)冷卻水， 從而提高末端機組的能效比， 達(dá)到節(jié)能效果。

圖1 景觀水池為水環(huán)式空調(diào)冷卻水降溫

地上 9 層南區(qū)，11 層南區(qū)分別為院部和專家公寓，采 用風(fēng)冷變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，夏 季冷負(fù)荷為72 kW。風(fēng)冷式變頻多聯(lián)空調(diào)的綜合部分性能系數(shù)較高，適 應(yīng)該區(qū)域經(jīng)常處于低負(fù)荷工況下的特點。

地上 2 層至 12 層的其他區(qū)域采用分散集中式水冷中央空調(diào)系統(tǒng)，夏 季冷負(fù)荷為 1003 kW，冷 卻塔采用閉式，置 于屋頂，各 層采用高效高溫水冷冷水機組，提供16℃冷凍水。

2.2 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

建科大樓復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用了多種節(jié)能空調(diào)技術(shù)， 包括全熱回收新風(fēng)系統(tǒng)、 高溫風(fēng)機盤管、 熱泵驅(qū)動溶液除濕凈化新風(fēng)系統(tǒng)、 輻射冷卻吊頂系統(tǒng)、 冷梁系統(tǒng)、 置換通風(fēng)系統(tǒng)等。

全熱回收新風(fēng)系統(tǒng)利用對排風(fēng)進(jìn)行全熱回收后的冷量預(yù)冷新風(fēng)。熱泵溶液除濕新風(fēng)系統(tǒng)， 除對排風(fēng)進(jìn)行熱回收， 控制室內(nèi)環(huán)境的濕度外， 熱泵溶液除濕機組制冷工況能效比為4.5 W/W，可大幅降低新風(fēng)處理系統(tǒng)的能耗。高溫風(fēng)機盤管、 輻射冷吊頂 （見圖 2）、冷梁系統(tǒng)等末端設(shè)備均在干工況下運行， 在改善室內(nèi)衛(wèi)生環(huán)境的同時，可以提高制冷機組的蒸發(fā)溫度， 從而提高制冷機組的能效比。置換通風(fēng)系統(tǒng) （見圖 3） 在提高室內(nèi)空氣品質(zhì)前提下， 提高了送風(fēng)溫度， 同時通過變風(fēng)量控制， 減少了風(fēng)機能耗。

圖2 冷輻射毛細(xì)管席

圖3 報告廳置換通風(fēng)地板送風(fēng)口

3 自動控制設(shè)計

建科大樓空調(diào)系統(tǒng)配備了完善的自動控制系統(tǒng)，對通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng) （包括冷水機組、 冷卻塔、 冷卻水泵、冷凍水泵、 風(fēng)機盤管、 全熱交換器、 空氣處理機組、 溶液新風(fēng)機組等） 進(jìn)行全自動控制。在控制邏輯的設(shè)計中，除了常規(guī)的冷卻塔、 主機等設(shè)備的運行監(jiān)測、 啟停控制外， 還設(shè)計了各種節(jié)能運行方式， 比如冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能運行模式， 可根據(jù)冷卻水供水溫度控制冷卻塔的運行頻率， 通過監(jiān)測冷卻水供、 回水溫差值， 自動控制冷卻水泵變頻運行。集中新風(fēng)系統(tǒng)變頻控制，可根據(jù)大樓平時上班、 加班等不同模式， 以及室內(nèi)的 CO2濃度水平， 控制各新風(fēng)機組風(fēng)機變頻運行， 在保證足夠的新風(fēng)量節(jié)能的同時減少新風(fēng)系統(tǒng)的輸配能耗和新風(fēng)負(fù)荷。其他如地板送風(fēng)系統(tǒng)變風(fēng)量控制、全新風(fēng)自動控制等等。另外，建科大樓設(shè)計有室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適自動控制系統(tǒng)， 能耗分項計量實時監(jiān)測系統(tǒng)， 保證空調(diào)自動控制系統(tǒng)的有效運行。

4 難點與創(chuàng)新

1） 系統(tǒng)合理劃分。建科大樓的建筑功能多， 使用情況復(fù)雜， 不同時段空調(diào)冷負(fù)荷變化大， 空調(diào)系統(tǒng)的劃分應(yīng)適應(yīng)不同建筑區(qū)域的使用特點。通過對多種系統(tǒng)方案的對比分析， 設(shè)計最終采用了上述復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)， 不同功能區(qū)域采用了不同的空調(diào)方式， 使得建科大樓的中央空調(diào)系統(tǒng)接近于分散式空調(diào)系統(tǒng)， 比一般中央空調(diào)系統(tǒng)更靈活、 節(jié)能。

2） 建筑空間利用。建筑空間的有效利用可以大幅降低土建成本， 建科大樓除首層和五層外其他建筑層高為3.6m。 設(shè)計采取了多種空間利用的措施， 例如， 風(fēng)機盤管等末端設(shè)備利用梁與梁間的空間， 與土建配合預(yù)留樓板管線槽， 管線穿梁位置預(yù)留套管， 風(fēng)管布置簡化， 進(jìn)行綜合管線排布等， 通過采取上述措施， 保證了建筑空間高效的利用。

3） 桌面工位送風(fēng)系統(tǒng)。桌面工位送風(fēng)是一種新穎的空調(diào)送風(fēng)方式， 即將清潔、 低焓值的空氣直接送入室內(nèi)工作人員人員的呼吸區(qū)， 工作人員可以控制送風(fēng)量、 送風(fēng)方向等參數(shù)， 來調(diào)節(jié)工作區(qū)域內(nèi)污染物濃度，使人感覺空氣新鮮通透。但是這項技術(shù)目前國內(nèi)應(yīng)用很少， 存在不少應(yīng)用問題， 例如， 目前可實現(xiàn)風(fēng)向控制的桌面送風(fēng)口，壓力損失在220～400 Pa，風(fēng)口阻力過大， 會導(dǎo)致選擇末端小風(fēng)機的電耗、 噪聲偏大。經(jīng)過研發(fā)工程師的反復(fù)研究， 改為采用“萬向鋼骨塑料伸縮管” 直接替代高阻力的轉(zhuǎn)向送風(fēng)口， 大大降低風(fēng)口的阻力并解決了隔震問題。通過采用隔聲箱送風(fēng)模塊（內(nèi)含直流小風(fēng)機） 的方式， 安裝在桌面下線槽內(nèi)主風(fēng)管的兩側(cè)， 解決了末端送風(fēng)風(fēng)機噪聲問題。

4） 系統(tǒng)調(diào)試。建科大樓空調(diào)系統(tǒng)除了驗收階段進(jìn)行的調(diào)試和節(jié)能驗收外， 通過大樓的監(jiān)測系統(tǒng)， 在運行階段對各空調(diào)系統(tǒng)運行情況進(jìn)行監(jiān)測， 及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行問題， 并采取運維措施。例如， 在試運行階段，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域室內(nèi)濕度偏高， 經(jīng)過測試排查發(fā)現(xiàn)溶液除濕新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量不足， 診斷后發(fā)現(xiàn)存在新風(fēng)機送風(fēng)出口電動閥、 管道井內(nèi)防火閥未完全開啟， 風(fēng)量調(diào)節(jié)閥開關(guān)與控制信號開關(guān)相反， 溫濕度傳感器數(shù)據(jù)異常等問題， 通過調(diào)試使得系統(tǒng)正常運行。另外， 通過分析歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)， 運維小組可不斷優(yōu)化不同工況下的運行控制策略， 真正實現(xiàn)運行階段節(jié)能。

5 運行情況

1）運 行能耗

建科大樓于2009年竣工，2010年投入正式運營，全年空調(diào)總能耗為 2.95 萬 kWh，約占建筑總能耗的21%，低 于同類非政府辦公建筑的35～60%，2010 年耗電量指標(biāo)為33.3 kWh/(m2· a )，2011年空調(diào)系統(tǒng)能耗更降低為17.2 kWh/(m2· a )，僅 為當(dāng)?shù)赝惤ㄖ?0.6%，見圖 4。

圖4 2011年建科大樓與當(dāng)?shù)赝惤ㄖ骄芎乃奖容^

2） 舒適性評價

業(yè)主對室內(nèi)人員每天對室內(nèi)環(huán)境的投票進(jìn)行統(tǒng)計， 得出空調(diào)季節(jié) （2010年4 月～10 月） 的室內(nèi)人員對室內(nèi)熱舒適性、 噪聲、 空氣清新度的評價結(jié)果如下圖 5所示， 可以明顯看出， 室內(nèi)人員對室內(nèi)環(huán)境的總體評價良好。

圖5 2010年4月～10月室內(nèi)環(huán)境評價投票統(tǒng)計

6 結(jié)論

深圳建科大樓空調(diào)系統(tǒng)將多種空調(diào)領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)和建筑進(jìn)行有機地結(jié)合， 對夏熱冬暖地區(qū)辦公建筑的綠色空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了有益的探索和實踐。建科大樓空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過實際運行的檢驗， 系統(tǒng)的運行情況良好， 運行能耗水平低， 則室內(nèi)人員對環(huán)境質(zhì)量評價較高。

截止目前， 深圳建科大樓獲得的標(biāo)識和獎項累計達(dá)到30項。主要標(biāo)識和獎項及節(jié)能減排效果如下。

1）國家綠色建筑設(shè)計評價標(biāo)識三星級（最高等級）項 目。

2）國家級第一批民用建筑能效測評標(biāo)識（三星級）項 目。

3）2011年全國綠色建筑創(chuàng)新獎。

4）2011 年度全國優(yōu)秀工程勘察設(shè)計行業(yè)獎建筑工程一等獎。

5）2013 年獲綠色設(shè)計國際大獎——— 綠色建筑類金獎。

6）年 度用電量為 44.4 kWh/m2， 與 深圳市其他辦公樓相比節(jié)能60%，相 當(dāng)于每年節(jié)能412.7噸標(biāo)煤。

7）每 年減少CO2排放1097.85噸。

參考文獻(xiàn)

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