“雙碳”背景下暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)精細(xì)化設(shè)計(jì)分析

許浩 王爭(zhēng)利 王鵬飛 王興龍

中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710000

引言

2020年，我國(guó)正式宣布了“碳中和”、“碳達(dá)峰”的“雙碳”目標(biāo)。在此背景下，建筑行業(yè)應(yīng)積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，堅(jiān)持以綠色施工為核心原則，為我國(guó)節(jié)能、降耗的“雙碳”愿景提供助力。暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中的能耗占比極高，常見(jiàn)的大型公共建筑中，其暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比可達(dá)建筑整體能耗占比的30%～50%。因此，完善暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化節(jié)能技術(shù)的合理應(yīng)用，以精細(xì)化設(shè)計(jì)，降低建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗極有必要。

1 建筑暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

1.1 節(jié)能原則

顧名思義，建筑節(jié)能型暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要遵循節(jié)能性原則，堅(jiān)持綠色施工理念，在保障該建筑基礎(chǔ)功能性需求的基礎(chǔ)上，提升建筑的節(jié)能效果。設(shè)計(jì)師必須要充分考慮到建筑所在地氣候環(huán)境、氣溫、空氣濕度等客觀因素對(duì)該建筑暖通空調(diào)運(yùn)行能耗造成的影響，并對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做出針對(duì)性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“因地制宜”式的暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.2 需求原則

建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，必須要建立在滿(mǎn)足業(yè)主對(duì)該建筑節(jié)能功能的基本需求之上[1]。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師必須要遵循需求原則，考慮到該建筑的宜居度，最大限度滿(mǎn)足人們的現(xiàn)實(shí)需求，為人們提供更加舒適的生活或工作環(huán)境。

1.3 整體、局部原則

建筑工程的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)模塊甚至每個(gè)房間的控制系統(tǒng)都應(yīng)該是互相獨(dú)立的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要正確處理整體與局部之間的關(guān)系，以此保障暖通空調(diào)系統(tǒng)的功能。

1.4 空氣質(zhì)量控制原則

建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)不僅要具備保溫功能，還要精準(zhǔn)控制系統(tǒng)的輸送風(fēng)量，以此控制建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意優(yōu)化空氣質(zhì)量控制模塊的性能，在盡可能節(jié)約系統(tǒng)能耗的基礎(chǔ)上，保障建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的精細(xì)化設(shè)計(jì)

以某地醫(yī)院建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目為例。

2.1 樓宇控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)使用樓宇自控系統(tǒng)（即BA系統(tǒng)）的自動(dòng)檢測(cè)、智能化控制功能，對(duì)該建筑內(nèi)部所有的空調(diào)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、冷熱源設(shè)備、給排水系統(tǒng)、照明設(shè)備、供配電系統(tǒng)及其下搭載的所有重要電力設(shè)備進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)管。BA系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗，并收集各個(gè)子系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的全部數(shù)據(jù)，在初步整理后，匯總收集在數(shù)據(jù)處理端口，也能夠在特殊環(huán)境下或某一系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常時(shí)，及時(shí)察覺(jué)并做出預(yù)警，可以在保障運(yùn)行效率的同時(shí)，最大限度地節(jié)約能源、人力等成本，并保障各設(shè)備、子系統(tǒng)的安全運(yùn)行，還能有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，可以進(jìn)一步降低因設(shè)備故障、損壞造成的資源浪費(fèi)[2]。

2.2 氣體監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

2.2.1 冷源系統(tǒng)： 該醫(yī)院冷水機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能獨(dú)立于BA系統(tǒng)存在，此時(shí)BA系統(tǒng)只接受該冷水機(jī)房控制系統(tǒng)上傳的信號(hào)，不會(huì)干預(yù)或控制該系統(tǒng)的運(yùn)行。冷源系統(tǒng)可以對(duì)冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔、冷水機(jī)組與閥門(mén)等各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況，實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)控，確保各設(shè)備能夠按照要求及規(guī)范順序執(zhí)行啟停命令，并監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，遇到故障或數(shù)據(jù)異常時(shí)可自動(dòng)報(bào)警。冷源系統(tǒng)上傳的信號(hào)包括目前制冷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信號(hào)、啟停程序配置、群控控制機(jī)組運(yùn)行及運(yùn)行過(guò)程中的能耗累計(jì)，另外也包括冷水系統(tǒng)、各處的回水/出水口溫度、水壓監(jiān)測(cè)信號(hào)、冷凍泵與冷卻塔風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)顯示。

2.2.2 新風(fēng)機(jī)組：考慮到不同季節(jié)、晝夜溫差、日空氣質(zhì)量需求等指標(biāo)，擬定不同情況下的運(yùn)行計(jì)劃及節(jié)能運(yùn)行控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化風(fēng)機(jī)啟?？刂?，同時(shí)監(jiān)測(cè)新風(fēng)機(jī)組當(dāng)下的運(yùn)行情況，完善故障檢測(cè)，并制定定時(shí)維修計(jì)劃以及定時(shí)維修提示程序。節(jié)能運(yùn)行控制程序還應(yīng)具備自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)水閥開(kāi)度的功能，確保新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)量、送風(fēng)溫度始終處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.2.3 送/排風(fēng)系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間及空氣質(zhì)量指標(biāo)，自動(dòng)控制送/排風(fēng)系統(tǒng)的啟停，監(jiān)測(cè)送/排風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并具備故障報(bào)警功能，另外，可實(shí)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域的實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量，可顯示一氧化碳、二氧化碳等影響空氣質(zhì)量的氣體濃度。控制系統(tǒng)還需要統(tǒng)計(jì)送/排風(fēng)機(jī)組的實(shí)際工作時(shí)間，并設(shè)置定時(shí)維護(hù)程序[3]。消防兩用送/排風(fēng)機(jī)的控制由BA時(shí)間程序管理，遭遇火警時(shí)，優(yōu)先控制權(quán)為消防控制室，并與防火閥報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

2.3 空調(diào)及供暖系統(tǒng)

2.3.1 傳染病院病區(qū)。新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將傳染病院病區(qū)劃分為污染區(qū)、半污染區(qū)與清潔區(qū)3個(gè)大分區(qū)，隨后在病院每一層的3個(gè)分區(qū)內(nèi)，分別設(shè)置獨(dú)立的新風(fēng)機(jī)組與排風(fēng)系統(tǒng)，并使用在單獨(dú)區(qū)域獨(dú)立設(shè)置的壓差控制器，控制該區(qū)域內(nèi)的新風(fēng)系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)，并根據(jù)該區(qū)域目前狀況，自動(dòng)調(diào)節(jié)區(qū)域的實(shí)時(shí)排風(fēng)量。清潔區(qū)、半污染區(qū)及污染區(qū)房間內(nèi)壓力設(shè)計(jì)應(yīng)以梯度呈現(xiàn)，壓力數(shù)值依次降低，分別為+10Pa、-10Pa、-20Pa。通過(guò)BA系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的清潔程度、空氣含菌量及含病毒濃度，并適時(shí)調(diào)節(jié)該區(qū)域的送/排風(fēng)計(jì)劃。在某病房含菌量或含病毒濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)預(yù)警提醒工作人員[4]。

在取新風(fēng)量值時(shí)，需要?jiǎng)澐譃楹粑?lèi)與非呼吸類(lèi)，呼吸類(lèi)應(yīng)新風(fēng)6次換氣次數(shù)取值，非呼吸類(lèi)則需按3次換氣次數(shù)取值，負(fù)壓隔離房則應(yīng)按照12次換氣次數(shù)取值。在設(shè)計(jì)新風(fēng)排風(fēng)量時(shí)，根據(jù)醫(yī)院的需求，將最小排風(fēng)量定為150m3/h，或始終保持負(fù)壓隔離病房所需風(fēng)量的最大值。

送風(fēng)口需設(shè)置在每個(gè)病房的上部，送風(fēng)口的風(fēng)速不得超過(guò)1m/s，排風(fēng)口則設(shè)置在病房的下部，且排風(fēng)口與地面的距離應(yīng)超過(guò)0.1m。

負(fù)壓隔離病房?jī)?nèi)，使用全新風(fēng)直流式空調(diào)系統(tǒng)。負(fù)壓隔離病房以外，所有區(qū)域的排風(fēng)系統(tǒng)主管道和總送間加設(shè)了可單獨(dú)關(guān)閉的電動(dòng)密閉閥，便于工作人員定期對(duì)某一病房單獨(dú)消毒。

為突出傳染病防暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效應(yīng)，在傳染病樓區(qū)域設(shè)置了分體式顯熱回收系統(tǒng)，同時(shí)，在非空調(diào)使用季，新風(fēng)系統(tǒng)僅具備送風(fēng)功能，不處理空氣。

呼吸類(lèi)傳染病區(qū)域與負(fù)壓隔離病房相對(duì)特殊，送風(fēng)需通過(guò)三層過(guò)濾器方可進(jìn)入室內(nèi)，排風(fēng)時(shí)通過(guò)高效過(guò)濾器系統(tǒng)處理后，于高空排放。

冬季供暖以散熱器為主，熱力入口在單體首層的空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)部。

由于醫(yī)院位置處于嚴(yán)寒地區(qū)，門(mén)廳及醫(yī)院街采用地暖系統(tǒng)，使用混水器將供暖水溫降低供給地暖系統(tǒng)。

2.3.2 綜合醫(yī)院院區(qū)。綜合醫(yī)院區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)，全部使用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)的形式，做兩管制系統(tǒng)。夏季水供、回水溫度為7/12℃，冬季則為60/50℃。

暖通空調(diào)系統(tǒng)中的水系統(tǒng)管路選用同程、異程結(jié)合的設(shè)計(jì)模式，每一層的水平干管和每一環(huán)路的回水總管上，都設(shè)置了同樣的自力式壓差控制閥，用以調(diào)控各層暖通空調(diào)系統(tǒng)中水系統(tǒng)管路的實(shí)時(shí)水量，保障每層的空調(diào)水量平衡。

雙位式、常閉型的電動(dòng)二通閥與具備節(jié)能效應(yīng)的中央空調(diào)控制器，共同組成了傳染病院病區(qū)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制系統(tǒng)[5]。

暖通空調(diào)送風(fēng)口處選擇了雙層鋁合金百葉的設(shè)計(jì)，而在回風(fēng)口處，選擇了自帶濾網(wǎng)的可開(kāi)式單層鋁合金百葉。

傳染病院病區(qū)的新風(fēng)系統(tǒng)相同，綜合醫(yī)院院區(qū)的新風(fēng)系統(tǒng)也設(shè)置了分體式顯熱回收系統(tǒng)，提高節(jié)能效果。綜合院區(qū)的新風(fēng)系統(tǒng)按兩次換氣次數(shù)取值，送風(fēng)機(jī)組以組合式空調(diào)機(jī)組為主，同樣的，該機(jī)組在非空調(diào)使用期僅送風(fēng)，不處理空氣。

綜合院區(qū)的新風(fēng)采集口與風(fēng)機(jī)盤(pán)管回風(fēng)口處，設(shè)置了非通電型的駐極式靜電過(guò)濾網(wǎng)，并將終阻力控制在30Pa以?xún)?nèi)。經(jīng)調(diào)試后，將其微生物通過(guò)率控制在10%以?xún)?nèi)，顆粒物一次通過(guò)率控制在5%以?xún)?nèi)，PM2.5的一次性有效過(guò)濾率則必須超過(guò)70%。

本次暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還特別將綜合院區(qū)的新風(fēng)系統(tǒng)與二氧化碳濃度的檢測(cè)裝置整合，突出聯(lián)合作用。

2.3.3 后期辦公區(qū)?？蒲行姓羌昂笄诰C合樓使用了多聯(lián)式新風(fēng)機(jī)，新風(fēng)外機(jī)設(shè)于屋面，新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)量設(shè)定為30m3/（hx人）。同樣，非空調(diào)使用季僅送風(fēng)，不處理空氣。新風(fēng)機(jī)入口裝有過(guò)濾器、消殺裝置、凈化裝置，過(guò)濾器凈化標(biāo)準(zhǔn)為PM10≤0.15mg/m3。冬季以散熱器供暖，供/回水溫度為65/40℃。

2.3.4 發(fā)熱門(mén)診。發(fā)熱門(mén)診使用多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組，新風(fēng)系統(tǒng)則使用了空氣處理機(jī)組。夏季與冬季的冷凍水供、熱水供、回水溫度與其他區(qū)域相同。新風(fēng)量取值、新風(fēng)系統(tǒng)過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)均與綜合院區(qū)相同。發(fā)熱門(mén)診醫(yī)生區(qū)域應(yīng)始終保持正壓，患者區(qū)域則需始終保持負(fù)壓。冬季散熱器供暖供/回水溫度為65/40℃。

2.4 供暖、空調(diào)室外工程

熱源中心設(shè)置在地上一層的獨(dú)立單體內(nèi)，制冷站房及板式換熱機(jī)組則設(shè)置在地下一層的車(chē)庫(kù)內(nèi)。熱源中心位于院區(qū)北側(cè)，一次熱媒溫度為75/55℃。

制冷站房?jī)?nèi)配有四套板式換熱集成機(jī)組，一次熱媒將借助管溝引至該機(jī)組，換熱集成機(jī)組可將一次熱媒轉(zhuǎn)換至不同溫度，使其服務(wù)各個(gè)區(qū)域。其中空調(diào)熱負(fù)荷供應(yīng)為1800kW，二次測(cè)供的回水溫度為60/50℃，生活熱水供應(yīng)為1800kW。二次測(cè)控的回水溫度為60℃，并與空調(diào)熱負(fù)荷，同時(shí)接入獨(dú)立的室外管網(wǎng)。日常情況下，空調(diào)新風(fēng)的熱負(fù)荷供應(yīng)為3723kW，二次側(cè)供回水溫度為60/50℃，接入制冷站房?jī)?nèi)部設(shè)置的分、集水器。散熱器熱負(fù)荷供應(yīng)為3108kW，二次測(cè)供回水溫度為65/40℃，一并接入室外獨(dú)立管網(wǎng)。

制冷機(jī)組的冷媒溫度為7/12℃，接入制冷站房?jī)?nèi)分機(jī)后，在二者之間設(shè)置了電動(dòng)壓差旁通閥組，以維持夜間部分負(fù)荷狀況下的系統(tǒng)運(yùn)行。分、集水器的設(shè)置，根據(jù)該醫(yī)院的白天負(fù)荷區(qū)及全天負(fù)荷區(qū)劃分為四大環(huán)路，白天負(fù)荷區(qū)主要集中于門(mén)診區(qū)域，而全天負(fù)荷區(qū)域則集中于急診與住院區(qū)域，四大環(huán)路如下：第一，門(mén)診風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供水、回水管。第二，門(mén)診空調(diào)箱的供水、回水管。第三，住院風(fēng)機(jī)機(jī)組盤(pán)管的供水、回水管。第四，住院空調(diào)箱的供水、回水管。

此外，考慮到醫(yī)院傳染病院病區(qū)的新風(fēng)量較大，在冬季時(shí)，新風(fēng)負(fù)荷占據(jù)該醫(yī)院暖通空調(diào)總熱負(fù)荷的60%甚至以上。因此，在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)時(shí)，使用了大量的分體式能量回收系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)縝密的計(jì)算后得出，該設(shè)計(jì)方案可節(jié)約暖通空調(diào)能耗的20%左右。

2.5 通風(fēng)系統(tǒng)

該設(shè)計(jì)的通風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)位于地下車(chē)庫(kù)。通風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)量控制在500m3/（h·車(chē)）。另外，地下車(chē)庫(kù)加設(shè)了一氧化碳檢測(cè)與風(fēng)機(jī)控制板塊，在檢測(cè)到一氧化碳濃度超出25ppm后，會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)系統(tǒng)，直至系統(tǒng)檢測(cè)值一氧化碳濃度降為10ppm以下后，通風(fēng)系統(tǒng)將在持續(xù)運(yùn)行5min之后自動(dòng)關(guān)停。

3 結(jié)束語(yǔ)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是建筑工程中機(jī)電系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)，與該建筑的功能特征及宜居性息息相關(guān)。但暖通空調(diào)系統(tǒng)一直是建筑工程的能耗“大頭”，在“雙碳”背景下，勢(shì)必要從暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化抓起，以精細(xì)化設(shè)計(jì)突出暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能特征，引入暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)，堅(jiān)持綠色工程、低碳環(huán)保的理念，設(shè)計(jì)出更適合現(xiàn)代化綠色城市發(fā)展的暖通空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)。