廣州珠江城新風(fēng)系統(tǒng)改造分析

朱楚南，秦自春 ，毛偉琴，朱子楷

（1.廣州珠江城置業(yè)有限公司；2.第一太平戴維斯物業(yè)顧問（北京）有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510623）

1 工程概況

廣州珠江城位于天河區(qū)珠江新城珠江西路15 號(hào)，地處在新城市中軸線旁，2013 年3 月竣工并投入使用，總建筑面積216491.8m2，高度309.6m，地上71 層，地下5 層。該項(xiàng)目是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的采用冷輻射空調(diào)系統(tǒng)的大型公共建筑,采用了多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)和措施，并榮獲LEED 鉑金認(rèn)證。廣州珠江城高區(qū)辦公室采用溫、濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，采用室內(nèi)絕對(duì)含濕量控制的“VAV”地板置換送新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，控制房間的濕度；空調(diào)房間的外區(qū)采用干式冷卻風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、空調(diào)房間的內(nèi)區(qū)采用金屬吊頂冷輻射系統(tǒng)和被動(dòng)冷梁，控制房間的溫度。另外，采用壓力控制的排氣系統(tǒng)，控制房間保持正壓。系統(tǒng)自2018 年正式投入使用以來，溫濕度控制效果優(yōu)良，單位面積空調(diào)能耗為比同規(guī)格常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)低約30%。

表1 2 種空調(diào)方案系統(tǒng)能耗比較

2 現(xiàn)有新風(fēng)系統(tǒng)

大廈高區(qū)59 ～68 層采用溶液新風(fēng)機(jī)組+被動(dòng)式冷梁及冷輻射板的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷及室內(nèi)濕負(fù)荷，被動(dòng)式冷梁和冷輻射板承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。新風(fēng)系統(tǒng)共配置4 組8 臺(tái)熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組，放置于設(shè)備層。每臺(tái)溶液除濕新風(fēng)機(jī)的參數(shù)為：額定風(fēng)量13000m3/h，制冷量270kW，制熱量167kW，除濕量288kg/h，加濕量83kg/h，送風(fēng)機(jī)余壓300Pa，排風(fēng)機(jī)余壓300Pa，功率72kW。溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組原理如圖1 所示。

圖1 溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組原理

圖2 新風(fēng)機(jī)組制冷除濕模式性能曲線

熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組全工況的平均COP 在5.5以上，而常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)組的綜合COP 一般不超過3.0，新風(fēng)處理的能耗可以節(jié)約40%左右。溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組負(fù)責(zé)控制辦公區(qū)的濕度，是保證溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在，即新風(fēng)機(jī)組的除濕能力決定被動(dòng)冷梁能否干工況運(yùn)行、無結(jié)露產(chǎn)生。2022 年，由于樓層使用功能變更，辦公區(qū)域人員密度顯著增加，每層平均人員密度從50 人提升到300 人，提升6 倍，人員濕負(fù)荷顯著增加。為了確?？照{(diào)使用效果及運(yùn)行安全，本項(xiàng)目對(duì)溶液除濕新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行了改造，以提升除濕能力，滿足使用需求。

3 改造方案

3.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)每層新風(fēng)量10000m3/h，共10 層，合計(jì)總新風(fēng)量為90000m3/h?？紤]漏風(fēng)率，新風(fēng)機(jī)組總風(fēng)量為104000m3/h。根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)組送風(fēng)含濕量約為8g/kg，回風(fēng)含濕量約為10g/kg（23℃，56%），濕負(fù)荷校核如表2 所示?？梢钥闯?，改造前由于人員密度小，濕負(fù)荷主要來源為維護(hù)結(jié)構(gòu)滲風(fēng)而帶入的滲風(fēng)濕負(fù)荷（其他產(chǎn)濕）。

表2 人員增加前濕負(fù)荷校核

在其他產(chǎn)濕不變的情況下，由于人員增加，室內(nèi)總產(chǎn)濕量變化如表3 所示。

表3 送風(fēng)含濕量校核

表3 人員增加后濕負(fù)荷校核

考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，房間溫濕度控制調(diào)整為24℃，58%（11g/kg）,對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度15.5℃，冷梁最低供水溫度17℃，供水溫度高于露點(diǎn)溫度1.5℃，滿足安全運(yùn)行的要求。

3.2 方案比選

（1）方案一：增加風(fēng)量。原設(shè)計(jì)送風(fēng)含濕量8g/kg 不變，由于室內(nèi)產(chǎn)濕量增大，則除濕新風(fēng)量需要增加到17000m3/h。增加除濕新風(fēng)量存在如下弊端：①風(fēng)管不做改動(dòng)的情況下，輸配系統(tǒng)風(fēng)速提高，偏離經(jīng)濟(jì)風(fēng)速，輸配能耗增大。②新風(fēng)量增大導(dǎo)致新風(fēng)負(fù)荷增大，能耗增加。在設(shè)備能效系數(shù)不變的情況下，新風(fēng)機(jī)組能耗將達(dá)到原來的1.7 倍。③新風(fēng)機(jī)組需重新采購(gòu)，改造成本高。

（2）方案二：增加除濕深度。在除濕新風(fēng)量不變的情況下，室內(nèi)產(chǎn)濕量增大，在此基礎(chǔ)上核算機(jī)組送風(fēng)含濕量降低到5.9g/kg（見表3），即可滿足承擔(dān)室內(nèi)全部濕負(fù)荷的需求。同時(shí)按照人均衛(wèi)生新風(fēng)30m3/h 的標(biāo)準(zhǔn)，原新風(fēng)量可以滿足最低人均衛(wèi)生新風(fēng)要求。

（3）方案比選結(jié)果。由于溶液除濕方式最低能將空氣處理到2g/kg，因此，本項(xiàng)目考慮降低機(jī)組送風(fēng)含濕量，通過改造溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組來提升除濕能力，滿足因人員變化而增大的除濕需求。該方案具有以下優(yōu)勢(shì)：①風(fēng)量不變，輸配系統(tǒng)阻力不變，輸配能耗不變。②新風(fēng)負(fù)荷不變，只增加深度除濕處理能耗（即新風(fēng)從8g/kg 處理至5.9g/kg 的能耗）。經(jīng)過測(cè)算，總體能耗增加不到20%。③改造成本低。

3.3 機(jī)組改造方案

目前，現(xiàn)場(chǎng)有中溫冷水可利用，因此，計(jì)劃將機(jī)組改造為預(yù)冷型機(jī)組，在機(jī)組新風(fēng)入口增加預(yù)冷表冷器，利用冷水表冷器實(shí)現(xiàn)預(yù)冷，機(jī)組空氣處理原理如圖3所示。

圖3 預(yù)冷型溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組原理

改造為預(yù)冷機(jī)組后，可減小室內(nèi)排風(fēng)量，適當(dāng)增大房間正壓，減少因滲風(fēng)引入的濕負(fù)荷，進(jìn)一步改善房間溫濕度控制效果。

4 改造后的溫濕度效果

改造實(shí)施后，在2023 空調(diào)季節(jié)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)跟蹤測(cè)試如圖4 ～6 所示。

圖4 含濕量曲線圖

從圖4 可以看出，改造后，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，送風(fēng)含濕量基本穩(wěn)定在6g/kg 以下，室內(nèi)含濕量在11g/kg（對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度15.5）以下，確保了被動(dòng)冷梁的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

從圖5 可以看出，在實(shí)現(xiàn)低含濕量送風(fēng)的同時(shí)，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)溫度在15 ～20℃之間，避免了常規(guī)冷凍除濕方式的低溫送風(fēng)問題。

圖5 溫度曲線圖

從圖6 可以看出，改造后，溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組配合室內(nèi)被動(dòng)冷梁和冷輻射板系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)舒適的空調(diào)環(huán)境，室內(nèi)溫度控制在23 ～26℃，相對(duì)濕度控制在47%～58%之間，很好地達(dá)到了改造預(yù)期效果。

圖6 室內(nèi)溫濕度曲線圖

5 結(jié)語

改造項(xiàng)目必須綜合考慮施工難度、投資成本及運(yùn)行費(fèi)用等因素，為用戶提供既經(jīng)濟(jì)合理又節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的解決方案。本項(xiàng)目基于溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組的深度除濕能力，創(chuàng)造性地在舒適性空調(diào)系統(tǒng)中采用了低濕送風(fēng)方案，實(shí)現(xiàn)了在人員負(fù)荷倍增的情況下，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。改造后運(yùn)行結(jié)果表明：

（1）在除濕風(fēng)量不變的情況下，通過降低送風(fēng)含濕量（從8g/kg降至6g/kg左右），滿足了增大除濕量的需求。

（2）在實(shí)現(xiàn)低濕送風(fēng)的同時(shí)，維持了適宜的送風(fēng)溫度，機(jī)組送風(fēng)溫度在15 ～20℃之間。

（3）室內(nèi)溫濕度始終控制在對(duì)人員健康、舒適的區(qū)間，室內(nèi)溫度控制在23 ～26℃，相對(duì)濕度控制在47%～58%之間。