賓館建筑溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析比較

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我國按照空調(diào)度日數(shù)CDD26 來衡量全國各地的炎熱程度，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行建筑夏季空調(diào)降溫設(shè)計(jì)，同時(shí)將全國劃分為相應(yīng)的五個(gè)氣候區(qū)。在五個(gè)氣候區(qū)中，夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的特點(diǎn)是夏季炎熱、雨水量多，其潮濕程度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他三個(gè)氣候區(qū);這兩個(gè)地區(qū)在過渡季的陰雨天，室外溫度雖然處于人體舒適度的范圍內(nèi)，但是室外相對(duì)濕度較大，人體感覺很潮濕。人體舒適度不僅與溫度參數(shù)有關(guān)，還與相對(duì)濕度參數(shù)有關(guān)，建筑環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮這兩方面。但是在實(shí)際工程應(yīng)用中這兩個(gè)氣候區(qū)的負(fù)荷分析、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法卻與其他氣候區(qū)的方法沒有很大區(qū)別。

目前傳統(tǒng)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)處理空氣采用低溫冷凝除濕方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的降溫與除濕處理，同時(shí)去除建筑的熱負(fù)荷與濕負(fù)荷，即先將空氣降低到露點(diǎn)溫度以下進(jìn)行冷凝后再將干空氣送入室內(nèi)，除濕的同時(shí)伴隨著降溫過程，其空調(diào)機(jī)組COP 為5.5。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)采用溫度與濕度兩套獨(dú)立的子系統(tǒng)，分別控制、調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度與濕度，可以滿足室內(nèi)熱濕比不斷變化的要求，其中溫度控制系統(tǒng)采用的高溫冷水機(jī)組，相應(yīng)COP 可高達(dá)8.5，具有顯著的節(jié)能效益。因此，在有除濕需求的前提下，溫度越高的地區(qū)采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)越有必要，僅簡(jiǎn)單的用調(diào)節(jié)溫度負(fù)荷來衡量當(dāng)?shù)氐目照{(diào)能耗指標(biāo)是不夠的，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)室外相對(duì)濕度或含濕量參數(shù)負(fù)荷，并結(jié)合高溫冷水調(diào)溫替代低溫冷水調(diào)溫方式來指導(dǎo)實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法。

1 典型城市空調(diào)負(fù)荷及能耗比較

夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)溫度為26℃，相對(duì)濕度為60%，其對(duì)應(yīng)的含濕量為12.79 g/kg(干空氣)，因此以該數(shù)值為基準(zhǔn)，大于該數(shù)值的即表示該日相對(duì)濕度較大，人體感覺潮濕。

從五個(gè)氣候區(qū)中選取典型城市——北京、西安、廣州、杭州四個(gè)城市計(jì)算其空調(diào)度日數(shù)和室外除濕負(fù)荷值，并進(jìn)行比較，具體見圖1、圖2。

從圖1 可以看出，廣州地區(qū)的度日數(shù)值最高，可見廣州地區(qū)的溫度較其他地區(qū)的溫度高，調(diào)溫負(fù)荷最高，因此廣州地區(qū)采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)時(shí)其夏季調(diào)溫能耗也較其他地區(qū)大。另外，杭州地區(qū)的調(diào)溫負(fù)荷也較北京和西安地區(qū)高。

圖1 典型城市空調(diào)度日數(shù)值比較

圖2 典型城市室外除濕負(fù)荷值比較

從圖2 可以看出，廣州地區(qū)的室外除濕負(fù)荷值最高，可見廣州地區(qū)除了溫度較高外，其濕度也較大，調(diào)濕負(fù)荷最大，因此廣州地區(qū)采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)時(shí)其夏季調(diào)濕能耗也較其他地區(qū)大。另外，杭州地區(qū)的調(diào)濕負(fù)荷和能耗也較北京和西安地區(qū)高。由此可知，夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)等地城市，其空調(diào)設(shè)計(jì)除了要考慮降溫外，還應(yīng)考慮除濕，空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)應(yīng)用也顯得尤為重要。

2 不同空調(diào)系統(tǒng)類型能耗比較

本文以一棟賓館建筑為例，計(jì)算不同典型城市整個(gè)制冷季的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗。該項(xiàng)目總建筑面積為12416 m2，平面功能均為客房。

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)采用:高溫冷水機(jī)組及其輸配系統(tǒng)和末端顯熱處理設(shè)備+溶液除濕新風(fēng)機(jī)組。新風(fēng)量為30 m3/h·人，室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)溫度26 ℃，相對(duì)濕度60%，高溫冷水機(jī)組系統(tǒng)整體性能系數(shù)COPsys 取定值4.6，新風(fēng)機(jī)組系統(tǒng)整體性能系數(shù)COPsys 取定值4.7，新風(fēng)送風(fēng)溫度取20 ℃。新風(fēng)承擔(dān)一部分室內(nèi)顯熱負(fù)荷、所有室內(nèi)潛熱負(fù)荷和所有的新風(fēng)負(fù)荷。首先采用Dest 軟件模擬該棟賓館建筑處于不同城市地點(diǎn)的全年8760 h 的逐時(shí)室內(nèi)顯熱負(fù)荷、室內(nèi)潛熱負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷，然后根據(jù)上述空調(diào)度日數(shù)和室外除濕值的負(fù)荷計(jì)算整個(gè)制冷季、過渡季的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗，該能耗由兩部分組成:高溫冷水機(jī)組能耗和新風(fēng)機(jī)組能耗。

同時(shí)按照上述度日數(shù)和室外除濕的負(fù)荷，本文對(duì)上述賓館建筑，采取常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)能耗進(jìn)行了計(jì)算，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的整體性能系數(shù)COPsys 取定值3.4。常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)能耗和溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗比較見圖3 和表1。

圖3 各典型城市賓館建筑按照室外除濕負(fù)荷的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗比較圖

表1 各典型城市賓館建筑按照室外除濕負(fù)荷的兩種空調(diào)系統(tǒng)能耗比較單位:kWh/m2

從圖4 和表2 中數(shù)據(jù)可知，與常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)能耗比較，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗無論在哪個(gè)城市(地區(qū))均有所下降，其中廣州地區(qū)下降數(shù)值最大，全年節(jié)約空調(diào)能耗為38.55 萬kWh，每年節(jié)約127. 2 t 標(biāo)煤。其次為杭州，最小為北京和西安。

3 空調(diào)系統(tǒng)初投資比較

采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的末端如果采用干盤管系統(tǒng)，其初投資要高于常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。分析其主要原因在于:干盤管的冷量只有風(fēng)機(jī)盤管冷量的35%，換算為標(biāo)準(zhǔn)工況為52%，而其價(jià)格卻是常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的1.5 倍;同時(shí)干盤管系統(tǒng)采用低溫專用新風(fēng)機(jī)組，其單臺(tái)的價(jià)格為相同風(fēng)量下的普通新風(fēng)機(jī)組的1.5 倍左右;若新風(fēng)機(jī)組采用溶液除濕機(jī)組，其單臺(tái)的價(jià)格也為相同風(fēng)量下的普通新風(fēng)機(jī)組的2 倍多。因此溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的投資高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。

賓館建筑按照規(guī)模和建造地點(diǎn)綜合分析經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和投資增量以確定該類建筑是否適宜采用溫濕度獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

(1)本文將賓館建筑在不同氣候區(qū)的空調(diào)度日數(shù)值和除濕負(fù)荷值進(jìn)行比較，并作為不同空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能耗分析依據(jù)。

(2)采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)可降低空調(diào)能耗，降低程度在高溫高濕地區(qū)的高能耗的公共建筑中應(yīng)用尤為明顯。