城市綜合體空調(diào)供冷節(jié)能設(shè)計(jì)的若干思考

李東林

城市綜合體空調(diào)供冷節(jié)能設(shè)計(jì)的若干思考

李東林

近十幾年以來，隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市在不斷的擴(kuò)大，農(nóng)村人口向城市轉(zhuǎn)移，城市消費(fèi)的需求也不斷增大，因此城市綜合體的數(shù)量、體量也不斷變大。而且城市綜合體的功能也越來越復(fù)雜，從而使得暖通空調(diào)系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，然而由于部分設(shè)計(jì)人員在綜合體空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的水平和經(jīng)驗(yàn)的不足，導(dǎo)致目前很大一部分城市綜合體在實(shí)際的運(yùn)行過程中出現(xiàn)較多問題，比如主機(jī)選型偏大、系統(tǒng)水力不平衡、實(shí)際運(yùn)行能耗過大等等。下面從幾方面談?wù)劤鞘芯C合體空調(diào)供冷系統(tǒng)在節(jié)能設(shè)計(jì)方面的一些經(jīng)驗(yàn)、思考及分析。

一、準(zhǔn)確進(jìn)行逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)區(qū)的夏季冷負(fù)荷應(yīng)按各項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值確定。然而，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們往往不重視維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工參數(shù)對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷的影響。維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)熱等參數(shù)基本都是建筑專業(yè)按照規(guī)范的限值選取，暖通專業(yè)并沒根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況提出建議和要求。為了使空調(diào)系統(tǒng)更節(jié)能，各專業(yè)應(yīng)該站在整個(gè)項(xiàng)目的角度，密切配合，從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工的源頭出發(fā)，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，在規(guī)范要求的熱工性能限值范圍以內(nèi)，合理選擇材料及工藝，從而達(dá)到建筑物更節(jié)能的目的。在進(jìn)行冷負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確分析整個(gè)綜合體的負(fù)荷需求狀況，避免負(fù)荷疊加，實(shí)現(xiàn)按需供冷；綜合體各種室內(nèi)外工況下負(fù)荷的變化情況，并找出綜合體常年穩(wěn)定的負(fù)荷基數(shù)和負(fù)荷峰值，為主機(jī)選型和空調(diào)系統(tǒng)的合理配置提供依據(jù)；應(yīng)考慮系統(tǒng)在各種工況下的節(jié)能運(yùn)行的方案，這樣可保證系統(tǒng)在各種工況下都能比較高效地運(yùn)行，大大節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；還有目前導(dǎo)致綜合體冷負(fù)荷計(jì)算值偏大的原因是在負(fù)荷計(jì)算中我們常常會(huì)在照明冷負(fù)荷計(jì)算時(shí)，對(duì)燈具功率的面積指標(biāo)取值過于保守。其實(shí)隨著照明技術(shù)的發(fā)展，目前燈具基本上都是節(jié)能燈具和LED燈具，此類燈具比白熾燈或普通燈管的發(fā)熱量小很多，然后我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，特別是在一些內(nèi)區(qū)房間計(jì)算時(shí)，由于內(nèi)區(qū)主要是照明負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷，計(jì)算出來冷指標(biāo)都比較低，這時(shí)候某些設(shè)計(jì)人員就會(huì)憑經(jīng)驗(yàn)覺得指標(biāo)偏低，從而通過加大照明負(fù)荷來提高冷指標(biāo)，這明顯是不合理的，這會(huì)導(dǎo)致逐時(shí)冷負(fù)荷偏大，特別建筑體量較大的時(shí)候，偏大得更嚴(yán)重。

二、合理選擇主機(jī)及末端設(shè)備

根據(jù)以往項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)，制冷主機(jī)的能耗大約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的40~50%左右，因此，制冷主機(jī)是最主要的耗能部分。為了使冷源的方案更合理，全年運(yùn)行起來更節(jié)能，應(yīng)注意以下方面。

首先，在冷、熱源選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)綜合體的規(guī)模、業(yè)態(tài)用途、工程地點(diǎn)的能源條件、結(jié)構(gòu)、價(jià)格等，通過多種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并論證確定。然而在目前的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，由于綜合體的暖通工作量大，系統(tǒng)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期也較短，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)項(xiàng)目為了趕工期，前期業(yè)主基本上未組織進(jìn)行充分的冷源方案論證，有時(shí)候個(gè)別業(yè)主自己指定冷源形式，或者設(shè)計(jì)師參考以往項(xiàng)目直接選定冷源方案，甚至有些設(shè)計(jì)師為了繪圖和配合更簡單，不管空間的使用功能，直接向業(yè)主推薦多聯(lián)機(jī)、分體機(jī)等。不但加大了投資，而且由于小型設(shè)備綜合能效都不高導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不節(jié)能。

第二，選擇冷源主機(jī)時(shí)，應(yīng)經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較，盡量選用能效更高的產(chǎn)品，由于綜合體的系統(tǒng)一般都比較大，耗能都很大，選擇能效更高的產(chǎn)品，節(jié)能效果是比較明顯的。

第三、由于冷負(fù)荷是逐時(shí)變化的，因此，選擇主機(jī)時(shí)，要適應(yīng)綜合體部分負(fù)荷運(yùn)行，通過合理的配置制冷主機(jī)的容量和臺(tái)數(shù)，使主機(jī)在各個(gè)工況下盡量多的時(shí)段都能運(yùn)行在高效區(qū)。

空調(diào)循環(huán)水泵的耗能也比較大，因此選擇水泵時(shí)要合理地選擇其流量和揚(yáng)程，變流量的水系統(tǒng)應(yīng)盡量選擇水泵特性曲線為平坦型的，陡降型的由于最大流量和最小流量間揚(yáng)程變化比較大，故不宜采用，駝峰型的在水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)可能會(huì)引起揚(yáng)程的周期波動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)有影響。末端空氣處理風(fēng)柜、新風(fēng)柜、風(fēng)機(jī)盤管等選擇應(yīng)根據(jù)房間、區(qū)域負(fù)荷和系統(tǒng)設(shè)置，盡可能選取高效的設(shè)備。設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)多個(gè)房間的新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)新風(fēng)量應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，不應(yīng)簡單地將各房間的新風(fēng)量疊加。室內(nèi)人員密度相對(duì)較大、或者變化較大的房間，最好能根據(jù)室內(nèi)CO2濃度檢測(cè)值進(jìn)行新風(fēng)量控制；對(duì)于有集中排風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)在合理的情況下運(yùn)用熱回收技術(shù)。

三、合理設(shè)置空調(diào)風(fēng)、水系統(tǒng)

對(duì)于綜合體內(nèi)大型餐飲，商場(chǎng)、高大空間等多采用全空氣系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)房間使用時(shí)間的不同、溫濕度技術(shù)和允許波動(dòng)范圍的不同、噪聲標(biāo)準(zhǔn)不同等情況分別設(shè)置空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)。同時(shí)還需考慮系統(tǒng)采用定風(fēng)量系統(tǒng)還是變風(fēng)量系統(tǒng)更合適，還有一次回風(fēng)和二次回風(fēng)各自的特點(diǎn)以及過渡季節(jié)利用室外新風(fēng)實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)運(yùn)行，使空調(diào)系統(tǒng)合理、節(jié)能。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行風(fēng)系統(tǒng)水力平衡計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理選擇風(fēng)機(jī)，進(jìn)一步降低能耗。

水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)建筑的高低、建筑規(guī)模及空間大小，合理選擇采用兩管制、三管制或四管制以及同程、異程系統(tǒng)。在滿足空調(diào)水系統(tǒng)耗電輸冷比的前提下，結(jié)合系統(tǒng)作用半徑、系統(tǒng)水阻力來確定冷凍水系統(tǒng)采用一次泵還是二次泵，定流量還是變流量。然后根據(jù)水系統(tǒng)形式進(jìn)行詳細(xì)的水力平衡計(jì)算，在水力平衡詳細(xì)計(jì)算的基礎(chǔ)上，選擇冷凍水泵及冷卻水泵。冷卻水系統(tǒng)同樣需要進(jìn)行詳細(xì)水利平衡計(jì)算，避免選擇水泵過大，效率偏低。

四、合理設(shè)置自控系統(tǒng)

隨著控制技術(shù)發(fā)展，控制的精度越來越高，系統(tǒng)中更多的設(shè)備運(yùn)行可納入到控制系統(tǒng)當(dāng)中。空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可以理解為兩類，一類是設(shè)備自身的自動(dòng)控制系統(tǒng)，一類為樓宇自控中空調(diào)部分的智能控制系統(tǒng)。

目前在大型綜合體空調(diào)系統(tǒng)中較為常用且節(jié)能效果明顯的變頻技術(shù)，主要有制冷主機(jī)變頻、循環(huán)水泵變頻、風(fēng)機(jī)變頻等等，這屬于空調(diào)系統(tǒng)自身的自動(dòng)控制。制冷主機(jī)電機(jī)的速度是固定不變，但在實(shí)際使用過程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運(yùn)行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必要的。制冷機(jī)組是制冷系統(tǒng)的心臟，降低制冷機(jī)組能耗，提高制冷機(jī)組的自動(dòng)化控制水平是空節(jié)能技術(shù)發(fā)展的方向。有些項(xiàng)目空調(diào)循環(huán)冷凍水泵和冷卻水泵轉(zhuǎn)速都是定速的，只要水泵運(yùn)行，無論實(shí)際的空調(diào)負(fù)荷大小或什么季節(jié)，冷凍水泵和冷卻水泵都是工頻運(yùn)行的，因此，浪費(fèi)能源現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

近年大型建筑其中大部分建筑擁有智能化設(shè)施。實(shí)現(xiàn)智能建筑的節(jié)能是建設(shè)智能化建筑的目標(biāo)，通過節(jié)能管理，節(jié)省建筑運(yùn)行和管理的費(fèi)用。提高制冷系統(tǒng)的智能控制水平，使制冷系統(tǒng)逐步向計(jì)算機(jī)化，數(shù)字化以及可視化方向發(fā)展。通常建筑物節(jié)能包括建筑設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)、照明與設(shè)備，而空調(diào)系統(tǒng)在建筑中占比很大，因此智能建筑節(jié)能首先是空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，潛力巨大。智能建筑樓宇自控系統(tǒng)將建筑內(nèi)所有設(shè)備集成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，進(jìn)行綜合管理，其作用和效率是很明顯的。

五、結(jié)語

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在我國建筑能耗占總能耗的27%以上，而且還在以每年1個(gè)百分點(diǎn)的速度增加。建設(shè)部統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，我國每年城鄉(xiāng)建設(shè)新建中其中80%以上為高能耗建筑；既有建筑95%以上是高能耗建筑。雖然我國新建建筑已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，比例高達(dá)95.7%，而施工階段執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比例僅為53.8%。從以上數(shù)據(jù)可以看出，建筑節(jié)能潛力巨大但形勢(shì)嚴(yán)峻，而在建筑能耗中，空調(diào)的能耗所占比例最大，因此，在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，務(wù)必要在負(fù)荷計(jì)算，主要設(shè)備選型，風(fēng)、水系統(tǒng)和自動(dòng)控制方面力求做到計(jì)算準(zhǔn)確，選型合理，系統(tǒng)優(yōu)化，控制科學(xué)。并且將設(shè)計(jì)各種節(jié)能的方案嚴(yán)格落實(shí)到施工當(dāng)中，這樣才能真正降低建筑能耗，我們的建筑才會(huì)是真正的節(jié)能建筑、綠色建筑。

（作者單位：廣州市番禺建筑設(shè)計(jì)院有限公司）