某高層辦公綠色建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

孫婷婷

(廈門市瑞達(dá)置業(yè)有限公司福建廈門361000)

某高層辦公綠色建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

孫婷婷

(廈門市瑞達(dá)置業(yè)有限公司福建廈門361000)

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，分析和總結(jié)了綠色建筑的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)從冷源的選擇如采用水冷式+直流變頻式空調(diào)系統(tǒng)、變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用如采用冷凍一次變頻泵、新排風(fēng)能量回收分析如采用此項(xiàng)技術(shù)的成本回收期分析、空調(diào)冷卻塔補(bǔ)水方式如采用回收雨水和冷凝水的非傳統(tǒng)冷源補(bǔ)水等角度詳述了空調(diào)技術(shù)在綠色建筑上的應(yīng)用。

綠色建筑;空調(diào)設(shè)計(jì);變頻調(diào)速技術(shù);新排風(fēng)的能量回收;冷卻塔補(bǔ)水方式

0 引言

隨著社會的進(jìn)步、科技的發(fā)展，綠色建筑越來越被人們所重視，2014年新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》的出版更推進(jìn)了這一趨勢。

眾所周知在建筑整體能耗中，空調(diào)系統(tǒng)所占能耗是最大的(高達(dá)40％～50％)，因此加強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)中空調(diào)設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保性就顯得十分必要。

某高層辦公項(xiàng)目，位于廈門市思明區(qū)觀音山片區(qū)，項(xiàng)目周邊配套豐富，交通便利。該項(xiàng)目要達(dá)到《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二星要求，獲得綠色建筑二星級的標(biāo)識。為此，在設(shè)計(jì)過程中，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用。

本文擬就論述該高層綠色建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

工程規(guī)模:該項(xiàng)目分南、北2棟樓，工程總建筑面積:93 658.82m2，地下建筑面積:24 504.63m2，地上建筑面積:70 421.95m2。南樓地上建筑24層，北樓地上建筑29層，地下建筑3層(局部4層)，建筑最大高度127.44m。

功能布局:地下室均為汽車庫、設(shè)備用房，地下三層局部戰(zhàn)時轉(zhuǎn)換為核6級常6級二等人員掩蔽所，地上一、二層為商業(yè)，三層以上均為辦公(其中北樓十層、二十層及屋面為避難層)。建筑效果圖如圖1所示。

圖1 建筑效果圖

2 空調(diào)設(shè)計(jì)在綠色建筑上的應(yīng)用

為達(dá)到綠色建筑二星級標(biāo)準(zhǔn)，需要采取一系列空調(diào)技術(shù)措施，但有些措施對于該項(xiàng)目卻并不適用。本著經(jīng)濟(jì)適用、實(shí)施性強(qiáng)的原則，確定了一系列必選的技術(shù)措施，并對其中一些技術(shù)措施進(jìn)行反復(fù)的研究和技術(shù)比對。

2.1 空調(diào)冷源的選擇

2.1.1 各種冷源分析

(1)直燃機(jī)系統(tǒng)

直燃機(jī)系統(tǒng)可夏季制冷、冬季制熱、耗電量較小，運(yùn)行時較平穩(wěn)、噪音小、振動小，但使用有一定的安全隱患且維修費(fèi)用高，使用壽命短，運(yùn)行費(fèi)用高，初投資費(fèi)用高。該項(xiàng)目因不需要冬季制熱且考慮直燃機(jī)系統(tǒng)初投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用都比較高，故空調(diào)冷源不采用直燃機(jī)系統(tǒng)。

(2)冰蓄冷系統(tǒng)

冰蓄冷系統(tǒng)可利用電網(wǎng)峰谷荷電力差價，降低空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用且制冷主機(jī)容量減少，可減少空調(diào)系統(tǒng)電力增容費(fèi)和供配電設(shè)施費(fèi)。但初投資費(fèi)用高，機(jī)房占地面積大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制調(diào)節(jié)也較為復(fù)雜?？紤]到廈門峰谷電價的優(yōu)勢并不是太大且系統(tǒng)控制調(diào)試復(fù)雜，以后項(xiàng)目運(yùn)行中如系統(tǒng)控制不佳根本達(dá)不到節(jié)能效果，故該項(xiàng)目不采用。

(3)風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)

風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)可夏季制冷、冬季制熱，沒有冷卻水系統(tǒng)和冷卻塔、冷卻水泵，但機(jī)組需要在室外設(shè)置較大的室外機(jī)平臺，運(yùn)行噪音較大，且夏季能效較低(相對冷水機(jī)組)，隨著室外溫度的降低效率衰減較大。該項(xiàng)目因不需要冬季制熱，屋頂需要做屋頂花園沒有足夠的空間放置風(fēng)冷熱泵室外機(jī)，且風(fēng)冷熱泵機(jī)組效率相對冷水機(jī)組低，即運(yùn)行中費(fèi)用相對高，故空調(diào)冷源不采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)。

(4)其他熱泵系統(tǒng)

其他熱泵系統(tǒng)包括地源熱泵、水源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵、水源熱泵系統(tǒng)屬可再生能源，但使用都受相應(yīng)條件限制，如地源熱泵系統(tǒng)受打井區(qū)域、場地限制;水源熱泵系統(tǒng)受可利用水源條件、水層地理結(jié)構(gòu)限制。該工程相應(yīng)條件均不具備，故無法采用地源熱泵、水源熱泵系統(tǒng)。

(5)水冷式系統(tǒng)

水冷式系統(tǒng)運(yùn)行可靠，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)簡單方便且主機(jī)效率高，不受氣溫影響，使用壽命長，但需要占用一定的室內(nèi)機(jī)房面積(相比直燃機(jī)系統(tǒng)、冰蓄冷系統(tǒng)機(jī)房占用面積小)，只能用于夏季制冷。該項(xiàng)目因不需要冬季制熱且水冷式系統(tǒng)相對于其他系統(tǒng)有著運(yùn)行費(fèi)用較低、維護(hù)簡單、主機(jī)效率高的特點(diǎn)，占用室內(nèi)機(jī)房面積也比直燃機(jī)系統(tǒng)和冰蓄冷系統(tǒng)小，故適合該項(xiàng)目使用。

2.1.2 冷源選擇

該項(xiàng)目北樓為總部大樓(部分出租)，南樓為整體辦公出售，項(xiàng)目位于廈門市，屬夏熱冬暖地區(qū)，空調(diào)只考慮夏季制冷。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和各種冷源分析，最終與設(shè)計(jì)院確定北樓主機(jī)采用水冷冷水機(jī)組，為北樓及南樓新風(fēng)機(jī)組供冷，并對冷水機(jī)組組合形式在夜間負(fù)荷與總負(fù)荷比例關(guān)系(總部為金融公司，夜間需要經(jīng)常加班)、運(yùn)行費(fèi)用、主機(jī)運(yùn)行效率等方面進(jìn)行分析論證，確定冷水機(jī)組采用二大一小的組合形式(二臺離心機(jī)，一臺螺桿機(jī)，螺桿機(jī)負(fù)荷約為總負(fù)荷的20％);南樓因出售性質(zhì)，為了更好地計(jì)費(fèi)，采用直流變頻多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)室外機(jī)置于同層外墻空調(diào)板處。

2.1.3 冷源機(jī)組能效要求

為了達(dá)到綠色建筑二星級標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)系統(tǒng)冷源機(jī)組能效要求均優(yōu)于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189－2015的規(guī)定(以下簡稱節(jié)能規(guī)范)——冷水機(jī)組的制冷性能系數(shù)(COP)比節(jié)能規(guī)范要求提高6％，多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組的制冷綜合性能系數(shù)(IPLV(C))比節(jié)能規(guī)范要求提高8％。2015版節(jié)能規(guī)范要求夏熱冬暖地區(qū)水冷螺桿式機(jī)組在制冷量大于528kW、小于1163kW時COP值不低于5.3，水冷離心式機(jī)組在制冷量大于2 110kW時COP值不低于5.9，多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組在制冷量大于28kW大小于84kW時IPLV(C)值不低于3.95，而該項(xiàng)目選用的兩臺2 500kW離心冷水機(jī)組的COP值達(dá)到6.25，一臺1 094kW螺桿冷水機(jī)組的COP值達(dá)到5.62，多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組的制冷綜合性能系數(shù)IPLV(C)值達(dá)到6.3，均滿足福建省綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

考慮到空調(diào)系統(tǒng)長期處于部分負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)就具有顯著節(jié)能的效果。不管是空調(diào)冷凍泵、送風(fēng)量大的空氣處理機(jī)組、通風(fēng)機(jī)還是空調(diào)冷卻塔風(fēng)機(jī)都應(yīng)考慮采用變頻技術(shù)。

以空調(diào)冷凍泵為例，泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。由此可見當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時，功率的減少遠(yuǎn)比流量的減少量大得多，因此降低水泵轉(zhuǎn)速就能使單位供水量的電耗減少。對于空調(diào)冷凍泵來說，變頻調(diào)試供水，主要是通過壓力變送器檢測管網(wǎng)水壓，并將水壓信號轉(zhuǎn)化為電流性號，反饋給變頻器內(nèi)單片機(jī);單片機(jī)根據(jù)水壓情況調(diào)整水泵電機(jī)輸入頻率，從而使水泵轉(zhuǎn)速改變。

除此之外，變頻器采用微機(jī)控制，具有16種電壓－頻率特征曲線可供選擇，因而拖動各種不同性質(zhì)的負(fù)荷均能進(jìn)入最佳運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)的加速和減速時間能根據(jù)負(fù)荷的要求來調(diào)整，在啟動運(yùn)行過程中做到了軟啟動，避免了泵的抽空現(xiàn)象。

空調(diào)冷凍泵采用變頻技術(shù)不僅可以在運(yùn)行過程中起到顯著的節(jié)能效果還能降低啟動電流，提高功率因數(shù)，對電機(jī)起到保護(hù)功能［1］。

2.2.2 新排風(fēng)的能量回收

新排風(fēng)的能量回收即熱回收機(jī)組充分回收利用排風(fēng)中的冷/熱量，對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷(預(yù)熱)，從而減小新風(fēng)負(fù)荷以達(dá)到節(jié)能的目的?！陡＝ㄊ【G色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(DBJ/T 13－197－2014)9.3.8條規(guī)定:“經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，新風(fēng)宜經(jīng)排風(fēng)熱回收裝置進(jìn)行預(yù)冷或預(yù)熱處理”［2］。由此可見，是否做排風(fēng)熱回收，首先要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

該項(xiàng)目室外空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為33.5℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度26℃，以北樓為例，每層新風(fēng)量3 500m3/h～4 000m3/h，總新風(fēng)量96 490m3/h，如采用全熱轉(zhuǎn)輪熱回收裝置，全熱回收效率為62％，由此計(jì)算出夏季新風(fēng)送風(fēng)溫度為:t=33.5－(33.5－26)×62％= 28.85℃，h(焓)=87.93－(87.93－53.31)×62％= 66.47KJ/Kg。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 全熱回收前后送風(fēng)溫度和焓值

回收能量=單位時間空氣流量x新風(fēng)經(jīng)轉(zhuǎn)輪式換熱器前后的焓差=96 490×1.293×(87.93－66.47)/3600=743.7kW。

空調(diào)冷水機(jī)組能效比平均按6計(jì)算，處理743.7kW負(fù)荷所消耗的電功率為:743.7/6=124kW，但由于增加了轉(zhuǎn)輪熱回收，機(jī)組的送/排風(fēng)阻力有所增加，這部分增加的阻力所消耗的功率為:96 490× 250/62％/3 600/1 000=10.8kW。

選擇3臺轉(zhuǎn)輪熱回收機(jī)組，2臺處理風(fēng)量為34 200m3/h，1臺處理風(fēng)量為28 090m3/h，3臺轉(zhuǎn)輪機(jī)組耗電:28×2+24=80kW，熱回收轉(zhuǎn)輪的凈節(jié)能功率為:124－10.8×2－80+34.35=56.75kW。以夏季運(yùn)行5個月，每月按25d、每天運(yùn)行10h、電價按1.0元/kWh計(jì)算，增加轉(zhuǎn)輪熱回收機(jī)組一個夏季所能節(jié)省的電費(fèi)為:56.75×10×25×6/10 000=7.09萬元。根據(jù)廠家報價，3臺轉(zhuǎn)輪機(jī)組的總報價為38.7萬元，靜態(tài)回收期為38.7/7.09=5.46年?？紤]到靜態(tài)回收期較長且南樓為出售性質(zhì)，故該項(xiàng)目不采用新排風(fēng)能量回收技術(shù)。

2.2.3 空調(diào)冷卻塔補(bǔ)水方式

《福建省綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(DBJ/T 13－197－2014)9.3.14條規(guī)定:“暖通空調(diào)系統(tǒng)冷卻水補(bǔ)水鼓勵采用非傳統(tǒng)水源”［2］。該項(xiàng)目結(jié)合給排水專業(yè)，在地下三層設(shè)置了1個100m3混凝土雨水收集箱和1個20m3清水箱，收集屋面、路面雨水及空調(diào)冷凝水。收集后的雨水及冷凝水進(jìn)入雨水收集箱，經(jīng)過濾消毒處理后用于車庫沖洗、綠化澆灌、道路澆灑及冷卻塔補(bǔ)水。根據(jù)《福建省綠色評價標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ/T 13－118－2014) 6.2.11條規(guī)定:“冷卻水補(bǔ)水使用非傳統(tǒng)水源占其總用水量的比例不低于50％時，可得滿分8分”［3］。

該項(xiàng)目冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水量為:1 500m3/h，補(bǔ)水量按冷卻循環(huán)水量的1.5％計(jì)算，冷卻塔日均補(bǔ)水量Wtd=0.6×500×1.5％×10=135m3/d(公式參照《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50555－2010［4］)，全年冷卻塔使用天數(shù)為125d，則全年空調(diào)冷卻水補(bǔ)水量Wta= 135×125=16 875m3/a。

根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施－暖通空調(diào)·動力》2009版第5.10.6條規(guī)定:“1kW冷負(fù)荷每小時約產(chǎn)生0.4kg～0.8kg的冷凝水”［5］，該項(xiàng)目按0.6Kg/h計(jì)算，項(xiàng)目總冷負(fù)荷約為12 298kW，其冷凝水產(chǎn)量為7.379m3/h，冷凝水5月～9月每月產(chǎn)生量為7.379×10×25=1 844.75m3/月，考慮到出租率、用戶使用習(xí)慣以及不可預(yù)計(jì)水量損失等因素，實(shí)際冷凝水收集量按0.8計(jì)算，即空調(diào)冷凝水每月產(chǎn)生量為: 1 844.75×0.8=1 475.8m3/月。雨水和冷凝水收集量減去綠化、道路澆灑和車庫沖洗用水后即為冷卻塔補(bǔ)水量，具體如表2所示。

表2 雨水利用水量平衡計(jì)算表

從表2可知，冷卻塔補(bǔ)水量為8 489.7m3/a，則冷卻水補(bǔ)水使用非傳統(tǒng)水源的比例為:8 489.7/16 875× 100％=50.3％＞50％，故該項(xiàng)目在空調(diào)冷卻塔水補(bǔ)水方面可得滿分8分。

2.3 空調(diào)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

除常規(guī)控制外，根據(jù)該工程暖通設(shè)計(jì)特點(diǎn)，設(shè)置了一些特殊的控制。如人員密度變化相對較大的房間(多功能廳)設(shè)置二氧化碳監(jiān)測裝置，聯(lián)動控制室內(nèi)新風(fēng)量和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行;地下汽車庫設(shè)計(jì)一氧化碳濃度監(jiān)測裝置，根據(jù)車庫內(nèi)一氧化碳濃度監(jiān)測裝置對風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制或啟停控制，以降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗;冷卻水系統(tǒng)自動控制:冷水機(jī)組運(yùn)行時冷卻水最低回水溫度控制，冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺數(shù)及風(fēng)機(jī)調(diào)速控制。

3 結(jié)語

以上為該項(xiàng)目空調(diào)設(shè)計(jì)在綠色建筑上采取的一些措施，通過這些措施暖通專業(yè)在綠色建筑評審中得到38分(其中節(jié)能與能源利用上得到20分，節(jié)水與水資源利用上得到3分，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量上得到15分)，也正是因?yàn)榭照{(diào)諸多節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)，使得該項(xiàng)目最終綠色建筑總得分達(dá)到65.78分，順利通過綠色建設(shè)二星審查。

［1］楊銳，趙樸夫．變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．山西建筑，2005(07):148－150．

［2］DBJ/T 13－197－2014福建省綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．福建省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2014．

［3］DBJ/T 13－118－2014福建省綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)［S］．福建省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2014．

［4］GB50555－2010民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［5］中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院．全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施暖通空調(diào)·動力(2009版)［M］．北京:中國計(jì)劃出版社，2009．

圖8 配電箱、柜效果圖

3．5其他重點(diǎn)部位的創(chuàng)優(yōu)

(1)吊頂內(nèi)管線布設(shè)除了按天棚布局要求外，支吊架布設(shè)位置與吊頂裝飾的工序配合是至關(guān)重要的。在安裝管線時就應(yīng)考慮到燈具、噴淋頭、煙溫感器、喇叭、攝像頭等器具的布設(shè)，以便在做吊頂時做到居中安裝。走廊內(nèi)超長燈具采用熱鍍鋅管通長加固在兩側(cè)增加吊點(diǎn)做到安全可靠，注意天棚內(nèi)接線盒引出的導(dǎo)線必須套金屬軟管，不允許有導(dǎo)線明露。

(2)防雷裝置測試卡應(yīng)根據(jù)要求設(shè)置，不能突出建筑物過多，有利于測試方便。要與外墻面整體協(xié)調(diào)，觀感良好、接地標(biāo)識清楚。

4 結(jié)語

本工程于2015年獲得“魯班獎”?！棒敯嗒劇惫こ淌且詽M足國家法規(guī)、規(guī)范的工程質(zhì)量為基礎(chǔ)，優(yōu)中選優(yōu)，綜合優(yōu)勢強(qiáng)的工程，所以施工企業(yè)必須始終堅(jiān)決貫徹“人無我有、人有我優(yōu)、人優(yōu)我精、人精我特”的創(chuàng)優(yōu)質(zhì)思路，弘揚(yáng)大國工匠精神的信念才能達(dá)到創(chuàng)優(yōu)目的，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建目標(biāo)。該文希望能為施工企業(yè)電氣分部工程的創(chuàng)優(yōu)提供一些思路和做法，達(dá)到提高施工質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)

［1］GB50303－2015建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2015．

HVAC Design of a High－rise office Green Building

SUN Tingting
(Xiamen City Ruida Property Co．，Ltd．，Xiamen 361000)

Combined with the actual project，the paper analyzes and summarizes the design of air conditionging system for green building.Focus from the choice of cold source:such as water－cooled and DC frequency conversion air conditioning system、Application of frequency control technique:such as the application of variable－frequency primary pump technology、Energy recovery analysis of fresh air and exhaust air: such as analysis of cost Pay－Back period based on using this technology、Water supply mode of air conditioning cooling tower:such as using reclaimed rainwater and condensate water.From the above aspects described the application of air conditioning technology in the green building.

Green building;Air conditioning design;Frequency control technology;Energy recovery of fresh air and exhaust air;Water supply mode of air conditioning cooling tower

TU831．3+5

:A

:1004－6135(2017)01－0085－04

孫婷婷(1983．7－)，女，工程師。

E-mail:343882776@qq．com

2016－10－20