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綠色建築在暖通空調設計中的適用性?

空調冷熱源系統說明了中央空調冷熱源系統的原理。空調的計算冷負荷為1.356 kW,熱負荷為1.085 kW。選用兩臺水冷式螺桿熱泵機組,壹機兩用,夏季制冷,冬季制熱。制冷時提供7/12℃冷水,單機容量700kW,耗電量125kW,制冷能效比(COP) COP)5.6。制熱時提供45/40℃熱水,單機容量770kW,制熱能效比(COP) COP)4.8,達到國家壹級能效水平。設置2臺容量為90m3/h的閉式冷卻塔,平衡放熱和吸熱的季節性波動,穩定源側土壤溫度,避免土壤“熱積累”現象,實現空調冷熱源系統的高效穩定運行。空調冷熱水系統均采用壹次泵變流量系統,每臺熱泵機組配備壹臺冷水泵、壹臺熱水泵和壹臺冷卻水泵。空調冷熱水泵流量132m3/h,揚程280kPa,效率≥80%。地源側循環水熱水泵流量100m3/h,揚程230kPa,效率≥80%;冷卻塔側水泵流量80m3/h,揚程250kPa,效率≥80%。

空調冷水系統輸送能效比0.0164,優於《標準》中水泵輸送能效的要求。變頻調速技術的“標準”要求通風空調系統在使用部分負荷和部分空間時,不得降低能源利用效率。因此,設計中充分考慮了空調負荷的動態特性,在空調的循環水泵和空氣處理機組中設置變頻電機,使水泵和空氣櫃適應空調負荷的變化規律。當空調負荷低於高峰負荷時,通過變頻器調節風機和水泵的轉速,減少送風量和水泵的循環流量,明顯節約了風水系統的運輸能耗。熱回收技術考慮到會展中心人員密度大,所需新風量大,新風能耗高,在設計中采用了實用可靠的空氣熱回收措施。部分空氣處理機組安裝新風和排風全熱交換裝置,夏季對高熱高濕室外新風進行預冷除濕,冬季對低溫室外幹燥新風進行預熱加濕,從而降低新風能耗,減少空調冷熱源機組裝機容量。

置換通風技術的“標準”鼓勵采用新型節能空調方式。因此,會展中心設計在空間較大的空調場所采用置換送風方式,將略低於室內人員活動區溫度的新鮮空氣以極低的速度直接輸送到人員活動區,在地板上形成壹層空氣湖,當送風遇到室內熱源時被加熱,產生向上的對流氣流,形成室內空氣運動的主導氣流。出風口設在房間的頂部,排出汙濁的空氣。與傳統混合通風相比,置換通風不需要考慮消除整個房間的余熱和不潔凈空氣,只需要考慮人員活動區域的余熱和不潔凈空氣,因此其能耗僅為全房間混合通風系統的57% ~ 59%[6],同時改善了室內空氣質量,人員活動區域的不潔凈空氣濃度僅為傳統混合通風系統的50%[6]。

可見,采用置換通風技術不僅節約了能耗,而且提高了室內空氣質量和熱舒適性。多重通風技術根據《標準》對室外新風的要求,空調通風系統采用多重通風技術,是壹種利用自然通風、機械通風和空氣調節來維持令人滿意的室內環境的空調技術。全空氣系統的新風入口及其通道均按新風量配置,空調季節通過調節新風和回風閥門的開度,按最小新風量運行;在過渡季節,通過機械通風引入室外新風,或通過打開外窗進行自然通風,消除室內余熱,最大限度地減少空調機組運行時間,降低空調運行能耗。

自然通風和機械通風條件下的室內逐時溫度。統計分析表明,室內溫度低於30℃和高於15℃的時間為1320h,占總工作時間的90%以上。其中少數房間的溫度有少數時間高於30℃,過渡季節室溫高於30℃的總時間為11h,多在中午。室溫低於15℃的時間95%以上是20:00-8:00,這不是工作時間,沒有考慮人體舒適度的要求。

建築能耗分析是建築節能診斷的必要手段[8]。為了比較該空調方案與傳統空調方案的能耗,根據建築設計定義了兩種工況,分別命名為方案壹和方案二。方案壹在2.1 ~ 2.6中已有詳細描述。方案二采用冷水機組和燃氣熱水鍋爐作為冷熱源;風機和水泵性能與方案壹相同,但控制方式不同,采用恒流控制;空調房間排風系統不考慮熱回收裝置,大空間空調采用全室混合通風方式,全年空調和機械通風。冷水機組COP為4.2,新風全熱回收器回收效率為0.7,鍋爐效率為0.9,電力生產和運輸綜合效率為0.5,鍋爐氣量折算為電能,各方案空調通風系統月累計用電量(采暖月因制冷用電量少忽略不計;同樣,制冷月份忽略制熱功耗)。方案壹年總用電量為254000kWh,方案二年總用電量為621.600kWh,比方案二節能59%。綠色建築要求“建築設計總能耗低於國家和地方節能標準規定值的80%”。綜上,僅優化空調系統設計後,目標節能率達到了75%。

會展中心是臺州首個三星級綠色建築項目。本文深入研究建築系統節能理論[9-10],系統把握建築能耗中各因素的耦合關系,將暖通專業多領域協同研究的節能模式落實到設計中。會展中心於2011年8月投入使用,在空調系統制冷運行期間,

會展中心的暖通空調系統沒有采用非常復雜的新技術,而是采用了合適的、低成本的技術——地源熱泵、變頻調速、空氣熱回收、置換通風、多元通風。不僅能耗大大降低,而且通風帶來健康效應。低碳環保是可持續建築發展的方向。該項目的設計完全是在“綠色建築評價標準”的指導下進行的,空調系統也經歷了壹段時間的制冷制熱運行測試,節能效果明顯,為今後我國的綠色建築設計提供了參考。

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