東北大廈空調(diào)系統(tǒng)的綠色節(jié)能設(shè)計*

王 巖

東北大廈位于哈爾濱路北京街交口，定位為集會議型酒店和寫字間為一體的綜合建筑，整體按五星級酒店標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，地上部分主樓21層，裙房3層。建筑高度84.90 m，總建筑面積60927 m2。由于該建筑是在原有規(guī)劃基礎(chǔ)上從功能上進行改建和擴建的項目，因此在再次建設(shè)中處處體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的綠色設(shè)計理念。該建筑中的空調(diào)系統(tǒng)，為使用者提供健康、舒適、低耗、無害辦公和生活空間，充分體現(xiàn)了項目空調(diào)系統(tǒng)的綠色節(jié)能設(shè)計理念。

1 室內(nèi)外設(shè)計參數(shù)

1.1 室外設(shè)計參數(shù)

夏季:空調(diào)干球溫度31.4℃，濕球溫度25.4℃，通風(fēng)溫度28℃，室外風(fēng)速2.9 m/s。冬季:采暖計算溫度-19℃，空調(diào)干球溫度-22℃，通風(fēng)溫度-12℃，室外風(fēng)速3.1 m/s。

1.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

2 中央空調(diào)冷熱源

2.1 地下水地源熱泵

根據(jù)沈陽市政府的要求，新建公共建筑冷熱源首選熱泵系統(tǒng)。由于投資限制，地下水地源熱泵成為第一選擇。地下水地源熱泵系統(tǒng)以地下水為低位熱源，冬季通過熱泵給建筑物供熱，夏季將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到大地，實現(xiàn)建筑物制冷的同時也保持了地下水溫度的基本恒定。所以地下水地源熱泵技術(shù)可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟高效。沈陽地區(qū)地下水量豐富，含水層厚度較大，導(dǎo)水能力強，主要含水層為全新統(tǒng)的沖積層和上更新統(tǒng)的沖洪積層，取水深度為50 m～80 m，比較適合水源熱泵系統(tǒng)的使用。但經(jīng)過對東北大廈周圍環(huán)境的進一步考察發(fā)現(xiàn)無法使用水源熱泵。

2.2 蒸汽型溴化鋰制冷機組

蒸汽壓縮式制冷機(螺桿機)占地面積小、制冷效率高，是一種比較理想的冷源。但東北大廈為了解決熱水供應(yīng)問題，在不能使用地下水水源熱泵的情況下，必須要接入蒸汽或熱水。在距離東北大廈1.2 km處，沈陽鐵路局有一處蒸汽鍋爐房，經(jīng)過計算，可以滿足東北大廈的用汽要求，于是考慮使用蒸汽型溴化鋰制冷機的方案。經(jīng)過計算，東北大廈的總冷負(fù)荷為4 080 kW，冷指標(biāo)73 W/m2，故選擇兩臺大連三洋產(chǎn)SG-52M型雙效溴冷機。單臺制冷量2 040 kW，蒸汽壓力0.6 MPa，冷水進出口溫度7℃/12℃，冷水流量351 m3/h，冷卻水流量 589 m3/h，冷卻水進出口溫度32℃/37.5℃。

2.3 熱源

采用溴化鋰制冷機組的另一個原因是造價問題:冬季供暖如果接供暖公司的熱網(wǎng)，需要交納掛網(wǎng)費600萬元，如需要接蒸汽網(wǎng)滿足熱水供應(yīng)，需交蒸汽掛網(wǎng)費 400萬元，合計 1 000萬元，如果接沈陽鐵路局的鍋爐房，不需交掛網(wǎng)費，僅需支付熱網(wǎng)工程費用500多萬元就可以全部解決東北大廈的冷熱源問題。所以東北大廈冬季供暖采用兩臺波節(jié)管式汽水換熱器。經(jīng)過計算，東北大廈冬季熱負(fù)荷為3 186 kW(包括地下一層熱風(fēng)供暖)。熱指標(biāo)52.30 W/m2，汽水換熱器型號:BH700-28-L。參數(shù):供回水溫度60℃/50℃，供熱量 1 810 kW，蒸汽壓力0.3 MPa。

3 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵定水量、雙管制系統(tǒng)。共設(shè)四臺冷凍水泵，冬季兼作熱水循環(huán)泵。補水系統(tǒng)也是冬夏兼用。循環(huán)水泵型號:NK80-200，流量212 m3/h，揚程30 m H2O。與制冷機組(冬季為換熱器)采用先并后串連接方式，這種連接方式的好處是水泵/冷水機組可以互為備用，機房內(nèi)管路相對簡單。控制方式:空調(diào)末端(空氣處理機和風(fēng)機盤管)設(shè)備設(shè)電動兩通閥，分水缸、集水器之間設(shè)DN200旁通管，旁通管設(shè)壓差控制閥(TCYC-200)和電磁流量計。旁通閥的開度與流量應(yīng)成線性關(guān)系。

4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

寫字間、客房及小型會議室等房間采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)方式，風(fēng)機盤管設(shè)在房間吊頂內(nèi)，雙層百葉風(fēng)口頂送，單層百葉風(fēng)口頂回。新風(fēng)由新風(fēng)機組將室外空氣處理后直接送到各個房間。為便于調(diào)節(jié)，一層大堂也采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)方式。大門處用電熱風(fēng)幕封閉。新風(fēng)機組采用吊裝形式，設(shè)于新風(fēng)機房內(nèi)。室內(nèi)設(shè)溫控開關(guān)與水管路的電動兩通閥配合。二層宴會廳室采用全空氣系統(tǒng)，設(shè)兩臺組合式空調(diào)機組，型號為MDM1012，風(fēng)量25 000 m3/h，制冷量 165.80 kW，機外余壓 400 Pa，電機功率11 kW。設(shè)有混合段、初效過濾段、中效過濾段、表冷段、高壓水加濕段及垂直送風(fēng)段。同時設(shè)有電動新、回風(fēng)調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)新、回風(fēng)混合比。三層大會議廳因?qū)痈咻^高(凈高6.9 m)、面積大(1 352 m2)、使用頻率較低，為保證冬季供暖的效果，采用全空氣系統(tǒng)輔以地板輻射供暖方式。在舞臺及側(cè)臺部分敷設(shè)地?zé)峁埽员ＷC大會議廳不使用時，可以保證5℃，而不用開啟空氣處理機，起值班采暖作用，這樣可以大幅度節(jié)能。兩臺空氣處理機的型號:MDM1315，參數(shù):風(fēng)量 40 000 m3/h，制冷量 282.52 kW，機外余壓400 Pa，電機功率15 kW。地下一、二層車庫僅考慮冬季供熱工況，各設(shè)一臺MDW200H吊頂式空調(diào)機組，供熱量為325 kW，風(fēng)量為20 000 m3/h。

5 通風(fēng)及防排煙系統(tǒng)

地下一、二層車庫平時按5次/h～6次/h排風(fēng)，送風(fēng)采用新風(fēng)機組加誘導(dǎo)系統(tǒng)，冬季送熱風(fēng)，夏季采用自然風(fēng);著火時，按6次/h排煙，排煙風(fēng)機采用消防風(fēng)機，風(fēng)機入口設(shè)280℃防火閥。著火時，補風(fēng)采用新風(fēng)機組補風(fēng)，誘導(dǎo)器關(guān)閉。

地下一、二層設(shè)備用房送排風(fēng)系統(tǒng)按防火分區(qū)設(shè)置，每區(qū)設(shè)若干個防煙分區(qū)，每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)一送排風(fēng)機房，每個防煙分區(qū)內(nèi)設(shè)一常閉風(fēng)口。著火時，著火區(qū)排煙口打開，風(fēng)機高速排煙。平時按5次/h機械通風(fēng)，風(fēng)機低速運行，地下二層配電室平時按4次/h機械通風(fēng)，著火時排煙，風(fēng)口采用常開單層百葉風(fēng)口。消防風(fēng)機入口設(shè)280℃防火閥，與風(fēng)機連鎖。送風(fēng)機出口設(shè)70℃防火閥，入口設(shè)電動新風(fēng)閥與送風(fēng)機連鎖控制。

衛(wèi)生間按10次/h機械通風(fēng)，采用吊頂式排氣扇。

防煙樓梯間、合用前室分別作加壓送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)機設(shè)于屋頂;樓梯間風(fēng)口采用單層自垂式百葉風(fēng)口，每三層設(shè)一個;前室風(fēng)口每層設(shè)一個，采用多葉對開風(fēng)口，可手動也可電動，與送風(fēng)機聯(lián)鎖控制。著火時感煙探頭發(fā)出火警信號，消控中心接通DV24V電流打開著火層及相鄰兩層風(fēng)口風(fēng)機加壓送風(fēng)。

送新風(fēng)的房間均設(shè)置了機械排風(fēng)系統(tǒng)。小房間采用吊頂式排氣扇;大空間采用機械軸流風(fēng)機統(tǒng)一排風(fēng)，餐飲區(qū)廚房補風(fēng)盡量考慮采用就餐區(qū)回風(fēng)。

穿越空調(diào)機房的風(fēng)管處設(shè)70℃防火閥。地下、室外及樓頂送排煙風(fēng)管材料選用鍍鋅鐵皮制作。地下風(fēng)管用19 mm橡塑板保溫作防結(jié)露處理。與吊頂排氣扇連接風(fēng)管采用柔性鋁箔保溫軟管，寫字間及其他房間均自然通風(fēng)換氣。

6 綠色材料的選用

6.1 水系統(tǒng)管道附件

從經(jīng)濟性和實用性考慮，空調(diào)主管道采用無縫鋼管，管徑小于80的冷熱水管道采用 NFβPP-R管，導(dǎo)熱系數(shù) 0.098 W/(m?K)。NFβPP-R是以α晶型無規(guī)共聚聚丙烯為基料，采用β成核技術(shù)與納米成核技術(shù)相結(jié)合并在熔融聚合條件下合成的高技術(shù)、高品質(zhì)產(chǎn)品。經(jīng)過考察和經(jīng)濟性比較，本工程在φ 90以下應(yīng)用該管材。主管道閥門采用鋼制硬密封蝶閥，與風(fēng)機盤管連接的閥門采用與管材配套的閘閥。水管道保溫材料采用柔性泡沫橡塑材料，管徑不小于100的管道，保溫厚度32 mm;管徑小于100時，保溫厚度25 mm。

6.2 風(fēng)管道材料

地下、室外及樓頂送排煙風(fēng)管材料選用鍍鋅鐵皮制作。地下風(fēng)管用19 mm橡塑板保溫做防結(jié)露處理，與吊頂排氣扇連接風(fēng)管采用柔性鋁箔保溫軟管。空調(diào)地上送排風(fēng)管材料設(shè)計選用25 mm厚玻璃棉板直接風(fēng)管系統(tǒng)，承插式連接，容重80 kg/m3，內(nèi)涂防霉殺菌涂層，外貼進口鋁箔貼面。但根據(jù)過去的使用經(jīng)驗，感覺玻璃棉風(fēng)管強度低，在風(fēng)閥誤操作時很容易損壞。經(jīng)反復(fù)論證，決定選用玻鎂復(fù)合風(fēng)管系統(tǒng)，該材料是由兩層高強度無機材料和一層保溫材料復(fù)合而成，具有重量輕、不燃燒、保溫性能好、漏風(fēng)率低、風(fēng)阻小等特點，且施工方便，安裝費用低。有資料顯示，該風(fēng)管比鐵皮風(fēng)管節(jié)能10%以上。

7 空調(diào)系統(tǒng)自控

空調(diào)自動控制采用集中管理、分散控制，對各參數(shù)與設(shè)備進行實時監(jiān)控，遠程啟/停控制與監(jiān)視，參數(shù)與設(shè)備非常狀態(tài)的報警等。

對設(shè)于裙房二、三層的空調(diào)機組，新風(fēng)、回風(fēng)的風(fēng)管上均設(shè)電動調(diào)節(jié)風(fēng)閥，根據(jù)季節(jié)變化自動調(diào)節(jié)新回風(fēng)比例，同時對機組的風(fēng)機進行變頻控制:在人員活動區(qū)域內(nèi)，根據(jù)設(shè)置的多個感溫探頭反饋的溫度信號調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，以控制空調(diào)區(qū)溫度滿足設(shè)定要求。

對制冷機與循環(huán)水泵的控制前面已經(jīng)述及，冷卻塔風(fēng)機采用變頻控制，根據(jù)要求的冷卻水入口溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇的啟動臺數(shù)和轉(zhuǎn)速。制冷系統(tǒng)的啟停順序為:

啟動順序:冷水泵→冷卻水泵→冷卻塔風(fēng)機→制冷機。

停止順序:制冷機→冷卻水泵→冷卻塔風(fēng)機→冷水泵。

聯(lián)鎖控制:

送風(fēng)機與新風(fēng)電動閥聯(lián)鎖，回風(fēng)機與排風(fēng)電動閥聯(lián)鎖，風(fēng)機停閥關(guān)，風(fēng)機開閥開。

風(fēng)管穿過機房隔墻或樓板處均設(shè)防火閥。火災(zāi)時溫度達到70℃，防火閥關(guān)閉，由消防中心控制空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機停止，防排煙風(fēng)機開始運行。當(dāng)煙氣溫度達到280℃時，裝于排煙風(fēng)機前的防火閥關(guān)閉，風(fēng)機停止運行。

前室的加壓風(fēng)機與每層送風(fēng)口聯(lián)鎖，當(dāng)某層著火時，打開著火層及上下層的送風(fēng)口。

報警:空調(diào)機組內(nèi)初效過濾器超壓報警;冬季水系統(tǒng)防凍報警。

遙測與工況顯示:對冷水、熱水供回水溫度、供水總管流量、各空調(diào)機組、風(fēng)機、冷水機組、冷水泵、熱水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機、電動二通閥、電動風(fēng)閥等實行監(jiān)控和運行工況顯示。

對冷水機組、水泵、風(fēng)機進行運行時間累計。對空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)運行狀態(tài)、參數(shù)、動態(tài)流程圖作顯示打印。

8 系統(tǒng)特點

1)運行經(jīng)濟，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。2)室內(nèi)人員舒適性提高。3)使用環(huán)保管材應(yīng)用于水系統(tǒng)及風(fēng)系統(tǒng)。

9 節(jié)能系統(tǒng)的改進可能

9.1 地板輻射采暖的應(yīng)用

對于大空間來說，夏季制冷工況比較容易滿足溫度要求，但冬季采暖期，僅靠全空氣系統(tǒng)的上送上回送風(fēng)方式很難保證室內(nèi)溫度。實踐證明，地面輻射供暖是一種非常好的方式，所以一層大堂和二層宴會廳如果能夠敷設(shè)可調(diào)節(jié)的熱水地面輻射供暖系統(tǒng)，空氣處理機僅提供所需的新熱風(fēng)負(fù)荷，不但可以節(jié)能，而且實際使用效果也將優(yōu)于目前的全空氣系統(tǒng)。

9.2 置換通風(fēng)的應(yīng)用

三層大會議室凈空高度6.9 m，面積1 352 m2，采用上送上回的全空氣空調(diào)系統(tǒng)(混合通風(fēng))是不節(jié)能的，且由于新鮮空氣先經(jīng)過高處，到人員活動區(qū)時已經(jīng)相對污濁，不能保證空氣的新鮮度，對人員密集的大會議廳尤其如此。置換通風(fēng)將熱濕處理后的新鮮空氣，通過空氣分布器直接送入活動區(qū)下部，較冷的新鮮空氣沿著地面擴散，從而形成較薄的空氣湖。室內(nèi)人員及設(shè)備等內(nèi)熱源在浮力的作用下，形成向上的對流氣流，新鮮空氣經(jīng)過人員活動區(qū)域后向上部流動，熱濁的污染空氣由設(shè)于房間頂部的排風(fēng)口排出。這種方式不但可以大幅度節(jié)能，而且會使人員活動區(qū)取得的空氣質(zhì)量更好。

9.3 一次泵變流量系統(tǒng)

一次泵定流量水系統(tǒng)盡管初投資小、系統(tǒng)簡單，但節(jié)能效果相對較差，如果能夠采用一次泵變流量系統(tǒng)將會取得較好的節(jié)能效果。對于定流量水泵來說，由于流量的調(diào)整只能是啟、停整臺水泵，末端裝置的電動兩通閥關(guān)閉后，多余的水流量(小于一臺泵的流量)只能通過旁通管，而不能減少水泵的電耗。從某種意義上說，一次泵定流量系統(tǒng)中空調(diào)末端設(shè)置的電動兩通閥除了增加投資外，起不到任何節(jié)能的作用。一次泵變水量控制是將冷水循環(huán)泵改為變頻泵(或變頻控制)，水泵轉(zhuǎn)數(shù)由水系統(tǒng)末端的供回水壓差控制，旁通閥門只有在系統(tǒng)流量小于制冷機組最小流量時方可打開，這樣才會真正的實現(xiàn)節(jié)能，當(dāng)然一次泵變流量控制在設(shè)計上要相對繁瑣。

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