城市綜合體空調供冷節能設計的若干思考

李東林

城市綜合體空調供冷節能設計的若干思考

李東林

近十幾年以來，隨著我國城市化進程的快速發展，城市在不斷的擴大，農村人口向城市轉移，城市消費的需求也不斷增大，因此城市綜合體的數量、體量也不斷變大。而且城市綜合體的功能也越來越復雜，從而使得暖通空調系統也越來越復雜，然而由于部分設計人員在綜合體空調系統設計方面的水平和經驗的不足，導致目前很大一部分城市綜合體在實際的運行過程中出現較多問題，比如主機選型偏大、系統水力不平衡、實際運行能耗過大等等。下面從幾方面談談城市綜合體空調供冷系統在節能設計方面的一些經驗、思考及分析。

一、準確進行逐時冷負荷計算

空調區的夏季冷負荷應按各項逐時冷負荷的綜合最大值確定。然而，在實際的設計中，我們往往不重視維護結構的熱工參數對空調冷負荷的影響。維護結構傳熱系數熱等參數基本都是建筑專業按照規范的限值選取，暖通專業并沒根據項目實際情況提出建議和要求。為了使空調系統更節能，各專業應該站在整個項目的角度，密切配合，從建筑圍護結構熱工的源頭出發，通過經濟技術比較，在規范要求的熱工性能限值范圍以內，合理選擇材料及工藝，從而達到建筑物更節能的目的。在進行冷負荷計算時，應準確分析整個綜合體的負荷需求狀況，避免負荷疊加，實現按需供冷；綜合體各種室內外工況下負荷的變化情況，并找出綜合體常年穩定的負荷基數和負荷峰值，為主機選型和空調系統的合理配置提供依據；應考慮系統在各種工況下的節能運行的方案，這樣可保證系統在各種工況下都能比較高效地運行，大大節省系統運行費用；還有目前導致綜合體冷負荷計算值偏大的原因是在負荷計算中我們常常會在照明冷負荷計算時，對燈具功率的面積指標取值過于保守。其實隨著照明技術的發展，目前燈具基本上都是節能燈具和LED燈具，此類燈具比白熾燈或普通燈管的發熱量小很多，然后我們在設計過程中，特別是在一些內區房間計算時，由于內區主要是照明負荷和新風負荷，計算出來冷指標都比較低，這時候某些設計人員就會憑經驗覺得指標偏低，從而通過加大照明負荷來提高冷指標，這明顯是不合理的，這會導致逐時冷負荷偏大，特別建筑體量較大的時候，偏大得更嚴重。

二、合理選擇主機及末端設備

根據以往項目的統計，制冷主機的能耗大約占整個空調系統能耗的40~50%左右，因此，制冷主機是最主要的耗能部分。為了使冷源的方案更合理，全年運行起來更節能，應注意以下方面。

首先，在冷、熱源選擇時，應根據綜合體的規模、業態用途、工程地點的能源條件、結構、價格等，通過多種方案的技術經濟比較并論證確定。然而在目前的設計工作當中，由于綜合體的暖通工作量大，系統比較復雜，設計周期也較短，經常會出現項目為了趕工期，前期業主基本上未組織進行充分的冷源方案論證，有時候個別業主自己指定冷源形式，或者設計師參考以往項目直接選定冷源方案，甚至有些設計師為了繪圖和配合更簡單，不管空間的使用功能，直接向業主推薦多聯機、分體機等。不但加大了投資，而且由于小型設備綜合能效都不高導致整個系統不節能。

第二，選擇冷源主機時，應經過經濟比較，盡量選用能效更高的產品，由于綜合體的系統一般都比較大，耗能都很大，選擇能效更高的產品，節能效果是比較明顯的。

第三、由于冷負荷是逐時變化的，因此，選擇主機時，要適應綜合體部分負荷運行，通過合理的配置制冷主機的容量和臺數，使主機在各個工況下盡量多的時段都能運行在高效區。

空調循環水泵的耗能也比較大，因此選擇水泵時要合理地選擇其流量和揚程，變流量的水系統應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程變化比較大，故不宜采用，駝峰型的在水泵并聯運行時可能會引起揚程的周期波動，對系統的正常運行會有影響。末端空氣處理風柜、新風柜、風機盤管等選擇應根據房間、區域負荷和系統設置，盡可能選取高效的設備。設計負責多個房間的新風系統時，系統新風量應進行計算，不應簡單地將各房間的新風量疊加。室內人員密度相對較大、或者變化較大的房間，最好能根據室內CO2濃度檢測值進行新風量控制；對于有集中排風的空調系統在合理的情況下運用熱回收技術。

三、合理設置空調風、水系統

對于綜合體內大型餐飲，商場、高大空間等多采用全空氣系統，設計中應根據房間使用時間的不同、溫濕度技術和允許波動范圍的不同、噪聲標準不同等情況分別設置空調風系統。同時還需考慮系統采用定風量系統還是變風量系統更合適，還有一次回風和二次回風各自的特點以及過渡季節利用室外新風實現全新風運行，使空調系統合理、節能。在此基礎上再進行風系統水力平衡計算，根據計算結果合理選擇風機，進一步降低能耗。

水系統設計過程中應根據建筑的高低、建筑規模及空間大小，合理選擇采用兩管制、三管制或四管制以及同程、異程系統。在滿足空調水系統耗電輸冷比的前提下，結合系統作用半徑、系統水阻力來確定冷凍水系統采用一次泵還是二次泵，定流量還是變流量。然后根據水系統形式進行詳細的水力平衡計算，在水力平衡詳細計算的基礎上，選擇冷凍水泵及冷卻水泵。冷卻水系統同樣需要進行詳細水利平衡計算，避免選擇水泵過大，效率偏低。

四、合理設置自控系統

隨著控制技術發展，控制的精度越來越高，系統中更多的設備運行可納入到控制系統當中。空調系統的控制系統可以理解為兩類，一類是設備自身的自動控制系統，一類為樓宇自控中空調部分的智能控制系統。

目前在大型綜合體空調系統中較為常用且節能效果明顯的變頻技術，主要有制冷主機變頻、循環水泵變頻、風機變頻等等，這屬于空調系統自身的自動控制。制冷主機電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進行變頻改造是非常有必要的。制冷機組是制冷系統的心臟，降低制冷機組能耗，提高制冷機組的自動化控制水平是空節能技術發展的方向。有些項目空調循環冷凍水泵和冷卻水泵轉速都是定速的，只要水泵運行，無論實際的空調負荷大小或什么季節，冷凍水泵和冷卻水泵都是工頻運行的，因此，浪費能源現象比較嚴重。

近年大型建筑其中大部分建筑擁有智能化設施。實現智能建筑的節能是建設智能化建筑的目標，通過節能管理，節省建筑運行和管理的費用。提高制冷系統的智能控制水平，使制冷系統逐步向計算機化，數字化以及可視化方向發展。通常建筑物節能包括建筑設計、空調系統、照明與設備，而空調系統在建筑中占比很大，因此智能建筑節能首先是空調系統的節能，潛力巨大。智能建筑樓宇自控系統將建筑內所有設備集成一個系統，實現信息共享，進行綜合管理，其作用和效率是很明顯的。

五、結語

據有關統計數據，在我國建筑能耗占總能耗的27%以上，而且還在以每年1個百分點的速度增加。建設部統計數字顯示，我國每年城鄉建設新建中其中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基本實現按節能標準設計，比例高達95.7%，而施工階段執行節能設計標準的比例僅為53.8%。從以上數據可以看出，建筑節能潛力巨大但形勢嚴峻，而在建筑能耗中，空調的能耗所占比例最大，因此，在設計空調系統時，務必要在負荷計算，主要設備選型，風、水系統和自動控制方面力求做到計算準確，選型合理，系統優化，控制科學。并且將設計各種節能的方案嚴格落實到施工當中，這樣才能真正降低建筑能耗，我們的建筑才會是真正的節能建筑、綠色建筑。

（作者單位：廣州市番禺建筑設計院有限公司）