實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究

吳強(qiáng) 王志毅 尤軍

（1 蘇州蘇凈安發(fā)空調(diào)有限公司 江蘇蘇州 215122 2 浙江理工大學(xué) 浙江杭州 310018）

0 引言

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施能耗比一般建筑大得多， 這是由于其送風(fēng)量大和運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)決定的［1-2］。 節(jié)能設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足工藝及合理的舒適度要求前提下，通過(guò)技術(shù)手段減少能源消耗，提高能源的使用效率，降低社會(huì)成本。

1 邊界條件選取

節(jié)能設(shè)計(jì)以現(xiàn)有的建筑設(shè)計(jì)參數(shù)建模， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全年滿(mǎn)負(fù)荷能耗分析計(jì)算，邊界條件如下：

（1）室外氣象計(jì)算參數(shù)采用本地典型年全年逐時(shí)氣象參數(shù)，包括全年8 760 h 的干、濕球溫度，相對(duì)濕度及大氣壓等。

（2）各層均按全年滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行工況進(jìn)行能耗分析。

（3）動(dòng)物飼養(yǎng)繁育空調(diào)為全新風(fēng)直流式空調(diào)系統(tǒng)，夏季采用濕度優(yōu)先控制模式。

（4）換氣次數(shù)7 級(jí)屏障環(huán)境按18 次/h 計(jì)；8 級(jí)按12 次/h計(jì)； 普通區(qū)域按12 次/h 計(jì)； 地下室全面通風(fēng)中排風(fēng)按7 次/h計(jì)；機(jī)械補(bǔ)風(fēng)按4 次/h 計(jì)。

（5）各層均按建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)劃分與熱濕處理過(guò)程控制。

（6）大樓冷源由動(dòng)力站內(nèi)水源熱泵和風(fēng)冷熱泵提供7 ℃～12 ℃冷凍水；冷卻水取自于河水。

（7）大樓熱源由水源熱泵機(jī)組和風(fēng)冷熱泵提供45 ℃～40 ℃。

（8）空調(diào)系統(tǒng)加濕采用濕膜加濕。

（9）本節(jié)能模擬計(jì)算不包含各層照明及工藝用電設(shè)備能耗情況， 根據(jù)此類(lèi)建筑物能耗特點(diǎn)， 該部分內(nèi)容所占比重偏低，且耗電量較明確，節(jié)能空間有限。 同時(shí)不包含給排水系統(tǒng)能耗情況。

（10） 室內(nèi)動(dòng)物房屏障環(huán)境設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)為夏季溫度25℃，相對(duì)濕度60%；冬季溫度20 ℃，相對(duì)濕度50%。

2 全年滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行能耗分析

利用模擬軟件對(duì)模型進(jìn)行全年滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行能耗模擬計(jì)算，可得出根據(jù)以上邊界條件工況下的計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)圖1 和圖2。

由圖1 圖2 可以看出，冷熱濕負(fù)荷指標(biāo)巨大。 當(dāng)然，這和本樓使用屬性有關(guān)，本樓在功能設(shè)計(jì)上，以動(dòng)物房為主，幾乎均采用全新風(fēng)空調(diào)形式， 本樓空調(diào)能耗占總能耗的比例在90%以上，因此，對(duì)空調(diào)能耗進(jìn)行分析，挖掘節(jié)能空間是重點(diǎn)。能耗比較見(jiàn)圖3。

圖1 逐月制冷、制熱量

圖2 逐月加濕量

從能耗比較中可以看出，全年制冷耗電、供熱耗電為空調(diào)能耗的幾大主要部分，應(yīng)該作為節(jié)能措施的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

圖3 能耗比較圖

3 大樓節(jié)能措施分析

3.1 設(shè)計(jì)階段節(jié)能：分時(shí)段雙態(tài)控制

屏障系統(tǒng)和大動(dòng)物飼養(yǎng)區(qū)系統(tǒng)均采用雙態(tài)控制， 即在10 h 工作時(shí)間內(nèi)凈化房?jī)?nèi)換氣次數(shù)為20 次（大動(dòng)物飼養(yǎng)區(qū)為12次），在非工作時(shí)間14 h 內(nèi)凈化房?jī)?nèi)換氣次數(shù)為10 次（大動(dòng)物飼養(yǎng)區(qū)為6 次）［3-5］， 年節(jié)能量為：616×［14/（24×2）］×（1-0.1）=161.7 萬(wàn)kWh。其中，616 kW 為非工作時(shí)間14 h 內(nèi)屏障系統(tǒng)和大動(dòng)物飼養(yǎng)區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)功率；（1-0.1） 考慮了分時(shí)段雙態(tài)控制中風(fēng)機(jī)的功率沒(méi)有變化和其他的損失。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

（1）空調(diào)主機(jī)節(jié)能：水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵性能較好。以夏天室外溫度35 ℃、冬季室外溫度7 ℃計(jì)算，風(fēng)冷熱泵制冷能效比大約為水源熱泵的一半， 制熱能效比約為水源熱泵的2/3。隨著冬季環(huán)境溫度進(jìn)一步降低，夏季環(huán)境溫度的上升，風(fēng)冷熱泵的能效比將進(jìn)一步惡化， 水源熱泵在運(yùn)行效率上有明顯優(yōu)勢(shì)。 本項(xiàng)目風(fēng)冷與水源熱泵制熱能效比比較見(jiàn)圖4。

圖4 風(fēng)冷與水源熱泵制熱能效比比較圖

（2）滿(mǎn)液式蒸發(fā)器水源熱泵。 滿(mǎn)液式蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)為干式蒸發(fā)器的3 倍以上，機(jī)組能效比提高15%。

（3）冷熱源方案。設(shè)計(jì)2 臺(tái)水源熱泵機(jī)組，河水取水，每臺(tái)實(shí)際容量757 kW；設(shè)計(jì)2 臺(tái)風(fēng)冷熱泵機(jī)組，每臺(tái)實(shí)際容量575 kW。

運(yùn)行策略，夏季（6—9 月）：主要采用水源熱泵制冷+風(fēng)冷熱泵也制冷；春秋季（3—5 月，10—11 月）：制冷制熱主要運(yùn)行高效的水源機(jī)組，輔以風(fēng)冷熱泵；冬季（12—2 月）：制熱運(yùn)行風(fēng)冷熱泵制熱； 不同季節(jié)采用水源熱泵與風(fēng)冷熱泵的節(jié)能量比較見(jiàn)圖5～圖7。

圖5 夏季水源熱泵與風(fēng)冷熱泵節(jié)能量比較

圖6 冬季水源熱泵與風(fēng)冷熱泵節(jié)能量比較

圖7 春秋季水源熱泵與風(fēng)冷熱泵節(jié)能量比較

3.3 空調(diào)末端節(jié)能：變風(fēng)量與濕膜加濕

（1）變風(fēng)量策略研究。 本方案擬采取全年分時(shí)段變風(fēng)量自動(dòng)控制策略， 在保證系統(tǒng)運(yùn)行滿(mǎn)足工藝要求的前提基礎(chǔ)上采取變風(fēng)量控制，節(jié)能降耗。 通過(guò)合理的風(fēng)量調(diào)節(jié)措施，可以降低風(fēng)機(jī)耗電功率，從而達(dá)到節(jié)能目的，風(fēng)機(jī)變風(fēng)量前后能耗比較見(jiàn)圖8。

圖8 風(fēng)機(jī)變風(fēng)量前后能耗比較圖

（2）不同加濕方式的節(jié)能量對(duì)比。本工程擬采用濕膜加濕而不采用電極加濕，1 年可以節(jié)省耗電量為31.7 萬(wàn)kWh，見(jiàn)圖9。

圖9 濕膜加濕與電極加濕節(jié)能量比較

3.4 中央空調(diào)能源管理

（1）將中央空調(diào)水源熱泵機(jī)組、風(fēng)冷熱泵機(jī)組，冷凍水泵、冷卻水泵全部集中控制管理，優(yōu)化機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵的出力。

（2）精確控制水源熱泵或者風(fēng)冷熱泵的加機(jī)和減機(jī)，優(yōu)化負(fù)荷分配。

（3）本工程暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制采用PLC 控制系統(tǒng)，包括多臺(tái)多組設(shè)備的群控、動(dòng)態(tài)圖顯示、能耗統(tǒng)計(jì)、故障報(bào)警等功能。

中央空調(diào)年節(jié)能量為：39.51 萬(wàn)kWh。

3.5 全年運(yùn)行工況節(jié)能設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

綜合以上節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)各種節(jié)能措施能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，1 年可以節(jié)電296.82 萬(wàn)kWh，分項(xiàng)節(jié)電數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 分項(xiàng)節(jié)電數(shù)據(jù) 單位：萬(wàn)kWh

4 小結(jié)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物屏障設(shè)施通過(guò)對(duì)水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用， 充分利用建筑附近地表水源，提高空調(diào)主機(jī)的能效比；所有凈化空調(diào)設(shè)備及排風(fēng)設(shè)備采用變頻運(yùn)行， 根據(jù)系統(tǒng)阻力的變化進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能的目的；所有凈化空調(diào)設(shè)備均配置PLC恒溫恒濕控制系統(tǒng)， 設(shè)定滿(mǎn)足工藝的最佳溫度和濕度以降低能耗。 節(jié)能設(shè)計(jì)值得推廣和類(lèi)似工程借鑒。