廣州某超高層辦公空調(diào)設(shè)計中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

費(fèi)良旭

（廣州市設(shè)計院集團(tuán)有限公司，廣東廣州510620）

0 引言

隨著“碳達(dá)峰”和“碳中和”的理念不斷深入人心，節(jié)能減排上升為國家戰(zhàn)略要求。我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展的同時，建筑能耗也在與日俱增，而其中公共建筑的能耗占主導(dǎo)。廣州是我國特大城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，商貿(mào)繁榮，在公共建筑類型中以辦公建筑較多。由于廣州位于夏熱冬暖地區(qū)南區(qū)，全年氣候高溫高濕，空調(diào)季相對較長。因此，如何通過合理設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)，綜合應(yīng)用各種節(jié)能技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能具有重要意義。本文以廣州某一超高層辦公建筑為例，介紹空調(diào)設(shè)計過程應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，供同類型項(xiàng)目空調(diào)設(shè)計借鑒。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于廣州市珠江新城，總建筑面積128863m2，其中地上總建筑面積100813.5m，地下總建筑面積28049.5m2。

本項(xiàng)目為一類超高層辦公樓，包括地下三層，地上1棟34層辦公塔樓，建筑高度149.18m，自編號1號樓；1棟28層辦公塔樓及商業(yè)裙房，建筑高度119.98m，自編號為2號樓。地上功能：首層為辦公大堂，商店；首層夾層為設(shè)備機(jī)房；2～34層為辦公，其中11層及23層為避難層。2號樓地上功能：首層為辦公大堂、商業(yè)大堂、商店、銀行；二層為餐飲、銀行；三層為餐飲；4～28層為辦公層，其中12層及24層為避難層。地下功能：地下一層為汽車庫、非機(jī)動車庫、設(shè)備房。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

本項(xiàng)目參照規(guī)范[1]主要室內(nèi)設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

2.2 空調(diào)冷熱源

本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)計算冷負(fù)荷為11624kW，系統(tǒng)裝機(jī)容量為11251kW（3200RT），采用3臺800RT水冷離心式冷水機(jī)組和2臺400RT變頻水冷螺桿式冷水機(jī)組，設(shè)置于地下一層制冷機(jī)房內(nèi)。

選用4臺350m3/h的冷凍水泵（其中1臺作為備用泵），對應(yīng)3臺大冷水機(jī)組，水泵與主機(jī)采用一一對應(yīng)設(shè)置。選用3臺180m3/h的冷凍水泵（其中1臺作為備用泵），對應(yīng)2臺小冷水機(jī)組。冷凍水泵設(shè)置在地下一層制冷機(jī)房內(nèi)。采用一次泵變流量技術(shù)，變頻器根據(jù)冷凍水最不利環(huán)路的壓差值與設(shè)定值的差值的變化調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，始終保證末端冷凍水壓差處在合理的范圍。

選用4臺570m3/h的冷卻水泵（其中1臺作為備用泵），對應(yīng)3臺大冷水機(jī)組。選用3臺290m3/h的冷卻水泵（其中1臺作為備用泵），對應(yīng)2臺小冷水機(jī)組。冷卻水泵設(shè)置在地下一層制冷機(jī)房內(nèi)。

選用8臺400m3/h的頂出風(fēng)橫流式冷卻塔，冷卻塔設(shè)置在2號樓塔樓屋面，如圖1所示。

圖1 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

2.3 空調(diào)水系統(tǒng)

為降低空調(diào)輸配系統(tǒng)能耗，冷凍水采用大溫差設(shè)計，空調(diào)冷源系統(tǒng)供回水溫度參數(shù)：①空調(diào)冷凍水供/回水溫度6℃/13℃，采用7℃溫差設(shè)計；②空調(diào)冷卻水供/回水溫度32℃/37℃，采用5℃溫差設(shè)計；③為滿足辦公樓有數(shù)據(jù)機(jī)房需求，在分別在1號樓23層和2號樓11層設(shè)置24h冷卻水系統(tǒng)，采用開式冷卻塔并設(shè)置板式換熱器，一次側(cè)供/回水溫度32℃/37℃，二次側(cè)供/回水溫度31℃/36℃。

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)主要采用兩管制、閉式、異程系統(tǒng)。

根據(jù)冷水機(jī)組的實(shí)際水壓降，在水壓降小的機(jī)組回水管設(shè)靜態(tài)流量平衡閥。各并聯(lián)環(huán)路進(jìn)行詳細(xì)的水力平衡計算，使其不平衡率≤15%，如不能滿足要求，通過合理調(diào)整環(huán)路流速及阻力，進(jìn)行自然平衡，在此基礎(chǔ)上，對不能滿足水力平衡要求的阻力較小的環(huán)路，設(shè)置靜態(tài)流量平衡閥，使各并聯(lián)環(huán)路阻力滿足水力平衡要求。

2.4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)末端形式及氣流組織如表2所示。

表2 空調(diào)末端形式及氣流組織

大空間房間及裙樓商業(yè)以及塔樓辦公在各層設(shè)置空調(diào)機(jī)房，塔樓新、排風(fēng)采用豎向分段設(shè)置，機(jī)房集中布置于避難層和屋面，采用蒸發(fā)式全熱回收技術(shù)，回收排風(fēng)冷量。

本項(xiàng)目塔樓為開敞式辦公區(qū)，外側(cè)為玻璃幕墻，內(nèi)區(qū)負(fù)荷主要為人員、照明及設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷，隨人員密度變化而變化。從節(jié)能的角度出發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)層辦公采用VAV變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。

3 空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用集成

通過以上的項(xiàng)目概述，得出本項(xiàng)目的空調(diào)設(shè)計節(jié)能技術(shù)應(yīng)用集成如下：

（1）選用高效的冷熱源機(jī)組?？照{(diào)系統(tǒng)能耗中，制冷機(jī)組全年的能耗是個大頭，值得高度重視。本項(xiàng)目按高效機(jī)房進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)，采用大小機(jī)搭配，采用的800RT水冷離心式冷水機(jī)組（COP≥6.3，IPLV≥6.54）和400RT變頻水冷螺桿式冷水機(jī)組（COP≥6.26，IPLV≥9.05）均相對于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)限值[2]提高6%以上。尤其是變頻螺桿機(jī)組采用高IPLV，在應(yīng)對加班負(fù)荷及部分樓層使用的情況下，節(jié)能效應(yīng)更為突出。

（2）合理降低輸配系統(tǒng)能耗。冷凍水采用7℃大溫差設(shè)計，相對于常規(guī)溫差能有效地降低冷凍水泵的能耗；同時，負(fù)荷側(cè)冷凍水系統(tǒng)采用一次泵變頻變流量系統(tǒng)，冷凍水泵轉(zhuǎn)速根據(jù)管網(wǎng)最不利環(huán)路末端壓差和冷水機(jī)組最小允許流量變頻控制，以減少冷凍水輸送能耗；冷卻水一次泵變頻變流量系統(tǒng)，冷卻水泵根據(jù)冷卻水進(jìn)出水溫差和冷水機(jī)組最小允許流量變頻控制。

（3）冷卻塔節(jié)能控制。冷卻塔為變流量型，可根據(jù)流量檢測值優(yōu)化冷卻塔的開機(jī)臺數(shù)，根據(jù)冷卻水的出水溫度與空氣濕球溫度的差值變化控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，實(shí)行同步變頻群控控制。

（4）空調(diào)末端節(jié)能優(yōu)化。避免出現(xiàn)大流量小溫差的耗能現(xiàn)象，達(dá)到冷凍水的供回水溫差不小于設(shè)計值、房間溫濕度波動范圍小、運(yùn)行安靜的節(jié)能舒適目的。本項(xiàng)目空調(diào)末端節(jié)能控制如下：

風(fēng)機(jī)盤管采用風(fēng)水精準(zhǔn)輸配可編程溫度控制器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)自動跳擋和冷凍水輸配量的連續(xù)調(diào)節(jié)；空調(diào)機(jī)組根據(jù)送回風(fēng)溫度的變化自動連續(xù)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率和冷凍水電動浮點(diǎn)閥的開度，回風(fēng)管處設(shè)CO2傳感器，監(jiān)測CO2濃度。

空調(diào)機(jī)組根據(jù)送回風(fēng)溫度的變化自動連續(xù)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率和冷凍水電動浮點(diǎn)閥的開度，回風(fēng)管處設(shè)CO2傳感器，監(jiān)測CO2濃度。

空調(diào)新風(fēng)空調(diào)機(jī)組根據(jù)進(jìn)風(fēng)和送風(fēng)溫度變化自動控制冷凍水浮點(diǎn)閥的開度使送風(fēng)溫度在設(shè)定值上，根據(jù)排風(fēng)CO2的變化和送風(fēng)支管電動閥反饋信號實(shí)現(xiàn)數(shù)字+模擬模式控制，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量節(jié)能控制。

VAV變風(fēng)量裝置根據(jù)室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度的差值自動控制送風(fēng)量，并聯(lián)動空調(diào)機(jī)組及新風(fēng)機(jī)組的電動風(fēng)閥開度。

（5）回收建筑通風(fēng)余熱。本項(xiàng)目塔樓辦公標(biāo)準(zhǔn)層的排氣系統(tǒng)（包括衛(wèi)生間排氣）均設(shè)置蒸發(fā)式全熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)與組合式新風(fēng)空調(diào)器組合使用，其熱回收效率在60%以上，并且其造價較低，可靠性高，維護(hù)簡單，能長期保持高效率運(yùn)行。

（6）建立精準(zhǔn)的空調(diào)自控系統(tǒng)。本工程中央空調(diào)自動控制系統(tǒng)對冷熱源系統(tǒng)設(shè)置一鍵開機(jī)群控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無人值守機(jī)房的目標(biāo)，同時可對冷水機(jī)組的安全保護(hù)、開停機(jī)程序以及季節(jié)轉(zhuǎn)換進(jìn)行集成控制。此外，建立了能耗分析平臺，通過在各樓層冷水管支管設(shè)置能量計，統(tǒng)計樓棟的能耗數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)庫，達(dá)到節(jié)能目的。

4 結(jié)語

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的節(jié)能方法多樣，形式不限，設(shè)計過程中須從項(xiàng)目的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒔?jīng)濟(jì)特點(diǎn)，從安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、舒適節(jié)能等方面綜合考慮，找出適宜的節(jié)能技術(shù)集成。