珠海某超高層建筑空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)及室內(nèi)熱舒適性分析

石海娟

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，建筑的能源消耗總量日益增加，2020年我國提出碳排放力爭(zhēng)在2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。我國2020年建筑運(yùn)行總能耗為10.6億tce，其中公共建筑總能耗（不含北方供暖）為3.46億tce，占建筑總能耗的33%[2]。在我國公共建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)是最主要的耗能設(shè)備，其運(yùn)行能耗可以占建筑總能耗的50%～60%[1]。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)十分重要。本文將探討珠海某超高層建筑的空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)，并對(duì)其室內(nèi)熱舒適性進(jìn)行分析。

1 工程概況

本工程位于在廣東省珠海市橫琴新區(qū)，是集公寓、辦公、商業(yè)、餐飲為一體的綜合性大樓，是三星級(jí)綠色建筑。本工程地下4層，地上41層，總建筑面積約200 158.84 m2，最高建筑高度為159.9 m，其中南塔高159.9 m，北塔高99.9 m。其中負(fù)四～負(fù)二層為地下車庫及設(shè)備管理用房；負(fù)一層為機(jī)電設(shè)備用房及局部商業(yè)用房；首層～四層為裙樓商業(yè)區(qū)域；北塔5～23層為辦公區(qū)域；南塔5～10、12～21層為辦公區(qū)域，23～34、36～41層為公寓，11、22、35層為避難層。

2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 采用大溫差供水

根據(jù)橫琴新區(qū)的規(guī)劃情況，本工程空調(diào)主要冷源采用橫琴新區(qū)內(nèi)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱、集中供冷技術(shù)提供的冷凍水。區(qū)域供冷管網(wǎng)供給用戶的冷凍水供水溫度為4℃，回水溫度為12℃。本工程的地下二層設(shè)換熱站，換熱站內(nèi)設(shè)置水-水板式熱交換器，把區(qū)域供冷系統(tǒng)提供的冷凍水作為一次冷媒水，本工程的二次冷凍水經(jīng)水-水板式熱交換器換熱（熱效率可達(dá)95%）后，為大樓空調(diào)提供冷水。二次側(cè)冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度為6℃/13℃，溫差為7℃。7℃大溫差供水可減小輸水管徑、減少輸送能耗。商業(yè)（低區(qū)）、辦公（中區(qū)）、公寓（高區(qū)）的空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)泵耗電輸冷比分別比規(guī)范[3]規(guī)定值降低43.9%、43.8%、47.2%。

2.2 采用變流量系統(tǒng)

本工程二次側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵變水量雙管制系統(tǒng)，采用高位膨脹水箱定壓。板式換熱器、冷凍水泵、電動(dòng)水閥一一對(duì)應(yīng)聯(lián)鎖運(yùn)行，冷源系統(tǒng)根據(jù)冷量（用自動(dòng)監(jiān)測(cè)流量、溫度、壓差等參數(shù)計(jì)算出冷量，自動(dòng)發(fā)出信號(hào)）控制板式換熱器的啟停次數(shù)及其對(duì)應(yīng)冷凍水泵的啟停臺(tái)數(shù)，并可更進(jìn)一步變頻調(diào)節(jié)冷凍水泵的流量，主機(jī)允許流量變化。

2.3 全空氣系統(tǒng)全新風(fēng)運(yùn)行和調(diào)節(jié)新風(fēng)比

本工程負(fù)一層商業(yè)大空間采用一次回風(fēng)定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)。在供冷期根據(jù)室內(nèi)外的焓值確定新風(fēng)量，當(dāng)室外空氣焓值低于室內(nèi)空氣焓值時(shí)采用可調(diào)新風(fēng)比（＜50%），可全新風(fēng)運(yùn)行，空氣處理機(jī)組最大限度利用室外新風(fēng)，減少空調(diào)能耗。另外還設(shè)置二氧化碳監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)二氧化碳濃度超標(biāo)時(shí)將增大新風(fēng)比例。

2.4 設(shè)置排風(fēng)熱回收空調(diào)機(jī)組

本工程地下商業(yè)大空間區(qū)域設(shè)置蒸發(fā)式全熱回收空調(diào)機(jī)組，通過設(shè)備內(nèi)部的溶液循環(huán)系統(tǒng)回收排風(fēng)冷量，并對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷，既節(jié)約了新風(fēng)負(fù)荷，又能徹底避免新/排風(fēng)交叉產(chǎn)生污染問題。

2.5 合理選用空調(diào)末端

本工程合理選用空調(diào)末端，以降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)能耗。負(fù)一層商業(yè)大空間采用一次回風(fēng)定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，商鋪、辦公小面積房間采用風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新（排）風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)氣流組織為上送上回。本工程各風(fēng)系統(tǒng)中，普通機(jī)械通風(fēng)風(fēng)機(jī)的單位風(fēng)量耗功率最大為0.208 W，空調(diào)風(fēng)機(jī)為0.209 W，比節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)[4]的規(guī)定值分別降低22.96%、12.92%。

2.6 室內(nèi)空氣品質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

本工程負(fù)一層商業(yè)大空間設(shè)置二氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)回風(fēng)二氧化碳濃度與設(shè)定值的差值比較自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)電動(dòng)對(duì)開式多葉調(diào)節(jié)閥的開度，以保障室內(nèi)空氣品質(zhì)。地下車庫區(qū)域設(shè)置室內(nèi)一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并聯(lián)動(dòng)其區(qū)域內(nèi)的排風(fēng)機(jī)。一氧化碳濃度高于30ppm，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，低于20ppm，風(fēng)機(jī)關(guān)閉，如此既能保證地下車庫的空氣品質(zhì)，又能實(shí)現(xiàn)通風(fēng)節(jié)能[5]。

3 室內(nèi)熱舒適性模擬分析

采用CFD軟件對(duì)本工程商業(yè)大空間和辦公室室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的熱舒適性進(jìn)行模擬分析，分析平均熱感覺指數(shù)（predicted mean vote,PMV）、預(yù)測(cè)不滿意百分率（predicted percentage of dissatisfied,PPD）是否滿足規(guī)范[3]的規(guī)定。

3.1 幾何模型

商業(yè)大空間和北塔樓辦公室室內(nèi)熱舒適性模擬分析模型及網(wǎng)格效果分別如圖1～圖4所示。

圖1 商業(yè)大空間模型效果

圖2 商業(yè)大空間網(wǎng)格效果

圖4 北塔樓辦公室網(wǎng)絡(luò)效果

3.2 空調(diào)系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置

室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的空調(diào)方式采用風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)口采用方形散流器風(fēng)口，上送上回，均勻布置，室內(nèi)氣流分布均勻。本工程典型空間熱舒適性模擬模型的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3 北塔樓辦公室模型效果

3.3 模擬結(jié)果

3.3.1 商業(yè)大空間PMV-PPD模擬結(jié)果

圖5、圖6分別為本工程商業(yè)大空間不同區(qū)域的PMV與PPD水平分布情況。由圖5、圖6可知：商業(yè)大空間的PMV基本處于0.475～1.00，PPD基本處于20.0%以下。

圖5 商業(yè)大空間不同區(qū)域的PMV水平分布

圖6 商業(yè)大空間不同區(qū)域的PPD水平分布

3.3.2 北塔樓辦公室PMV-PPD模擬結(jié)果

圖7、圖8分別為本工程北塔樓辦公室不同區(qū)域的PMV與PPD水平分布情況。由圖7、圖8可知：辦公室的PMV基本處于0.000～0.625，PPD基本處于16.0%以下。

圖7 北塔樓辦公室的PMV水平分布

圖8 北塔樓辦公室的PPD水平分布

3.4 室內(nèi)熱舒適性分析

通過采用CFD軟件對(duì)本工程室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的熱舒適性進(jìn)行模擬分析可知：商業(yè)大空間的PMV基本處于0.475～1.000，PPD基本處于20.0%以下；北塔樓辦公室的PMV基本處于0.04～1.0，PPD基本處于27.0%以下，基本滿足規(guī)范[3]Ⅱ級(jí)熱舒適的要求。

4 結(jié)語

本工程的空調(diào)設(shè)計(jì)采用大溫差供水、變流量系統(tǒng)、可調(diào)新風(fēng)比、排風(fēng)熱回收、室內(nèi)空氣品質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控等節(jié)能措施，并采用CFD軟件對(duì)本工程室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的熱舒適性進(jìn)行了模擬分析，分析結(jié)果滿足Ⅱ級(jí)熱舒適的要求。本工程的空調(diào)設(shè)計(jì)既節(jié)能，又能滿足室內(nèi)熱舒適性要求，為同類型超高層建筑的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。