程凱麗 張嫄

(1.西安科技大學(xué) 陜西西安 710054； 2.上海理工大學(xué) 上海 200093)

西安某商貿(mào)城空調(diào)節(jié)能技術(shù)淺析

程凱麗1張嫄2

(1.西安科技大學(xué) 陜西西安 710054； 2.上海理工大學(xué) 上海 200093)

目前，能源問題是制約空調(diào)發(fā)展的重要因素，降低其總能耗是對研究人員提出的新要求。據(jù)有關(guān)調(diào)查，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)占總能耗的40.35%，空調(diào)季節(jié)里通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗約為非空調(diào)季節(jié)的3倍多。因此，必須加強(qiáng)制冷空調(diào)的節(jié)能技術(shù)研究，降低建筑物本身熱工環(huán)境和內(nèi)部設(shè)備的能耗，實(shí)現(xiàn)建筑物的整體節(jié)能效果。為實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的總體控制提供了理論依據(jù)，有效推進(jìn)了節(jié)能減排，文章結(jié)合西安市西北商貿(mào)城的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)，對其系統(tǒng)進(jìn)行耗能分析，通過對系統(tǒng)的逐時負(fù)荷、送風(fēng)量以及制冷量進(jìn)行定量分析，通過一系列理論計(jì)算，提出了節(jié)能措施。

公共建筑；空調(diào)節(jié)能；運(yùn)行模式；負(fù)荷；系統(tǒng)優(yōu)化

0 引言

隨著我國城市化程度的不斷提高，大量公共建筑和綜合性建筑群的興建，而這些建筑多配置有空調(diào)設(shè)備，使得空調(diào)系統(tǒng)能耗所占總能耗的比例不斷增高。自20世紀(jì)70年代爆發(fā)能源危機(jī)以來，各國專家對各能源領(lǐng)域進(jìn)行了研究。天津大學(xué)學(xué)者以香港銅鑼灣綜合商業(yè)大樓為對象進(jìn)行了研究，統(tǒng)計(jì)了能源消耗并將結(jié)果與同類典型節(jié)能綠色建筑的能耗水平進(jìn)行了類比；同濟(jì)大學(xué)潘毅群對上海市區(qū)的甲級辦公樓的新風(fēng)量的現(xiàn)場和室內(nèi)空調(diào)能耗進(jìn)行了分析討論。研究表明，公共建筑空調(diào)系統(tǒng)是節(jié)能潛力最大的用能領(lǐng)域，因此應(yīng)將其作為節(jié)能工作的重點(diǎn)[1]。本文以西北商貿(mào)城的空調(diào)系統(tǒng)為例，旨在為空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)與科學(xué)運(yùn)行管理提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，使公共建筑空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷下高效節(jié)能運(yùn)行。

1 工程概況

所選工程實(shí)例為西北商貿(mào)城，該公共建筑為6層大型購物中心，該商場位于西安市區(qū)主要的商業(yè)中心之一的新城區(qū)，是具有代表性的大型商場。商場地下一層是大型超市的賣場(非空調(diào))，地面5層作為專賣場，采用集中空調(diào)方式。層高4m，地面5層，總高20m。該商場總平面呈正方形，室內(nèi)采用通透式玻璃幕墻，沒有傳統(tǒng)意義上的墻體，只有一些鋼筋混凝土的梁柱作為承重結(jié)構(gòu)。由于商場類建筑人員、照明等內(nèi)熱源非常大，全年能耗中空調(diào)能耗占了主要部分，本文只針對空調(diào)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析。在計(jì)算中，照明功率按20W/m2指標(biāo)計(jì)算，且照明功率轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷的比例取為0.8。計(jì)算人體負(fù)荷時，考慮到商業(yè)活動屬于輕勞動，人體全熱按120W/人計(jì)算；考慮到大型商場人員較多，對通風(fēng)換氣要求較高，新風(fēng)量按24m3/h人計(jì)算，折合成新風(fēng)換氣次數(shù)大約為2.0次/h。

2 公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的能耗分析

該建筑空調(diào)負(fù)荷主要包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、人員散熱及照明負(fù)荷、設(shè)備負(fù)荷、指示燈廣告牌負(fù)荷、出入口傳熱及滲透產(chǎn)生的負(fù)荷。本文將對商場的空調(diào)冷負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，建筑的負(fù)荷計(jì)算如表1所示。

表1 夏季冷負(fù)荷結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)表

基于負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果，對空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行能耗分析如下：商場的空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷也主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、人員散熱與照明負(fù)荷，但其各部分的比例會隨著時間段的不同出現(xiàn)較大的變化，明顯的變化是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要性逐漸減弱；可以認(rèn)為是個穩(wěn)定的值，占總負(fù)荷的10%左右，這也是符合商場類建筑負(fù)荷構(gòu)成的特性。新風(fēng)負(fù)荷占總負(fù)荷的1/4以上，這也是由于人員密度較大新風(fēng)指標(biāo)較高造成的。同時，商場配有美食城，使得早午的新風(fēng)量較大，考慮采用帶有熱回收裝置的熱泵式溶液全空氣機(jī)組構(gòu)成一次回風(fēng)系統(tǒng)。對于商場辦公室，由于室內(nèi)人員較少，照明也不是很強(qiáng)。這兩部分所占比例不大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)起主要作用。因此，必須把建筑物形式功能與圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合起來考慮，降低建筑物照明和內(nèi)部設(shè)備的能耗，提出高效的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施[2]。

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化策略

根據(jù)以上分析，人員及新風(fēng)負(fù)荷是公共建筑總負(fù)荷變化的重要來源；若空調(diào)系統(tǒng)按裝機(jī)容量運(yùn)行，勢必會造成不必要的能源浪費(fèi)。因此這需要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。結(jié)合公共建筑的特性和實(shí)際操作的可行性，其節(jié)能途徑可歸納為以下3個方面。

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱量不僅受室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空氣參數(shù)的影響，而且與室內(nèi)其他狀態(tài)有顯著的關(guān)系。因此，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能直接影響空調(diào)的負(fù)荷和能耗。一方面，種植屋面使得屋面上種植的植物阻隔太陽光照射，利用植被莖葉的遮陽作用可有效降低屋面的室外綜合溫度，減少屋面的溫差傳熱量，可有效降低室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的能耗。同時為了降低能耗，應(yīng)采用節(jié)能玻璃，如熱反射玻璃對建筑內(nèi)部遮蔽以及帷幕作用。另一方面，采用雙層皮幕墻，可以有效地減小墻系統(tǒng)的整體遮陽系數(shù)[3]，很強(qiáng)的太陽輻射被雙層皮幕墻夾層中的遮陽百葉和外層幕墻吸收后，通過對流的形式重新釋放到空氣中，在進(jìn)風(fēng)口處形成負(fù)壓，上部出風(fēng)口形成正壓，在壓差的驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)與室外間接自然通風(fēng)，從而縮短了建筑空調(diào)的使用時間，降低了空調(diào)能耗。

3.2 新風(fēng)節(jié)能技術(shù)

向室內(nèi)引入新風(fēng)是為了稀釋各種有害氣體，可有效保護(hù)人體健康。 基于以上案例分析，新風(fēng)負(fù)荷在空調(diào)設(shè)計(jì)中要占到總能耗的25%甚至更高，因此需在滿足衛(wèi)生條件的前提下減小新風(fēng)量供給。通過調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量來節(jié)省能耗，在過渡季節(jié)，用焓值較低的室外新風(fēng)抵補(bǔ)部分冷負(fù)荷；在冬季，新、回風(fēng)以最小新風(fēng)比混合后的焓值大于送風(fēng)露點(diǎn)的焓值時，不用冷卻減焓來調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，可增大新風(fēng)量使混合后的參數(shù)達(dá)到濕度要求；同時，可引進(jìn)新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)。以上這些都是降低空調(diào)負(fù)荷的有效措施。

利用熱交換回收排風(fēng)中的能量是減小新風(fēng)負(fù)荷的另一項(xiàng)措施。按照空氣量平衡的原理，向建筑物中引入一定量的新風(fēng)，必然要排除一定數(shù)量的室內(nèi)風(fēng)。顯然，排風(fēng)的狀態(tài)與室內(nèi)空氣狀態(tài)相同。據(jù)日本空調(diào)學(xué)會提供的計(jì)算資料表明，加裝熱交換排風(fēng)器后，夏季8月份可節(jié)省冷量25%，冬季1月份可節(jié)約加熱量50%。

3.3 分層節(jié)能技術(shù)

運(yùn)行在高大公共建筑中的空調(diào)，作為人員活動的空間和進(jìn)行工作的工作區(qū)需要空調(diào)，其余上部空間不需要。因此，在這類建筑物中，空氣的密度隨著垂直方向的溫度變化而呈自然分層的現(xiàn)象。只要空氣氣流組織得好，利用合理的氣流組織，既能保證下部工作區(qū)所需求的環(huán)境條件，又能節(jié)省能耗，減少空調(diào)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用[4-5]。

3.3.1 分層空調(diào)區(qū)形成原理

當(dāng)空調(diào)送風(fēng)時，在分區(qū)空調(diào)建筑內(nèi)，上下兩區(qū)會因空氣溫度和各個內(nèi)表面溫度的不同而產(chǎn)生由上向下的熱轉(zhuǎn)移，由此形成非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)的熱轉(zhuǎn)移負(fù)荷，如圖1所示。

圖1 分層回風(fēng)氣流示意圖

3.3.2 分層空調(diào)節(jié)能優(yōu)化

在進(jìn)行分層空調(diào)氣流組織時，首先應(yīng)使用要求確定工作區(qū)的范圍及空調(diào)參數(shù)。氣流組織布置應(yīng)合理，處理好的空氣以很大的動量通過送風(fēng)口噴入相對靜止的空間里形成射流，當(dāng)射流的行程所至要求的射程時，其溫度和速度得到減弱，氣流就折回；此時，應(yīng)補(bǔ)充射流的室內(nèi)循環(huán)空氣，使下部空氣處于回流區(qū)，非空調(diào)區(qū)則沒有參與參數(shù)要求，這樣節(jié)能效果非常顯著[6]。同時，在開啟的大門處，常常出現(xiàn)較強(qiáng)的外來氣流，應(yīng)加設(shè)門斗或利用大門空氣幕阻止室內(nèi)空氣的交換達(dá)到節(jié)能目的。如西安開元商城，西安市體育館都采用此方法進(jìn)行節(jié)能，并達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)語

建筑空調(diào)系統(tǒng)的耗能在能源消耗中占很大的比例，為了在實(shí)際工程應(yīng)用中使建筑空調(diào)系統(tǒng)正常及節(jié)能高效運(yùn)行，有必要提出節(jié)能技術(shù)手段。

本文結(jié)合西北商貿(mào)城的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)，討論了公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的能耗，通過對系統(tǒng)的逐時負(fù)荷、送風(fēng)量以及制冷量進(jìn)行定量分析，通過一系列理論計(jì)算，提出了節(jié)能措施，為實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的總體控制提供了理論依據(jù)。

研究表明，節(jié)能優(yōu)化后的系統(tǒng)不僅能夠保證室內(nèi)空氣品質(zhì)及最小新風(fēng)量要求，同時節(jié)省了人工冷源的消耗，節(jié)能效果明顯，因此值得廣泛應(yīng)用。

[1] 戴源德，陳揚(yáng)華，杜海存.制冷空調(diào)節(jié)能技術(shù)討論[J].節(jié)能技術(shù)，2001(4)：22-24.

[2] 狄育慧，梁才航，黃翔，等.棉紡織廠空調(diào)節(jié)能分析[J].棉紡織技術(shù)，2003，31(11).

[3] 范存養(yǎng).大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)及工程實(shí)錄[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[4] 江億.我國建筑能耗趨勢與節(jié)能重點(diǎn)[J].建設(shè)科技，2006(7)：10-13.

[5] 周鴻昌.能源與節(jié)能技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

[6] 錢康 .建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施討論[J].制冷空調(diào)，2002，23(3)：58-59.

Analysis of air conditioning energy saving technology in Xi′an mall

CHENGKail1ZHANGYuan2

(1.Xian university of science and technology, Xi′an 710054; 2.Shanghai University of Science and Technology,Shanghai 200093)

At present, the energy issue is an important factor restricting the development of air conditioning, reducing its total energy consumption is a new demand for researchers proposed;according to the survey, ventilation and air conditioning system accounts for 40.35% of total energy consumption, air conditioning season ventilation air conditioning system energy consumption is about three times as much for the air conditioning season.So we must strengthen the refrigeration and air conditioning energy conservation technology research, reduce energy consumption of the building thermal environment and the internal equipment, implement the structure of the overall energy saving effect.Based on the ventilation and air conditioning design of Xi'an Northwest Commercial City, this paper analyzes the energy consumption of the system by the quantitative analysis of the system's hourly load, air volume and cooling capacity, through a series of theoretical calculations, energy-saving measures; To achieve the overall control of air-conditioning system provides a theoretical basis for the effective promotion of energy-saving emission reduction.

Public buildings; Air-conditioning energy saving; Operation mode; load; System optimization

程凱麗(1992.12- )，女。

E-mail:1830803537@qq.com

2016-12-28

TU83

A

1004-6135(2017)03-0096-03