現(xiàn)代化辦公樓的空調(diào)節(jié)能與新風(fēng)控制方法的探討

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　　1.現(xiàn)代化辦公樓的特點和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)

　　從空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的方面簡述如下：在建筑布置上，一般綜合性高層辦公樓由辦化用的標(biāo)準(zhǔn)層和綜合服務(wù)用的公共用房，兩者在使用時間上存在差異，高層建筑的密封性較好，其室內(nèi)空氣環(huán)境的好壞完全依賴于空調(diào)系統(tǒng)；高層建筑采光以室內(nèi)照明為主，要求有良好的室內(nèi)照明；智能化辦公樓是信息時代的產(chǎn)物，是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)與建筑技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它已成為當(dāng)今辦公樓發(fā)展的方向?，F(xiàn)代化通信、樓宇自動化和辦公自動化系統(tǒng)智能化辦公樓中的重要組成部分，辦公區(qū)內(nèi)各種通訊設(shè)施齊全，計算已成為每個工作人員必備的工具，因此室內(nèi)發(fā)熱設(shè)備明顯增加，照明與空調(diào)能耗占整個建筑總能耗的比例越來越大，成為整個建筑的主要能耗。

　　本文討論的工程實例，是國內(nèi)辦公樓建筑最常見的空調(diào)系統(tǒng)形式，即塔樓為帶獨立新風(fēng)的風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)和裙樓為定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)。

　　2 智能建筑空調(diào)系統(tǒng)著重考慮的問題

　　2.1 過渡季的空調(diào)問題

　　傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計是基于冬、夏季不保證率的考慮，室外計算氣象條件根據(jù)國家暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范按全年50h不保證而統(tǒng)計確定的。設(shè)計人員只需要按規(guī)范的要求計算設(shè)計日的負(fù)荷，有的套用指標(biāo)進行估算，選用設(shè)備時往往將安全系數(shù)打得較大，一些已投入使用的高檔建筑，即使天氣最熱的時候也只有50％左右的冷源投入運行，而最大設(shè)計負(fù)荷運行的時間僅占全年空調(diào)運行時間的10％左右，絕大部分時間內(nèi)設(shè)備處于部分負(fù)荷的低效率高能耗運行狀態(tài)。

　　一些高檔辦公樓，由于現(xiàn)代化辦公設(shè)備的增多，室內(nèi)發(fā)熱量增加，有些房間過渡季也需要供冷，但是按夏季工況設(shè)計選用的設(shè)備容量較大，不能適應(yīng)過渡季節(jié)小負(fù)荷運行的需，運行能耗大，負(fù)荷難于控制。操作人員一般只是按室外氣溫來決定是否供冷，再加上高層建筑出于節(jié)能的需要，氣密性較高，大部分窗戶不能開啟，按最小新風(fēng)量設(shè)計的新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)量有限，不能加大，一些大樓雖然設(shè)有BAS系統(tǒng)，卻無法控制過渡季的空調(diào)。

　　因此在設(shè)計時，從系統(tǒng)的劃分和系統(tǒng)控制功能，除了滿足冬夏兩季的要求之外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)在過渡季根據(jù)氣候變化和各分區(qū)房間的不同需求，能夠同時供冷和供熱，各系統(tǒng)的控制也能滿足相應(yīng)的使用要求。

　　2.2 室內(nèi)空氣品質(zhì)的問題

　　人們在室內(nèi)的時間往往超過全天的80％，有三分之一的時間在辦公樓緊張地工作，室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)劣，直接影響人們生理上、心理上的健康和工作效率。

　　辦公室內(nèi)的污染源主要是大樓的建筑污染（包括材料和設(shè)備）和人員的生物污染（包括吸煙），隨著新材料新設(shè)備的大量應(yīng)用，加之高層建筑的高層氣密性，使室內(nèi)污染源大為增多（多達(dá)幾十種）。

　　北歐和英、美各國，在通風(fēng)系統(tǒng)與辦公建筑健康環(huán)境的研究中得出了同樣的結(jié)論：通風(fēng)系統(tǒng)的類型與辦公建筑的病態(tài)建筑綜合癥（Sick Building Syndrome簡稱SBS）的發(fā)生率有關(guān)，SBS的發(fā)生率在有空調(diào)的建筑中比機械送排風(fēng)的建筑中高，其主要原因是空調(diào)建筑的氣密性高，通風(fēng)換氣差，低通風(fēng)量（少于10L/s.人）會增加病態(tài)建筑綜合癥的發(fā)生率。

　　美國（ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)62-1989）、德國（DIN 1946）、英國（CIBSE）、北歐（NKB NO61E）和日本（建筑管理法）等標(biāo)準(zhǔn)，均以二氧化碳濃度作為間接評價指標(biāo)，作為確定空調(diào)房間新風(fēng)供給量標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。在以人居留為主的低污染建筑中，其他污染物的影響遠(yuǎn)低于二氧化碳允許的濃度影響，因此只在二氧化碳濃度達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，則其它污染物也能達(dá)到可接受的水平。

　　我國GB 50189-93對旅游旅館分為四種級別，分別取二氧化碳濃度限定值為：一級0.10％，二級0.12％，三級0.15％，四級0.25％，據(jù)此確定所需的最小新風(fēng)量，并把允許吸煙條件下新風(fēng)量規(guī)定為不

　　吸煙條件下的兩倍，因此在辦公樓等公共場所是否允許吸煙，對新風(fēng)量及其能耗有很大關(guān)系。

　　2.3 空調(diào)節(jié)能問題

　　空高系統(tǒng)不僅要保證建筑物對室內(nèi)環(huán)境的要求，還應(yīng)從系統(tǒng)運行角度，綜合考慮節(jié)能效果。一般情況下，業(yè)主特別是房地產(chǎn)開發(fā)商往往一次投資，而忽略日常的運行費用。實際上，由于采取節(jié)能措施而增加的一次投資在兩三年內(nèi)即可收回，空調(diào)節(jié)能不僅僅會給投資者帶來經(jīng)濟效益，更重要的是同時具有很大的社會效益。

　　3 利用全年動態(tài)負(fù)荷分析提出節(jié)能策略

　　3.1 空調(diào)負(fù)荷特點及構(gòu)成

　　空調(diào)負(fù)荷主要包括：由于室內(nèi)外溫差通過圍護結(jié)構(gòu)傳熱引起的負(fù)荷，日射得熱引起的負(fù)荷、室內(nèi)熱源引起的負(fù)荷、新風(fēng)引起的負(fù)荷等。為了考慮節(jié)能措施，我們對廈門某一高層辦公樓的全年空調(diào)負(fù)荷進行了動態(tài)模擬。該辦公樓地上總高度為149.45m，地下3層，地上43層，裙房1-5層，建筑面積約7萬平方米，空調(diào)面積約5萬平方米，主體建筑的圍護結(jié)構(gòu)為玻璃幕墻，空調(diào)只供冷。

　　計算結(jié)果表明，設(shè)計日的最大負(fù)荷（100%）的構(gòu)成為：

　　圍護結(jié)構(gòu)傳熱引起的負(fù)荷 8％

　　日射得熱引起的負(fù)荷 14％

　　室內(nèi)發(fā)熱（照明、設(shè)備、人員等）52％

　　新風(fēng)負(fù)荷 26％

　　全樓最大負(fù)荷的90％-100％的時間僅為全年供冷時間的3％左右，而全樓最大負(fù)荷的20％以下的時間卻占50％以上。

　　由于各地氣象條件不同，各部分功能的建筑面積不同，各部分負(fù)荷所占比例會所不同，但在現(xiàn)代化的高層辦公樓中，主要負(fù)荷為室內(nèi)熱源；在全年運行中，必須注意較低的部分負(fù)荷時的運行效率。同樣的建筑，如果處于北京地區(qū)，冬季需要供熱，利用北京的全年氣象參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)與廈門地區(qū)有較大差別。

　　該建筑在北京地區(qū)的設(shè)計日最大負(fù)荷（100％）構(gòu)成為：

　　圍護結(jié)構(gòu)傳熱引起的負(fù)荷 4％

　　日射得熱引起的負(fù)荷 18％

　　室內(nèi)發(fā)熱（照明、設(shè)備、人員等） 61％

　　新風(fēng)負(fù)荷 17％

　　3.2 優(yōu)化冷源設(shè)備的組合，提高部分負(fù)荷下制冷系統(tǒng)的運行效率

　　眾所周知，制冷機在接近額定負(fù)荷下運行效率最高。為了使全年制冷機在接近額定負(fù)荷下運行效率最高。為了使全年制冷機盡可能在高效率下運行，必須根據(jù)全年動態(tài)負(fù)荷曲線。確定制冷機臺數(shù)和每臺機組的容量，使供冷量與變化中的需冷量盡可能保持一致，即同時運行的制冷機容量的總和盡可能接近大樓的空調(diào)負(fù)荷曲線。由于最大負(fù)荷的20％以下負(fù)荷所占比例較高，故根據(jù)總負(fù)荷，選擇三臺制冷機，機組容量分配為兩大一小，理論上，當(dāng)小容量機組為大容量機組的二分之一時，容量組合可為20％、40％、60％、80％、100％，比較合理。

　　增加一臺變頻調(diào)速裝置的費用約4萬美元，按各月份的小時平均負(fù)荷的粗略計算，運行費用每年大約可節(jié)省26.5萬人民幣，一年半即可收回。

　　3.3 充分利用天然冷源的新風(fēng)空調(diào)

　　辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層的機房往往受建筑布置和面積上的限制，一般設(shè)計只保證最小新風(fēng)量，幾乎不可能加大新風(fēng)量，只有裙樓公共用房的全空氣系統(tǒng)得條件利用全新風(fēng)、因此，全樓利用全新風(fēng)節(jié)能的效果與公共用房的面積空調(diào)系統(tǒng)方式和當(dāng)?shù)貧庀髼l件有關(guān)。

　　在公共用房部分空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，考慮使系統(tǒng)能夠充分利用室外新風(fēng)這一天然冷源，對節(jié)省能源和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)都能取得較好的效果，當(dāng)然排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置也要與之相應(yīng)。

　　3.4 排風(fēng)的能量回收

　　利用排風(fēng)的冷（熱）量對新風(fēng)進行預(yù)處理，可節(jié)省用于處理新風(fēng)所需的冷（熱）量，排風(fēng)能量回收，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c，進行經(jīng)濟性分析，然后確定是否采用能量回收裝置或采用何種回收裝置。按照回收能量方式，能量回收裝置分為全熱回收裝置和顯熱回收裝置。全熱回收裝置利用焓差回收全熱量，顯熱回收裝置利用溫差回收顯熱量，兩者效率都在70％或以上。

　　在新風(fēng)濕負(fù)荷較大的地區(qū)，不宜采用顯熱回收裝置，在溫差較大且新排風(fēng)濕度差較小的地區(qū)，采用顯熱回收裝置有較好的效果，其價格比全熱回收裝置便宜得多。

　　4 新風(fēng)的智能化控制

　　4.1 最小新風(fēng)量控制

　　4.2 空調(diào)新風(fēng)

　　當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)可按全新風(fēng)方式運行時，新風(fēng)量的調(diào)節(jié)是根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)來控制的，按一事實上時間間隔測量室外空氣和室內(nèi)空氣的焓，并加以比較。

　　4.3 新排風(fēng)及能量回收控制

　　設(shè)有全熱回收及旁通裝置的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)外空氣參數(shù)，確定回收裝置的運行狀態(tài)。