【中圖分類號(hào)】TU20 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1673-8209(2009)9-0242-02

【摘要】公共建筑節(jié)能是個(gè)系統(tǒng)工程，暖通空調(diào)系統(tǒng)在公共建筑節(jié)能中占據(jù)重要的位置。節(jié)能技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和運(yùn)用是建筑系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)，政府各相關(guān)部門的重視和支持，則是實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能、產(chǎn)生顯著的環(huán)境和社會(huì)效益、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保證。論文為此采用理論分析和案例相結(jié)合的方法，對(duì)夏熱冬暖地區(qū)空調(diào)設(shè)計(jì)優(yōu)化節(jié)能進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】公共建筑;空調(diào);節(jié)能

【Abstract】Public Building Energy Saving is a systems engineering， HVAC system energy efficiency in public buildings occupy an important position. Research and development of energy-saving technologies and use of the building systems， the basis of energy-saving air-conditioning system， the relevant departments of government attention and support， it is to achieve substantial energy savings， have a significant environmental and social benefits， ensure the promotion of economic development. Papers for this case the use of theoretical analysis and a combination of methods， hot summer and warm winter areas of energy-saving air-conditioning design optimization study.

【Key words】public buildings; air conditioning; energy

眾所周知，公共建筑具有很大的空調(diào)節(jié)能潛力，正確設(shè)置冬、夏天室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度能產(chǎn)生良好的節(jié)能效果。不過(guò)我國(guó)當(dāng)前的建筑物室內(nèi)溫度常常存在夏天設(shè)定過(guò)低，冬天設(shè)定過(guò)高的現(xiàn)象，造成能源的大量浪費(fèi)。其實(shí)通過(guò)加強(qiáng)中央空調(diào)運(yùn)行管理，杜絕“跑冒滴漏”的浪費(fèi)現(xiàn)象，可節(jié)能5%-10%;通過(guò)提高水泵風(fēng)機(jī)等輸配設(shè)備的運(yùn)行效率及應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可節(jié)能10%-20%;此外通過(guò)改善過(guò)渡季節(jié)設(shè)備運(yùn)行方式，避免冷熱不均、增加自動(dòng)控制系統(tǒng)等措施，也可實(shí)現(xiàn)10%-20%的節(jié)能效果。綜合各項(xiàng)節(jié)能措施，公共建筑空調(diào)的節(jié)能潛力應(yīng)在30%-50%。本文在于通過(guò)結(jié)合某商場(chǎng)夏熱冬暖地區(qū)的氣候條件和商場(chǎng)特點(diǎn)做空調(diào)設(shè)計(jì)優(yōu)化節(jié)能分析，并進(jìn)一步按照采用優(yōu)化的的空調(diào)系統(tǒng)方案進(jìn)行節(jié)能分析，論證了建筑空調(diào)節(jié)能的重要性和可行性，對(duì)建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有著重要的指導(dǎo)和參考價(jià)值。

1 大型商場(chǎng)的建筑特點(diǎn)

(1)空間較大，貨架、柜臺(tái)的擺放位置可以多樣化，人流眾多，要合理安排顧客流動(dòng)路線和貨物進(jìn)出路線，避免交錯(cuò)混雜。(2)根據(jù)商品特性安排營(yíng)業(yè)部位，貴重商品一般設(shè)在樓上，日用商品設(shè)在最方便的地方，笨重商品多安排在一層或地下層。(3)營(yíng)業(yè)大廳要求寬敞，且有良好的通風(fēng)、采光設(shè)施，柜臺(tái)平面布置應(yīng)有較大的靈活性，以適應(yīng)經(jīng)營(yíng)商品交換的需要。(4)因人流集中，應(yīng)特別注意安全消防措施等。

2 大型商場(chǎng)空調(diào)冷負(fù)荷形成影響的因素分析

2.1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)能耗的影響:建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要由外墻、屋面、外窗、地面、內(nèi)分隔幾部分組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型主要隨著地區(qū)的不同而變化。嚴(yán)寒地區(qū)的建筑應(yīng)充分滿足冬季保溫設(shè)計(jì)的要求;適當(dāng)兼顧夏季防熱;溫暖地區(qū)的建筑應(yīng)兼顧冬季保溫和夏季防熱:炎熱地區(qū)應(yīng)以滿足夏季防熱設(shè)計(jì)要求為主，適當(dāng)兼顧冬季保溫。即使在同一地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)也有許多種不同型式。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題。外維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能是決定建筑能否節(jié)能的基礎(chǔ)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分之間是相互影響，相互制約，單純地加強(qiáng)某一個(gè)或幾個(gè)方面的節(jié)能性能，并不一定能使建筑達(dá)到良好的總體節(jié)能效果和實(shí)現(xiàn)節(jié)能的經(jīng)濟(jì)型。據(jù)有關(guān)部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的建筑耗熱量:外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國(guó)家的4-5倍，屋頂為2.5-5.5倍，外窗為1.5-2.2倍;門窗透氣性為3-6倍，總耗能是2-3倍，因此，推廣節(jié)能顯得愈加重要。在上世紀(jì)80年代以前，基本沒(méi)有機(jī)械降溫手段，大型商場(chǎng)地區(qū)比較重視自然通風(fēng)和建筑遮陽(yáng)隔熱，居室空間較高，通常采用240毫米以上厚度的磚外墻、斜屋面或大階磚架空通風(fēng)屋面、窗戶飄蓬遮陽(yáng)等結(jié)構(gòu)形式，起到較好的通風(fēng)、隔熱效果。根據(jù)近年對(duì)商業(yè)樓的能耗調(diào)查表明，空調(diào)系統(tǒng)能耗占整個(gè)建筑能耗的50-60%左右，因此有必要針對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能進(jìn)行分析。

2.2 建筑照明對(duì)能耗的影響:

在商場(chǎng)的照明設(shè)計(jì)中，合理運(yùn)用光源的特性，可為廣大消費(fèi)者營(yíng)造舒適的光環(huán)境和烘托商業(yè)氣氛，是商場(chǎng)建筑不可缺少的部分。而這部分的能耗也相當(dāng)可觀，照明用電占商場(chǎng)用電量的40%-50%，在商場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本中占著一定的比重，降低照明能耗對(duì)于提高商場(chǎng)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。而在對(duì)空調(diào)總負(fù)荷各組成部分分析時(shí)，可看出照明負(fù)荷在其中占的比例較小，很容易被忽視，因此針對(duì)前述的商場(chǎng)照明現(xiàn)狀做分析，說(shuō)明商場(chǎng)照明節(jié)能對(duì)空調(diào)節(jié)能的意義。

2.3 人員新風(fēng)負(fù)荷對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷的影響形成:

隨著人民生活水平的不斷提高，為繁榮市場(chǎng)，適應(yīng)商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的需要，城市興建商場(chǎng)建筑呈上升趨勢(shì)。通過(guò)調(diào)查走訪的情況來(lái)看，有空調(diào)的商場(chǎng)比無(wú)空調(diào)的商場(chǎng)年?duì)I業(yè)額多約16%，利潤(rùn)增加約26%，但增設(shè)空調(diào)勢(shì)必增加能耗、初投資和運(yùn)行費(fèi)用，直接影響商場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)商場(chǎng)夏季工況的空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷中最大比例是人員的新風(fēng)負(fù)荷，占到了總冷負(fù)荷的60%?？梢钥闯?，新風(fēng)負(fù)荷占了相當(dāng)大的比重，而新風(fēng)負(fù)荷的計(jì)算取決于人員密度的取值，與同時(shí)在場(chǎng)的人數(shù)有關(guān)系，而這個(gè)人數(shù)是個(gè)動(dòng)態(tài)的、難以確定的數(shù)值。客流量不僅與季節(jié)、天氣、節(jié)假日等時(shí)間因素有關(guān)，而且隨著商場(chǎng)所在位置、商場(chǎng)規(guī)模及經(jīng)營(yíng)范圍、經(jīng)營(yíng)因素、柜臺(tái)多少、貨源情況、商場(chǎng)中空氣環(huán)境的好壞等因素而變化。

3 大型商場(chǎng)的特點(diǎn)及節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 實(shí)行自然和機(jī)械相結(jié)合的通風(fēng)運(yùn)用:

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)第4.2.8條:“外窗的可開(kāi)啟面積不應(yīng)小于窗面積的30%，透明幕墻應(yīng)具有可開(kāi)啟部分或設(shè)有通風(fēng)換氣裝置?！惫步ㄖ话闶覂?nèi)人員密度比較大，建筑室內(nèi)空氣流動(dòng)，特別是自然、新鮮空氣的流動(dòng)，是保證建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。無(wú)論在北方地區(qū)還是在南方地區(qū)，在春、秋季節(jié)和冬、夏季的某些時(shí)段普遍有開(kāi)窗加強(qiáng)房間通風(fēng)的習(xí)慣，這也是節(jié)能和提高室內(nèi)熱舒適性的重要手段.外窗的可開(kāi)啟面積過(guò)小，會(huì)嚴(yán)重影響建筑室內(nèi)的自然通風(fēng)效果。因此，這條規(guī)定是為了使室內(nèi)人員在較好的室外氣象條件下，可以通過(guò)開(kāi)啟外窗來(lái)獲得熱舒適性和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。所以做好自然通風(fēng)氣流組織設(shè)計(jì)，保證一定的外窗可開(kāi)啟面積，可以減少房間空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，節(jié)約能源，提高舒適度。為了保證室內(nèi)有良好的自然通風(fēng)，明確規(guī)定外窗的可開(kāi)啟面積不應(yīng)小于窗面積的30%是必要的。筆者設(shè)計(jì)的某商場(chǎng)五層屋面局部設(shè)有中庭采光天窗，本來(lái)商場(chǎng)的中庭貫通一至五層，空間高大，在炎熱的夏季，中庭內(nèi)的溫度很高，應(yīng)考慮在中庭上部的側(cè)面開(kāi)設(shè)一些窗戶或百葉式的通風(fēng)口，充分利用自然通風(fēng)，達(dá)到降低中庭溫度的目的。但是此商場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)師考慮中庭的采光天窗標(biāo)高幾乎與室外實(shí)體屋面標(biāo)高一致，沒(méi)有開(kāi)啟外窗或通風(fēng)口的可能，因此為了達(dá)到有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須考慮在中庭上部設(shè)置排風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，改善中庭熱環(huán)境，同時(shí)此排風(fēng)系統(tǒng)又可以兼做火災(zāi)的排煙風(fēng)機(jī)。這樣的設(shè)計(jì)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，排風(fēng)機(jī)布置多臺(tái)，在夏季中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)，只開(kāi)啟部分風(fēng)機(jī)排風(fēng)，排風(fēng)量約為新風(fēng)量的80%， 以保證室內(nèi)的微正壓，由于室內(nèi)空氣能夠部分排出，也使組合空調(diào)的新風(fēng)能夠順利進(jìn)入，形成對(duì)流，使室內(nèi)空氣形成流動(dòng)，排除有害氣體，讓商場(chǎng)工作人員有個(gè)健康舒適環(huán)境。

3.2 實(shí)行全熱回收設(shè)計(jì):

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)第5.3.14條:“建筑物內(nèi)設(shè)有集中排風(fēng)系統(tǒng)且符合2.設(shè)計(jì)新風(fēng)量大于或等于4000m3/h的空氣條件系統(tǒng)，且新風(fēng)與排風(fēng)的溫度差大于或等于8℃時(shí)，宜設(shè)置排風(fēng)熱回收裝置。排風(fēng)熱回收裝置(全熱和顯熱)的額定熱回收率不應(yīng)低于60%?！痹O(shè)計(jì)商場(chǎng)空調(diào)時(shí)，考慮到商家的利益，空調(diào)機(jī)房面積總是被限制，空間利用率有限，而且室外進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口的距離要求盡量間隔遠(yuǎn)，避免氣流短路，由于熱回收裝置有四個(gè)接管，系統(tǒng)中管路較為復(fù)雜。由于城市空氣質(zhì)量較差，積灰現(xiàn)象較嚴(yán)重，過(guò)濾器易堵塞，使用中應(yīng)注意經(jīng)常清洗過(guò)濾器。全熱回收必要條件是新風(fēng)系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)布置在一處，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)系統(tǒng)劃分、風(fēng)道布置、送排風(fēng)機(jī)和熱回收裝置的設(shè)備等統(tǒng)籌安排，使系統(tǒng)趨于合理.要使風(fēng)系統(tǒng)趨于合理，布置風(fēng)系統(tǒng)需結(jié)合建筑平、立面，周詳考慮。全熱交換器的大小是按空調(diào)供冷或供暖時(shí)的最小風(fēng)量確定。必須注意的是過(guò)渡季節(jié)或冬季采用新風(fēng)供冷時(shí)不能用全熱交換器，這是因?yàn)樾嘛L(fēng)被排風(fēng)加濕、換熱后，會(huì)降低新風(fēng)供冷的效果。因此，必須采用新風(fēng)供冷時(shí)，應(yīng)在新風(fēng)道和排風(fēng)道上分別設(shè)旁通風(fēng)道，使空氣繞過(guò)全熱交換器。同時(shí)根據(jù)某商場(chǎng)所處的的氣候特點(diǎn)，(四季不分明，炎熱時(shí)間長(zhǎng))，采用這種熱回收技術(shù)雖然初投資相對(duì)大一些，卻節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，而且節(jié)能效果是顯著的。而現(xiàn)實(shí)中，雖然在前期設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)師會(huì)給業(yè)主提供采用這個(gè)熱回收系統(tǒng)后有關(guān)的初投資增加、運(yùn)行費(fèi)用的減少以及增加的初投資的回收期長(zhǎng)短分析，但是業(yè)主往往單純地從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)權(quán)衡熱回收裝置的設(shè)置與否，對(duì)于商場(chǎng)而言，熱回收裝置投資的回收期會(huì)稍長(zhǎng)一些，而且全熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分考慮安裝尺寸，運(yùn)行的安全可靠性以及設(shè)備配置的合理性，這牽涉到占用商場(chǎng)面積，業(yè)主往往會(huì)否定這一做法，這種現(xiàn)實(shí)情況給設(shè)計(jì)師推廣節(jié)能技術(shù)帶來(lái)阻滯。 3.3 實(shí)行大溫差空調(diào)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì):

對(duì)空調(diào)末端而言，采用大溫差系統(tǒng)后，由于供回水溫差加大，將對(duì)其熱工性能及運(yùn)行效率產(chǎn)生很大影響。對(duì)于按常規(guī)溫差設(shè)計(jì)的空調(diào)機(jī)組，在大供回水溫差的工況下運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)由于空調(diào)機(jī)組冷水溫升過(guò)小而冷量不夠，空調(diào)機(jī)組的除濕能力下降，導(dǎo)致室內(nèi)相對(duì)濕度增加，使人員的舒適度降低等問(wèn)題，因此，在冷凍水大溫差工況下，不能按常規(guī)溫差選擇空調(diào)末端。同時(shí)為了使空調(diào)末端獲得與標(biāo)準(zhǔn)溫差相同的制冷量，可以通過(guò)增加表冷器排數(shù)和表冷器傳熱面積，改變表冷器程數(shù)，降低空調(diào)機(jī)組進(jìn)水溫度以及改變表冷器的肋片材質(zhì)等措施解決.為了不至于增大換熱器的水阻力或增大空調(diào)機(jī)組的安裝有效建筑面積，一般采用增大換熱器的排數(shù)的方法。根據(jù)熱工計(jì)算，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)溫差，一般空氣處理機(jī)6排盤管的換熱器即可滿足要求。根據(jù)計(jì)算和廠家提供的數(shù)據(jù)，大溫差空氣處理機(jī)的換熱面積需增大約20%，也就是說(shuō)增大排數(shù)(最多增至8排)的方案即可滿足要求，相對(duì)風(fēng)機(jī)盤管也最多增至4排(標(biāo)準(zhǔn)為3排)可滿足要求。

3.4 實(shí)行空調(diào)冷凍水泵變頻運(yùn)行:

在空調(diào)水系統(tǒng)中，采用電制冷方式時(shí)，冷卻水泵和冷凍水泵的耗能大約為空調(diào)冷水機(jī)組的26%-37%。目前我國(guó)空調(diào)冷水機(jī)組普遍設(shè)有能量調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)空調(diào)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)主機(jī)運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。而空調(diào)水系統(tǒng)過(guò)去一般不設(shè)變頻器，如果選型大了則不僅會(huì)增加設(shè)備投資，還會(huì)使水系統(tǒng)運(yùn)行能耗增加較多。有資料表明，大中型公共建筑供暖空調(diào)電力消耗中，60%-70%由輸送和分配冷量熱量的風(fēng)機(jī)水泵所消耗，而這部分電耗有可能降低60%-70%?？照{(diào)負(fù)荷主要來(lái)自圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱和新風(fēng)負(fù)荷，是隨室外氣象因素等條件的變化而變化的，此外，室內(nèi)的設(shè)備和人體散熱也是隨時(shí)間變化的，特別是人員流動(dòng)性大的場(chǎng)所，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常是根據(jù)空調(diào)的最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的，且空調(diào)水系統(tǒng)流量不變，是按定流量設(shè)計(jì)的.根據(jù)資料顯示，在夏熱冬暖地區(qū)，夏季熱負(fù)荷高峰期一般為6-8月，中至低負(fù)荷為5月、9-11月，一天之中空調(diào)系統(tǒng)高負(fù)荷一般運(yùn)行在中午至下午的時(shí)間段。因此空調(diào)系統(tǒng)在大部分時(shí)間內(nèi)工作于部分負(fù)荷狀態(tài)，由此可見(jiàn)，雖然空調(diào)水泵的能耗相比較冷水機(jī)組占的比重較小，目前在工程運(yùn)行中一般以能耗為代價(jià)采用節(jié)流方法調(diào)節(jié)水流量，當(dāng)用戶端負(fù)荷變化需要變化冷凍水循環(huán)水量時(shí)，傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)方法是通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵的出口閥門開(kāi)度的調(diào)節(jié)，只是關(guān)小、調(diào)大，處于較機(jī)械簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)狀況，這種調(diào)節(jié)方式因節(jié)流的不可逆性會(huì)造成能量損失，電耗浪費(fèi)明顯，系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性變差，現(xiàn)在較科學(xué)的解決方法是采用水泵的變頻調(diào)速技術(shù)，可以減少電能的消耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此水泵的節(jié)能空間潛能較大。

總之，通過(guò)結(jié)合某商場(chǎng)特點(diǎn)，對(duì)空調(diào)方案優(yōu)化分析后，筆者認(rèn)為可以考慮對(duì)夏熱冬暖地區(qū)商場(chǎng)采用自然和機(jī)械相結(jié)合的新風(fēng)、排風(fēng)全熱交換的通風(fēng)方案;采用大溫差小流量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)方案;采用空調(diào)冷凍水變頻運(yùn)行方案。

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