徐銘明 劉 剛 宣 豐

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

合肥萬達城內(nèi)區(qū)新風(fēng)供冷與常規(guī)方式的比較

徐銘明 劉 剛 宣 豐

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

本文介紹了在過渡季和冬季通過增大新風(fēng)量對內(nèi)區(qū)進行供冷的方法，并結(jié)合實際工程，對合肥地區(qū)某大體量商業(yè)建筑進行內(nèi)區(qū)冷量估算；比較其與常規(guī)內(nèi)區(qū)供冷方式下的運行費用等，分析其經(jīng)濟性。結(jié)果表明：在過渡季和冬季采用增大新風(fēng)量能夠基本達到內(nèi)區(qū)供冷要求，且具有節(jié)能效果。

內(nèi)區(qū)供冷 增大新風(fēng) 負荷估算 節(jié)能

近年來，全國各大城市中出現(xiàn)越來越多的綜合性商業(yè)建筑，其特點為體量大、功能多、具有較大的內(nèi)區(qū)面積。很多大面積的內(nèi)區(qū)基本不受室外氣溫的影響，主要由人體、設(shè)備、燈光等散熱形成大量余熱，在過渡季節(jié)和冬季也表現(xiàn)為熱負荷，需要對其進行全年供冷，故而在設(shè)計中較難處理。目前大部分商業(yè)建筑普遍采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)的空調(diào)方式，本文將結(jié)合實際工程，重點論述在此空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用增大新風(fēng)量的方式在過渡季或冬季對內(nèi)區(qū)進行供冷時，是否能達到預(yù)期供冷效果，并對該種內(nèi)區(qū)供冷方式進行經(jīng)濟性分析。

1 工程概況

本項目位于安徽省合肥市，建筑面積約為19萬 m3，地下一層為超市和車庫，地上一層為各主力店和步行街，地上二、三層為各娛樂設(shè)施，如餐飲、電玩、KTV、影廳等。

本工程夏季設(shè)計冷負荷為14000kW，制冷機組選擇容量為1200RT的離心式冷水機組4臺。

2 增大新風(fēng)量效果分析

過渡季節(jié)和冬季采用增大新風(fēng)量進行內(nèi)區(qū)供冷，新風(fēng)送風(fēng)溫度設(shè)為12℃[1]，相對濕度30%，焓值i1約為18.6kJ/kg；室內(nèi)設(shè)計溫度20℃，焓值i2約為26.5kJ/kg。根據(jù)DeST輸出的合肥全年逐時室外溫度可知，過渡季和冬季室外溫度不高于12℃的時間約為1600h，此期間需對新風(fēng)進行預(yù)熱再送入室內(nèi)。進行負荷估算與新風(fēng)供冷能力計算，夏季冷負荷約為14000kW，過渡季節(jié)和冬季內(nèi)區(qū)冷負荷為1540kW，約占夏季冷負荷的11%左右。在室外干球溫度達到設(shè)定送風(fēng)溫度12℃及以下時，將新風(fēng)量增大到50m3/(h·p)。一樓由于煙囪效應(yīng)及外門開啟，不用考慮內(nèi)區(qū)供冷。新風(fēng)供冷能力按下式計算：

空氣密度ρ=1.237kg/m3，將各參數(shù)代入上式計算商鋪業(yè)態(tài)新風(fēng)供冷能力：W=(26.5-18.6)×20×1.237/(4× 3.6)=13.6W/m2；新風(fēng)增加到50m3/(h·p)后：W=(26.5-18.6)×50×1.237/(4×3.6)=34W/m2。

人體顯熱冷負荷按下式計算[2]：

可查得：φ=0.89；n/S=0.25p/m2；室溫 20℃ 時 q1=93W；工作時間為13h/d，冷負荷系數(shù)取最大值，即Xt-T=0.96。則qτ=19.7W/m2。

熒光燈散熱冷負荷按下式計算：

可查得：n1=0.8；N/S=19W/m2；工作時間為13h/d，冷負荷系數(shù)取最大值，即Xt-T=0.94；則qτ=17W/m2。

電氣設(shè)備功率密度查表，其他業(yè)態(tài)計算方法同上。詳細估算負荷見表1。

表1 二層、三層、地下一層過度季內(nèi)區(qū)冷估算表

根據(jù)表1可知，全空氣系統(tǒng)區(qū)域可保證內(nèi)區(qū)供冷要求，非全空氣系統(tǒng)的新風(fēng)增大到50m3/(h·p)后，有50%的內(nèi)區(qū)面積不能很好地保證過渡季節(jié)和冬季的內(nèi)區(qū)供冷需求，全空氣系統(tǒng)部分在冬季和過渡季節(jié)無需增大風(fēng)量，直接向室內(nèi)送入經(jīng)過處理的新風(fēng)即可滿足內(nèi)區(qū)供冷需求。

3 經(jīng)濟性分析

3.1 初投資增加費用

內(nèi)區(qū)不足的冷量將由冷水機組承擔(dān)，約為258615W，期間總冷量為413783kWh。原設(shè)計風(fēng)量約為240000m3/h，如采用加大新風(fēng)量，風(fēng)量增加到原先的兩倍左右約為510000m3/h，根據(jù)工程報價，風(fēng)機價格從原來的19萬左右增加到40萬，增加費用約21萬元。為避免風(fēng)速過大，風(fēng)管材料面積將增大到原來的2倍左右，風(fēng)管高度增加到原來的1.5倍左右，風(fēng)管制作材料增加約為3.5萬左右。

3.2 新風(fēng)預(yù)熱費用

室外空氣需要預(yù)熱至12℃送入，預(yù)熱時間為1600h，室外空氣平均溫度為6.04℃，焓值i3約為10.4 kJ/kg，6℃時空氣密度取ρ=1.263kg/m3，燃氣鍋爐效率取η=94%，合肥商用燃氣價格3.66元/Nm3，則采用增大新風(fēng)的業(yè)態(tài)預(yù)熱所需燃氣費用按下列公式計算：

式中：i2、i3為室內(nèi)外空氣焓值，kJ/kg；G為新風(fēng)量，m3/ (h·p)；S為區(qū)域面積，m2；t為內(nèi)區(qū)供冷供冷時間，h；n表示人員密度，m2/p。詳細計算如下：

商鋪：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×15231×1600/0.94/ 4=3356199460kJ，耗氣量為93362Nm3，燃氣費34.17萬元。

電玩：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×1468×1600/0.94/3= 431304647kJ，耗氣量為11997Nm3，燃氣費4.13萬元。

KTV：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×2796×1600/0.94/ 2.5=926625715kJ，耗氣量為27422Nm3，燃氣費10.04萬元。

餐飲：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×12730×1600/0.94/ 2.5=4488153804kJ，耗氣量為 124851Nm3，燃氣費45.70萬元。

共計預(yù)熱所需燃氣費用約94萬元/年。

3.3 風(fēng)機運行費用

對風(fēng)機運行能耗進行計算，采用增大新風(fēng)的業(yè)態(tài)新風(fēng)機耗電量計算如下[3]：

風(fēng)量G約為52600m3/h，風(fēng)機的最大耗功率取0.48W/(m3/h)，則總耗電量=526000×0.48×1600/1000= 403968kWh，電費為48.48萬元/年。

3.4 冷水機組運行費用

加大新風(fēng)量內(nèi)區(qū)供冷期間，冷水機組總制冷量為413783kWh，運行工況下COP約為5.1，耗電量為81134kWh，安徽省商業(yè)用電平均電價約為1.20元/kWh，需用電費97361元（約9.74萬元）。

4 采用常規(guī)方式內(nèi)區(qū)供冷

如采用冷水機組供冷，則在可采用前兩種方式的1600h中，系統(tǒng)總制冷量為2464000kWh，運行工況下COP約為5.1，耗電量為483137kWh，安徽省商業(yè)用電平均電價約為1.20元/kWh，需用電費579764.7元（約57.98萬元）。

新風(fēng)需處理到室內(nèi)狀態(tài)點20℃送入，焓值i4約為29.5kJ/kg，室外空氣平均溫度為6.04℃，焓值i3約為10.4kJ/kg，6℃時空氣密度取ρ=1.263kg/m3，合肥商用燃氣價格3.66元/Nm3，則采用增大新風(fēng)的業(yè)態(tài)預(yù)熱所需燃氣費用計算參照式（3）：

商鋪：Q=(29.5-10.4)×20×1.263×15231×1600/0.94/ 4=3126995594kJ，耗氣量為86986Nm3，燃氣費31.84萬元。

電玩：Q=(29.5-10.4)×30×1.263×1468×1600/0.94/ 3=602774543kJ，耗氣量為16768Nm3，需耗燃氣費6.14萬元。

KTV：Q=(29.5-10.4)×20×1.263×2796×1600/0.94/ 2.5=918451020kJ，耗氣量為25549Nm3，需耗燃氣費9.35萬元。

餐飲：Q=(29.5-10.4)×25×1.263×12730×1600/0.94/ 2.5=5227057174kJ，耗氣量為145405Nm3，需耗燃氣費53.22萬元。

共計預(yù)熱所需燃氣費用約100.54萬元/年。

5 兩種方式綜合比較

增大新風(fēng)方式與常規(guī)內(nèi)區(qū)供冷期間各項費用見表2。

表2 兩種內(nèi)區(qū)供冷方式經(jīng)濟性對比表

采用增大新風(fēng)量的方式，全空氣系統(tǒng)區(qū)域可保證內(nèi)區(qū)供冷要求，非全空氣系統(tǒng)新風(fēng)增大到50m3/(h·p)后，有50%的內(nèi)區(qū)面積需靠冷水機組運行來輔助供冷，需消耗電量；風(fēng)速增大需使用雙速風(fēng)機，增加風(fēng)機費用；風(fēng)量增加到原先的兩倍左右，因而風(fēng)管材料面積將增大到原來的1.5倍左右，風(fēng)管高度約增加到原來的1.2倍，預(yù)計需求吊頂高度增加0.3m左右，風(fēng)管初投資增加。

根據(jù)上表可知，采用增大新風(fēng)的方式比常規(guī)方式節(jié)省電費約46.62萬元/年，初投資增加約24.5萬元，1年內(nèi)可達回收期，較為節(jié)能，但使施工、運行和調(diào)試增加了難度[4]。

6 總結(jié)

1）全空氣系統(tǒng)部分在冬季和過渡季節(jié)直接把室外新風(fēng)與適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)回風(fēng)混合后送入即可保證內(nèi)區(qū)供冷要求，無需再增大風(fēng)量；

2）非全空氣系統(tǒng)部分采用增大新風(fēng)的方式內(nèi)區(qū)供冷，年節(jié)省電費約為46.62萬元，但不能很好保證過渡季節(jié)和冬季內(nèi)區(qū)供冷的要求，需靠冷水機組輔助制冷，并且風(fēng)管高度將增大到原先的1.2倍左右，對吊頂高度存在較高要求；

3）在非全空氣系統(tǒng)的區(qū)域采用增大新風(fēng)量的方式進行內(nèi)區(qū)供冷需要考慮采取輔助制冷來補充冷量的不足；在全空氣系統(tǒng)的區(qū)域直接把室外新風(fēng)與適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)回風(fēng)混合后送入室內(nèi)即可。

[1] 張野.利用新風(fēng)解決商業(yè)建筑內(nèi)區(qū)余熱的模擬計算分析[A].見:全國暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)文集[C].2004.64-69

[2] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[3] 公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[4] 趙建成,安愛民.空調(diào)分區(qū)系統(tǒng)中幾種空調(diào)方式的探討[A].見: 2006全國暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會[C].2006.99-102

Comparison of Fresh Air Cooling and Conventional Cooling for Inner Place of Wanda Hefei

XU Ming-ming,LIU Gang,XUAN Feng
College of Environmental Science and Engineering,Donghua University

This article introduced a mode of internal cooling by increasing fresh air flux during the transition season and winter.Then using a large-scale commercial building in Hefei as an example to estimate the cooling load of internal areas and compare the operation cost with the cost in normal mode.The results showed that inner cooling requirement is basically met when increasing fresh air flux during the transition season and winter,and its energy-saving effects was also proved.

internal cooling,increasing fresh air flux,load estimation,energy saving

1003-0344（2015）04-044-3

2014-3-17

徐銘明（1991～），女，碩士研究生；上海市松江區(qū)人民北路2999號東華大學(xué)環(huán)境學(xué)院樓3137室（201620）；E-mail:violaxu001@163.com