林友芝

( 廈門(mén)新洋達(dá)工程技術(shù)有限公司,廈門(mén) 361000 )

?

廈門(mén)市商場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)調(diào)節(jié)與節(jié)能分析

林友芝

( 廈門(mén)新洋達(dá)工程技術(shù)有限公司,廈門(mén) 361000 )

本文對(duì)廈門(mén)市幾個(gè)主要商場(chǎng)的中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)研，發(fā)現(xiàn)各商場(chǎng)中央空調(diào)新風(fēng)均沒(méi)有調(diào)節(jié)。對(duì)建筑面積為12600m2的SM城市廣場(chǎng)空調(diào)新風(fēng)計(jì)算分析表明，該商場(chǎng)一年新風(fēng)的能耗電費(fèi)約為20.88萬(wàn)元?？照{(diào)新風(fēng)改用CO2濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制后,一年可節(jié)約電費(fèi)5.22萬(wàn)元，且改造的投資回收期僅為3個(gè)月。計(jì)算分析表明，商場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)調(diào)節(jié)具有很大的節(jié)能潛力。[關(guān)鍵詞]商場(chǎng)；中央空調(diào)；新風(fēng)；節(jié)能

引言

從改善室內(nèi)空氣品質(zhì)保證人體健康的角度，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量越多越好。但是，新風(fēng)量越多，空調(diào)系統(tǒng)的能耗越大。本文根據(jù)對(duì)廈門(mén)市幾個(gè)主要商場(chǎng)的調(diào)研，分析商場(chǎng)空調(diào)中的新風(fēng)調(diào)節(jié)與節(jié)能。

1　商場(chǎng)中央空調(diào)新風(fēng)量問(wèn)題

商場(chǎng)使用中央空調(diào)系統(tǒng)日益普遍，解決好其新風(fēng)既能滿足人體舒適性要求，又能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行，是商場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理者的重要課題。

1.1商場(chǎng)中央空調(diào)新風(fēng)量與衛(wèi)生要求

空調(diào)建筑一般為密閉性建筑,需要提供新鮮空氣(新風(fēng))。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》條文說(shuō)明，空調(diào)系統(tǒng)所需新風(fēng)主要有兩個(gè)用途：一是稀釋室內(nèi)有害物質(zhì)的濃度，滿足人員的衛(wèi)生要求。二是補(bǔ)充室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓。這里的有害物質(zhì)主要是指CO2。

人體總要不斷吸進(jìn)氧氣，呼出二氧化碳。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，表1和表2給出了一個(gè)人在不同條件下呼出的二氧化碳量，規(guī)定了各種場(chǎng)所下室內(nèi)二氧化碳的允許濃度。

表1　人體在不同狀態(tài)下的二氧化碳呼出量

對(duì)于人員密集的建筑物如商場(chǎng)，每人所占的空間較少，但停留時(shí)間短。這類建筑物按此確定的新風(fēng)量占總風(fēng)量可能達(dá)30%～40%，從而對(duì)冷量影響很大，所以在確定新風(fēng)量時(shí)應(yīng)十分慎重。

表2　二氧化碳的允許含量

1.2商場(chǎng)客流量的規(guī)律

商場(chǎng)的客流量變化大，直接影響冷熱負(fù)荷及新風(fēng)取值。我國(guó)商場(chǎng)客流主要有如下影響因素：

(1)人流與城市規(guī)模、商場(chǎng)大小、檔次高低、所處地段等因素有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[2],繁華地段商場(chǎng)客流量可達(dá)1～1.5人/m2,而非繁華地段客流僅是其1/3。

(2)商場(chǎng)經(jīng)營(yíng)商品性質(zhì)。一般經(jīng)營(yíng)服裝、針織品、兒童用品的商場(chǎng)的人流密度最大；日用百貨、化妝品商場(chǎng)次之；家用電器、鐘表器材人員較少。

(3)規(guī)模和商業(yè)面積大小。面積較大的商場(chǎng)人均占有面積也較大,客流密度較小。

(4)樓層的影響。多層建筑一般情況下，首層客流密度最大，以上各層逐漸減少。

(5)客流的旺季是每年的“五一”、“十一”前后和元旦至春節(jié)期間。各地的氣候條件相差很大，三個(gè)高峰期的氣候條件差別很大。一般商場(chǎng)年平均日客流量在峰值日客流量的40%～60%范圍內(nèi)。

2　廈門(mén)市主要商場(chǎng)及中央空調(diào)新風(fēng)量的調(diào)研

2.1商場(chǎng)中央空調(diào)新風(fēng)量受氣候條件的影響

商場(chǎng)中央空調(diào)的新風(fēng)量主要受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和商場(chǎng)的客流量影響。廈門(mén)屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖濕潤(rùn)。冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，年平均氣溫在21℃左右。

圖1　廈門(mén)市常年逐月平均氣溫

圖1為廈門(mén)市常年逐月平均氣溫，一月最冷，常年月平均氣溫12.6℃，平均最低氣溫9.9℃；7月最熱，常年月平均氣溫28.0℃，平均最高氣溫32.3℃。為計(jì)算方便，本文將廈門(mén)市全年氣溫分為兩部分，第一部分為6～9月，平均溫度為27.0 ℃；第二部分為10～12月和1～5月，平均溫度為17.3℃。廈門(mén)市夏季空氣調(diào)節(jié)室外干球溫度為33.6℃，濕球溫度為27.6℃；冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度為6.8℃。

2.2客流量的計(jì)算

日客流量的人次數(shù)與許多因素有關(guān)，如商場(chǎng)所在的城市、大小及位置、商場(chǎng)的規(guī)模及經(jīng)營(yíng)商品的種類、樓層等。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，商場(chǎng)類建筑空調(diào)冷負(fù)荷的客流量推薦值見(jiàn)表3：

表3　客流量推薦值

2.3廈門(mén)市若干主要商場(chǎng)的調(diào)研

本文通過(guò)對(duì)廈門(mén)市幾個(gè)主要商場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，了解到商場(chǎng)及其中央空調(diào)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4)，尤其是新風(fēng)量調(diào)節(jié)控制情況。

表4　廈門(mén)市若干商場(chǎng)的客流和新風(fēng)調(diào)節(jié)

由表4可知，廈門(mén)市幾個(gè)主要商場(chǎng)均沒(méi)有進(jìn)行新風(fēng)量的調(diào)節(jié)。這樣雖然能很好地滿足人們的舒適性，但從經(jīng)濟(jì)節(jié)能的角度卻是很大的浪費(fèi)。因此,本文通過(guò)對(duì)廈門(mén)市SM城市廣場(chǎng)商場(chǎng)的新風(fēng)量能耗現(xiàn)狀和改造的分析，提出節(jié)能改造方案。

3　SM城市廣場(chǎng)新風(fēng)量的能耗分析

3.1SM城市廣場(chǎng)商場(chǎng)的空調(diào)及新風(fēng)系統(tǒng)

SM城市廣場(chǎng)的商場(chǎng)面積為126000m2，非周末客流量為6～8萬(wàn)，周末客流量可達(dá)10萬(wàn)。每日營(yíng)業(yè)時(shí)間早上10點(diǎn)到晚上22點(diǎn)，室內(nèi)常年保持25℃。

SM城市廣場(chǎng)采用3臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組和1臺(tái)離心式冷水機(jī)組，其中螺桿式冷水機(jī)組的型號(hào)為YKHF GBJ15CVF。中央空調(diào)新風(fēng)管管徑為400mm×600mm。商場(chǎng)中央空調(diào)新風(fēng)比為1/3，沒(méi)有采用調(diào)節(jié)新風(fēng)比的裝置。

3.2SM城市廣場(chǎng)新風(fēng)量的能耗現(xiàn)狀

由于受到條件限制，無(wú)法對(duì)商場(chǎng)實(shí)際日客流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。經(jīng)檢索文獻(xiàn)，長(zhǎng)沙氣象與廈門(mén)較相近，故本文借用文獻(xiàn)[3]長(zhǎng)沙商場(chǎng)客流變化規(guī)律進(jìn)行分析計(jì)算。表5為據(jù)此計(jì)算出的SM城市廣場(chǎng)各時(shí)間段客流量。

表5　SM城市廣場(chǎng)各時(shí)間段客流量

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，夏季空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷計(jì)算公式如下：

Qc.o=Mo(ho-hR)

(1)

式中，Qc.o—夏季新風(fēng)冷負(fù)荷,kW；Mo—新風(fēng)量，kg/s；ho—室外空氣的焓值，kJ/kg；hR—室內(nèi)空氣的焓值，kJ/kg

冬季新風(fēng)熱負(fù)荷計(jì)算公式如下：

Qh.o=MoCp(to-tR)

(2)

式中，Qh.o—空調(diào)新風(fēng)熱負(fù)荷，kW；Cp—空調(diào)的定壓比熱，kJ/(kg·℃)。取1.005kJ/(kg·℃)；to—冬季空調(diào)室外空氣的計(jì)算溫度，℃；tR—冬季空調(diào)室內(nèi)空氣的計(jì)算溫度，℃

根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)[5]，大型商場(chǎng)人均逗留的時(shí)間為0.6～0.9h，中型商場(chǎng)人均逗留時(shí)間為0.4～0.7h。SM城市廣場(chǎng)作為大型商場(chǎng)，本文按照人均逗留時(shí)間為0.6h計(jì)算。

根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50189-2005，該商場(chǎng)中央空調(diào)設(shè)計(jì)新風(fēng)量為20m3/(h·人)?？諝饷芏群腕w積可以根據(jù)以下公式進(jìn)行換算：

(3)

式中:

ρ—空氣密度，kg/m3；

m—質(zhì)量，kg；

V—體積，m3

查室外計(jì)算參數(shù)表可知，冬季空調(diào)室外空氣的計(jì)算溫度取t0=17.3℃，冬季空調(diào)室內(nèi)空氣的計(jì)算溫度tR=25℃。根據(jù)鴻業(yè)負(fù)荷計(jì)算軟件可知夏季室外空氣的焓值ho=88.31kJ/kg，室內(nèi)空氣的焓值hR=85.26kJ/kg。

空調(diào)機(jī)組的能耗指標(biāo)可用式(4)能效比EER來(lái)評(píng)價(jià)，本文EER值按照3.0計(jì)算。

(4)

由式(1)～式(4)和表4可計(jì)算SM城市廣場(chǎng)的分時(shí)段負(fù)荷和能耗，見(jiàn)表6。

表6　SM城市廣場(chǎng)一天內(nèi)負(fù)荷和能耗

每個(gè)月按30天計(jì)算，一個(gè)月按照4個(gè)周末，其它為非周末時(shí)間，則一年內(nèi)各月份的新風(fēng)能耗見(jiàn)表7。全年合計(jì)約24萬(wàn)kW·h。廈門(mén)市商業(yè)用電1kW·h為0.87元，則廈門(mén)市SM城市廣場(chǎng)新風(fēng)量一年的電費(fèi)為20.88萬(wàn)元。

表7　廈門(mén)市SM城市廣場(chǎng)各月份的耗電量

4　SM城市廣場(chǎng)空調(diào)新風(fēng)量系統(tǒng)節(jié)能改造分析

4.1新風(fēng)量系統(tǒng)改造后的能耗分析

商場(chǎng)中通過(guò)新風(fēng)稀釋的各污染物中，如果CO2濃度達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，其它污染物也可以達(dá)到規(guī)定要求。同時(shí)，CO2濃度比較容易檢測(cè)，本文采用CO2濃度的變化來(lái)自動(dòng)控制新風(fēng)量。

按稀釋CO2濃度計(jì)算新風(fēng)量：

(5)

式中：

Lx—個(gè)人需要的新風(fēng)量，m3/(h·人);

D—每個(gè)人呼出的CO2量，mg/(h·人);

dn—室內(nèi)空氣CO2的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(允許濃度)，mg/m3;

dx—室外新風(fēng)CO2濃度，mg/m3。

由表1可知，按照輕勞動(dòng)人呼出的CO2量D取值30L/(h·人)；由表2可知商場(chǎng)室內(nèi)空氣CO2的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)dn取值2L/m3。大氣中二氧化碳按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算僅占0.03%，可以忽略不計(jì)，所以室外空氣新風(fēng)CO2濃度dx取值0。由式(5)計(jì)算可知，商場(chǎng)中每個(gè)人所需的新風(fēng)量為15m3/(h·人)?？照{(diào)設(shè)計(jì)新風(fēng)量為20m3/(h·人),即按照二氧化碳濃度計(jì)算的新風(fēng)量為設(shè)計(jì)量的75%。

根據(jù)CO2濃度進(jìn)行新風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)改造后，SM城市廣場(chǎng)新風(fēng)量的電耗為設(shè)計(jì)量的75%。即該商場(chǎng)全年的新風(fēng)電耗為24萬(wàn)×75%=18萬(wàn)kW·h。

廈門(mén)市商業(yè)用電為0.87元/kW·h，則根據(jù)CO2濃度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)改造后，廈門(mén)市SM城市廣場(chǎng)新風(fēng)量一年的電費(fèi)為15.66萬(wàn)元。

4.2新風(fēng)量系統(tǒng)改造投資的回收期

SM城市廣場(chǎng)建筑總面積達(dá)126000m2，商場(chǎng)共6層。每層采用一套單獨(dú)新風(fēng)機(jī)組，使用風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)，采用400mm×600mm的新風(fēng)管。本文采用CO2傳感器、控制器、電動(dòng)風(fēng)閥對(duì)SM城市廣場(chǎng)中央空調(diào)新風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過(guò)咨詢報(bào)價(jià)，一套普通自動(dòng)控制裝置投資大約2000元。整個(gè)商場(chǎng)需要6套自動(dòng)控制裝置，總投資約為12000元。

由上可知，廈門(mén)市SM城市廣場(chǎng)中央空調(diào)原設(shè)計(jì)新風(fēng)量一年的電費(fèi)為20.88萬(wàn)元；采用新風(fēng)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制裝置后，一年的電費(fèi)為15.66萬(wàn)元。一年可節(jié)省電費(fèi)5.22萬(wàn)元。采用自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置初投資為1.2萬(wàn)元。則投資回收期為0.23年，約等于3個(gè)月。

廈門(mén)市SM城市廣場(chǎng)新風(fēng)量系統(tǒng)采用CO2自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置，可以在保證商場(chǎng)空氣質(zhì)量的前提下，明顯節(jié)省中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行電耗/電費(fèi)。

需要說(shuō)明，以上結(jié)果是按照一定的客流變化規(guī)律計(jì)算。采用CO2自動(dòng)調(diào)節(jié)控制后，實(shí)際運(yùn)行的新風(fēng)量將根據(jù)實(shí)際客流量調(diào)節(jié)，即實(shí)際運(yùn)行的節(jié)能效果可能優(yōu)于計(jì)算結(jié)果。2015年2月發(fā)布的公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50189-2015，于2015年10月開(kāi)始實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)的商場(chǎng)新風(fēng)量推薦值為30m3/(h·人)，按照新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)，采用CO2自動(dòng)調(diào)節(jié)控制的節(jié)能潛力更大。

5　結(jié)論

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，廈門(mén)市幾個(gè)主要商場(chǎng)中央空調(diào)系統(tǒng)均未對(duì)新風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)SM城市廣場(chǎng)商場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量能耗和節(jié)能改造計(jì)算分析表明，該商場(chǎng)一年新風(fēng)量的電耗約為24萬(wàn)度，總電費(fèi)為20.88萬(wàn)元。對(duì)新風(fēng)量改用CO2自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，改造后每年可以節(jié)約電耗5.22萬(wàn)度。節(jié)能改造的投資回收期僅為3個(gè)月。因此，商場(chǎng)空調(diào)新風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)具有很大的節(jié)能潛力，應(yīng)引起高度重視。

[1] 卜嘯華.制冷與空調(diào)技術(shù)問(wèn)答[M].北京:冶金工業(yè)出版社,機(jī)械工業(yè)出版社,2000:135-136

[2] 樊金花.大中型商場(chǎng)空調(diào)新風(fēng)量取值與節(jié)能問(wèn)題的分析[J].山西建筑，2003，(12):96-97

[3] 鄒建忠,袁敏，程珈寧，等．商場(chǎng)空調(diào)設(shè)計(jì)中客流量和新風(fēng)量取值的探討[J]．長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001,(2):40-42

[4] 陸亞俊.暖通空調(diào)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002

[5] 楊憲奎.中小城市商場(chǎng)空調(diào)設(shè)計(jì)中客流量的分析[J]．河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，(4)：32-34

Fresh Air Regulation and Energy Saving of Central Air-conditioning System for Shopping Malls in Xiamen

LIN Youzhi

(Xiamen Xinyangda Engineering Technology Co.Ltd.,Xiamen,361000))

It is found that fresh air is not regulated in central air-conditioning systems for shopping malls based on a survey to several marketplaces in Xiamen.The energy saving potential of fresh air regulation in central air-conditioning system is calculated and analyzed based on the field investigation to SM Town Plaza (the covered area 12600 m2)in Xiamen.It is found that the energy cost for the fresh air is 208,800 Yuan per year.52,200 Yuan could be saved if the automatic control device of CO2concentration is adopted to fresh air system in this case.Moreover,the payback period of technical updates is only 3 months.There is a great potential of energy saving for fresh air regulation in central air-conditioning system in shopping centers.

Shopping center;Central air-conditioning;Fresh air；Energy saving

2016-4-18

林友芝(1971-)，男，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)電安裝工程施工。Email:2500985856@qq.com

ISSN1005-9180(2016)03-044-05

TU831文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.03.008