吳強(qiáng) 王志毅 尤軍

（1 蘇州蘇凈安發(fā)空調(diào)有限公司 江蘇蘇州 215122 2 浙江理工大學(xué) 浙江杭州 310018）

0 引言

實驗動物屏障設(shè)施能耗比一般建筑大得多， 這是由于其送風(fēng)量大和運行時間長等特點決定的［1-2］。 節(jié)能設(shè)計在滿足工藝及合理的舒適度要求前提下，通過技術(shù)手段減少能源消耗，提高能源的使用效率，降低社會成本。

1 邊界條件選取

節(jié)能設(shè)計以現(xiàn)有的建筑設(shè)計參數(shù)建模， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全年滿負(fù)荷能耗分析計算，邊界條件如下：

（1）室外氣象計算參數(shù)采用本地典型年全年逐時氣象參數(shù)，包括全年8 760 h 的干、濕球溫度，相對濕度及大氣壓等。

（2）各層均按全年滿負(fù)荷運行工況進(jìn)行能耗分析。

（3）動物飼養(yǎng)繁育空調(diào)為全新風(fēng)直流式空調(diào)系統(tǒng)，夏季采用濕度優(yōu)先控制模式。

（4）換氣次數(shù)7 級屏障環(huán)境按18 次/h 計；8 級按12 次/h計； 普通區(qū)域按12 次/h 計； 地下室全面通風(fēng)中排風(fēng)按7 次/h計；機(jī)械補(bǔ)風(fēng)按4 次/h 計。

（5）各層均按建筑設(shè)計進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)劃分與熱濕處理過程控制。

（6）大樓冷源由動力站內(nèi)水源熱泵和風(fēng)冷熱泵提供7 ℃～12 ℃冷凍水；冷卻水取自于河水。

（7）大樓熱源由水源熱泵機(jī)組和風(fēng)冷熱泵提供45 ℃～40 ℃。

（8）空調(diào)系統(tǒng)加濕采用濕膜加濕。

（9）本節(jié)能模擬計算不包含各層照明及工藝用電設(shè)備能耗情況， 根據(jù)此類建筑物能耗特點， 該部分內(nèi)容所占比重偏低，且耗電量較明確，節(jié)能空間有限。 同時不包含給排水系統(tǒng)能耗情況。

（10） 室內(nèi)動物房屏障環(huán)境設(shè)計計算參數(shù)為夏季溫度25℃，相對濕度60%；冬季溫度20 ℃，相對濕度50%。

2 全年滿負(fù)荷運行能耗分析

利用模擬軟件對模型進(jìn)行全年滿負(fù)荷運行能耗模擬計算，可得出根據(jù)以上邊界條件工況下的計算結(jié)果，見圖1 和圖2。

由圖1 圖2 可以看出，冷熱濕負(fù)荷指標(biāo)巨大。 當(dāng)然，這和本樓使用屬性有關(guān)，本樓在功能設(shè)計上，以動物房為主，幾乎均采用全新風(fēng)空調(diào)形式， 本樓空調(diào)能耗占總能耗的比例在90%以上，因此，對空調(diào)能耗進(jìn)行分析，挖掘節(jié)能空間是重點。能耗比較見圖3。

圖1 逐月制冷、制熱量

圖2 逐月加濕量

從能耗比較中可以看出，全年制冷耗電、供熱耗電為空調(diào)能耗的幾大主要部分，應(yīng)該作為節(jié)能措施的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

圖3 能耗比較圖

3 大樓節(jié)能措施分析

3.1 設(shè)計階段節(jié)能：分時段雙態(tài)控制

屏障系統(tǒng)和大動物飼養(yǎng)區(qū)系統(tǒng)均采用雙態(tài)控制， 即在10 h 工作時間內(nèi)凈化房內(nèi)換氣次數(shù)為20 次（大動物飼養(yǎng)區(qū)為12次），在非工作時間14 h 內(nèi)凈化房內(nèi)換氣次數(shù)為10 次（大動物飼養(yǎng)區(qū)為6 次）［3-5］， 年節(jié)能量為：616×［14/（24×2）］×（1-0.1）=161.7 萬kWh。其中，616 kW 為非工作時間14 h 內(nèi)屏障系統(tǒng)和大動物飼養(yǎng)區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)功率；（1-0.1） 考慮了分時段雙態(tài)控制中風(fēng)機(jī)的功率沒有變化和其他的損失。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

（1）空調(diào)主機(jī)節(jié)能：水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵性能較好。以夏天室外溫度35 ℃、冬季室外溫度7 ℃計算，風(fēng)冷熱泵制冷能效比大約為水源熱泵的一半， 制熱能效比約為水源熱泵的2/3。隨著冬季環(huán)境溫度進(jìn)一步降低，夏季環(huán)境溫度的上升，風(fēng)冷熱泵的能效比將進(jìn)一步惡化， 水源熱泵在運行效率上有明顯優(yōu)勢。 本項目風(fēng)冷與水源熱泵制熱能效比比較見圖4。

圖4 風(fēng)冷與水源熱泵制熱能效比比較圖

（2）滿液式蒸發(fā)器水源熱泵。 滿液式蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)為干式蒸發(fā)器的3 倍以上，機(jī)組能效比提高15%。

（3）冷熱源方案。設(shè)計2 臺水源熱泵機(jī)組，河水取水，每臺實際容量757 kW；設(shè)計2 臺風(fēng)冷熱泵機(jī)組，每臺實際容量575 kW。

運行策略，夏季（6—9 月）：主要采用水源熱泵制冷+風(fēng)冷熱泵也制冷；春秋季（3—5 月，10—11 月）：制冷制熱主要運行高效的水源機(jī)組，輔以風(fēng)冷熱泵；冬季（12—2 月）：制熱運行風(fēng)冷熱泵制熱； 不同季節(jié)采用水源熱泵與風(fēng)冷熱泵的節(jié)能量比較見圖5～圖7。

圖5 夏季水源熱泵與風(fēng)冷熱泵節(jié)能量比較

圖6 冬季水源熱泵與風(fēng)冷熱泵節(jié)能量比較

圖7 春秋季水源熱泵與風(fēng)冷熱泵節(jié)能量比較

3.3 空調(diào)末端節(jié)能：變風(fēng)量與濕膜加濕

（1）變風(fēng)量策略研究。 本方案擬采取全年分時段變風(fēng)量自動控制策略， 在保證系統(tǒng)運行滿足工藝要求的前提基礎(chǔ)上采取變風(fēng)量控制，節(jié)能降耗。 通過合理的風(fēng)量調(diào)節(jié)措施，可以降低風(fēng)機(jī)耗電功率，從而達(dá)到節(jié)能目的，風(fēng)機(jī)變風(fēng)量前后能耗比較見圖8。

圖8 風(fēng)機(jī)變風(fēng)量前后能耗比較圖

（2）不同加濕方式的節(jié)能量對比。本工程擬采用濕膜加濕而不采用電極加濕，1 年可以節(jié)省耗電量為31.7 萬kWh，見圖9。

圖9 濕膜加濕與電極加濕節(jié)能量比較

3.4 中央空調(diào)能源管理

（1）將中央空調(diào)水源熱泵機(jī)組、風(fēng)冷熱泵機(jī)組，冷凍水泵、冷卻水泵全部集中控制管理，優(yōu)化機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵的出力。

（2）精確控制水源熱泵或者風(fēng)冷熱泵的加機(jī)和減機(jī)，優(yōu)化負(fù)荷分配。

（3）本工程暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動控制采用PLC 控制系統(tǒng)，包括多臺多組設(shè)備的群控、動態(tài)圖顯示、能耗統(tǒng)計、故障報警等功能。

中央空調(diào)年節(jié)能量為：39.51 萬kWh。

3.5 全年運行工況節(jié)能設(shè)計經(jīng)濟(jì)性評價

綜合以上節(jié)能設(shè)計，對各種節(jié)能措施能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，1 年可以節(jié)電296.82 萬kWh，分項節(jié)電數(shù)據(jù)見表1。

表1 分項節(jié)電數(shù)據(jù) 單位：萬kWh

4 小結(jié)

實驗動物屏障設(shè)施通過對水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用， 充分利用建筑附近地表水源，提高空調(diào)主機(jī)的能效比；所有凈化空調(diào)設(shè)備及排風(fēng)設(shè)備采用變頻運行， 根據(jù)系統(tǒng)阻力的變化進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能的目的；所有凈化空調(diào)設(shè)備均配置PLC恒溫恒濕控制系統(tǒng)， 設(shè)定滿足工藝的最佳溫度和濕度以降低能耗。 節(jié)能設(shè)計值得推廣和類似工程借鑒。