王旭東
(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué), 天津 300000)
隨著我國(guó)教育事業(yè)的高速發(fā)展,廣大師生對(duì)教學(xué)環(huán)境的需求不斷提高,校園規(guī)模不斷擴(kuò)大,教學(xué)設(shè)施設(shè)備總量大幅增加,致使校園能耗大幅提升。相關(guān)研究表明,近年來(lái)各地在學(xué)校建設(shè)上的投資超過(guò)了過(guò)去50 年的總和。其中建筑能耗占據(jù)總能耗的40%,特別是校園公共建筑能耗巨大。其中又以采暖和空調(diào)能耗為主,空調(diào)水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)的能耗約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)能耗的80%,因此空調(diào)水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)的高效節(jié)能運(yùn)行是降低能耗的關(guān)鍵?!笆奈濉逼陂g天津市將有效節(jié)約能源、提高能源綜合利用做為校園節(jié)能減排的重點(diǎn)。本文以高校公共建筑空調(diào)改造工程為例,對(duì)改造項(xiàng)目的實(shí)際節(jié)能效果進(jìn)行檢測(cè)和分析,進(jìn)而提出適宜的節(jié)能優(yōu)化措施[1-3]。
該建筑主要為教學(xué)辦公用途,總建筑面積為近4.8 萬(wàn)m2,結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu),建筑總高度32 m。地上6層,局部9 層,部分位置含有地下室,主要為辦公、教學(xué)研發(fā)及實(shí)驗(yàn)室等,地下一層為設(shè)備用房。在空調(diào)改造工程的設(shè)計(jì)中,嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),采用電力空調(diào)系統(tǒng)為夏季制冷。
冷熱源系統(tǒng)節(jié)能改造包括空調(diào)冷源改造、空調(diào)熱源改造及冷熱源控制等,本次主要檢測(cè)分析了空調(diào)冷源節(jié)能改造措施??照{(diào)主機(jī)布置在地下設(shè)備房和室外,空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度為7 ℃和12 ℃??照{(diào)系統(tǒng)中平衡調(diào)節(jié)使用的冷卻塔布置于教學(xué)樓屋頂[4-7]。
在制冷空調(diào)系統(tǒng)工程完成后,根據(jù)國(guó)家規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收,對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括水系統(tǒng)(空調(diào)系統(tǒng)水總流量)、風(fēng)系統(tǒng)(出風(fēng)口的風(fēng)量大?。?、室內(nèi)的溫度和濕度、性能系數(shù)和單位能耗數(shù)值等。
對(duì)上述項(xiàng)目的檢測(cè),主要的依據(jù)是空調(diào)改造施工設(shè)計(jì)文件中要求的參數(shù),此外按照《公共建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的GB 50243—2016《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》等進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。
測(cè)量設(shè)備包括數(shù)字式鉗式功率計(jì)、風(fēng)量罩、多路溫濕度巡檢測(cè)試儀、超聲波流量計(jì)和電阻溫度計(jì)等。
2.4.1 室內(nèi)溫度測(cè)量
教學(xué)樓內(nèi)各空調(diào)房均設(shè)有獨(dú)立的溫度調(diào)節(jié)按鈕,教室及辦公室溫度設(shè)定為夏季為26 ℃,冬季為18 ℃;實(shí)驗(yàn)室溫度設(shè)定為夏季23℃,冬季為19 ℃。空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng),檢測(cè)時(shí)嚴(yán)格按國(guó)家《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。房間數(shù)量按國(guó)標(biāo)中的最小抽樣數(shù)量執(zhí)行,且做到均勻分布,對(duì)面積大于100 m2的房間,進(jìn)行劃區(qū)檢測(cè)。同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對(duì)教學(xué)樓的不同功能區(qū)檢測(cè)部位平均大于2 個(gè)。辦公室共計(jì)52 個(gè),抽檢房間5 個(gè);會(huì)議室5 個(gè),抽檢2 個(gè);研發(fā)及實(shí)驗(yàn)室15 個(gè)房間,抽檢2 個(gè)。
2.4.2 風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)
該教學(xué)樓空調(diào)系統(tǒng)末端采用風(fēng)機(jī)盤管與新風(fēng)的組合形式,每個(gè)樓層兩側(cè)各安裝一臺(tái)新風(fēng)機(jī)組,新風(fēng)換氣機(jī)安裝于樓道的吊頂中,機(jī)組采用全熱新風(fēng)換氣機(jī),在春秋季節(jié)可采用全新風(fēng)運(yùn)行,在空調(diào)季利用室內(nèi)的排風(fēng)對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行預(yù)制冷,具有很好的節(jié)能效果。風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)為各風(fēng)口風(fēng)量和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量。
通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量測(cè)量采用風(fēng)口風(fēng)速檢測(cè),各風(fēng)口風(fēng)量測(cè)量采用風(fēng)量罩測(cè)量。新風(fēng)機(jī)組的出風(fēng)與室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)口相接,根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),整個(gè)教學(xué)樓風(fēng)機(jī)盤管共455 臺(tái),抽檢數(shù)量為45 臺(tái),允許偏差小于15%。
2.4.3 水系統(tǒng)測(cè)量
空調(diào)水系統(tǒng)測(cè)量的包括系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)及室內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)。水流量測(cè)量是為了確定空調(diào)系統(tǒng)是否有足夠的制冷能力,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用超聲波流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,空調(diào)系統(tǒng)冷熱水、冷卻水總流量的偏差不大于10%,即達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
2.4.4 性能系數(shù)測(cè)量
該建筑空調(diào)系統(tǒng)采用多種措施來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。空調(diào)冷熱源采用可再生能源利用技術(shù),利用土壤冷卻制冷。空調(diào)循環(huán)水泵采用變頻控制,采用一、二次泵系統(tǒng),一次泵定流量運(yùn)行,二次泵變流量運(yùn)行,節(jié)約系統(tǒng)的輸配能耗。在空調(diào)季利用室內(nèi)的排風(fēng)對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷,在春秋過(guò)渡季采用全新風(fēng)運(yùn)行,具有很好的節(jié)能降耗效果。對(duì)空調(diào)主機(jī)性能的檢測(cè)參數(shù)包括空調(diào)機(jī)組的輸入功率、空調(diào)機(jī)組終端、進(jìn)出水溫差,空調(diào)水流量等??照{(diào)機(jī)組系統(tǒng)的檢測(cè)參數(shù),包括空調(diào)機(jī)組及空調(diào)循環(huán)水泵輸入總功率、終端總管進(jìn)出水溫差,終端總管水流量及總循環(huán)水流量等。
檢測(cè)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行期間的平均制冷量計(jì)算:
式中:T 為空調(diào)機(jī)組終端平均流量,m3/h;ρ 為空調(diào)冷水平均密度,kg/m3;cp為空調(diào)冷水平均定壓比熱容,J/(kg·K);?tc為泵機(jī)組終端進(jìn)出口水溫差,K。
2.5.1 檢測(cè)結(jié)果
對(duì)該教學(xué)樓空調(diào)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果表明,室內(nèi)溫濕度符合設(shè)計(jì)要求,滿足用戶需求,室內(nèi)室外空調(diào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常,室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)按鈕滿足節(jié)能要求??照{(diào)風(fēng)系統(tǒng)的檢測(cè)表明,該樓空調(diào)機(jī)組抽測(cè)的各出風(fēng)口風(fēng)量,符合設(shè)計(jì)值,均小于規(guī)范規(guī)定的15%偏差,室內(nèi)具有良好的氣流性(如表1 所示)。
表1 空調(diào)機(jī)組性能參數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)
空調(diào)水系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果表明,高區(qū)用戶端偏差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,低區(qū)空調(diào)系統(tǒng)水流量偏差小于標(biāo)準(zhǔn),也未超過(guò)上限。說(shuō)明高、低區(qū)系統(tǒng)循環(huán)水泵的選型與空調(diào)主機(jī)匹配較好,從長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本角度分析,設(shè)計(jì)和施工滿足節(jié)能要求。
2.5.2 檢測(cè)分析
從制冷機(jī)組的全性能工作曲線中發(fā)現(xiàn),當(dāng)制冷機(jī)組處于80%~85%負(fù)荷區(qū)間時(shí),空調(diào)機(jī)組處于綜合效率最高且能耗最低的狀態(tài)。因此,保證空調(diào)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于合理負(fù)荷狀態(tài),是實(shí)現(xiàn)整個(gè)空調(diào)機(jī)組節(jié)能最好的方式。運(yùn)用變頻控制系統(tǒng)來(lái)解決系統(tǒng)負(fù)荷問(wèn)題,通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析,當(dāng)機(jī)組頻率調(diào)低5 Hz,便可節(jié)省約25%的電能;若將頻率調(diào)低15 Hz,可以省下約47%的電能,對(duì)電機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速控制,可以實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。
為了進(jìn)一步提高節(jié)能效果,同時(shí)將空調(diào)系統(tǒng)接入校園能耗監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)一步提高對(duì)耗能的管理。通過(guò)對(duì)重點(diǎn)建筑、重點(diǎn)房間空調(diào)能耗的數(shù)據(jù)對(duì)比,如部門能耗、設(shè)備能耗、空調(diào)是否關(guān)閉等信息;管理員可以發(fā)送、查看、相關(guān)空調(diào)耗能信息;終端監(jiān)控管理員可以通過(guò)PC 端設(shè)備、手機(jī)端設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的監(jiān)控管理,開(kāi)啟關(guān)閉空調(diào)運(yùn)行;空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)日志等方式進(jìn)行保存。管理員通過(guò)數(shù)據(jù)分析,可以判斷空調(diào)、空調(diào)機(jī)組及相關(guān)設(shè)備是穩(wěn)定運(yùn)行,并排除故障。
通過(guò)以上分析可以得出結(jié)論,校園的節(jié)能降耗工作是一項(xiàng)復(fù)雜的項(xiàng)目,尤其對(duì)老建筑老校區(qū)更是如此。為了不影響學(xué)校正常教學(xué)工作及師生生活的運(yùn)行,需要對(duì)進(jìn)行空調(diào)改造的建筑進(jìn)行詳盡的調(diào)研和分析,逐步實(shí)現(xiàn)校園建筑整體的節(jié)能降耗。節(jié)能設(shè)計(jì)也要兼顧環(huán)境舒適度,建立模型以評(píng)價(jià)環(huán)境舒適度,增加以信息采集、反饋調(diào)控、信息管控等空調(diào)機(jī)組數(shù)字管理模塊。此外中央空調(diào)的節(jié)能相關(guān)設(shè)計(jì)工作要積極采取有效節(jié)能技術(shù)措施,從空調(diào)機(jī)組的的輸送系統(tǒng)、冷卻塔、節(jié)能點(diǎn)等方面入手,減少系統(tǒng)中不必要的能耗,不斷采用新的節(jié)能技術(shù)和措施,更好地推進(jìn)校園節(jié)能降耗。