張為
(民航機場規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司東北分公司,沈陽 110043)
暖通工程是建筑建設(shè)項目之一,其設(shè)計質(zhì)量對居住舒適性有直接影響。暖通技術(shù)包括采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)3 個方面,因受多種因素影響,在實際應(yīng)用中消耗能量較多,與節(jié)能降耗目標相背離。與現(xiàn)有研究相比,本文從通風(fēng)設(shè)計、可再生能源利用、水蓄冷系統(tǒng)設(shè)計、空氣調(diào)節(jié)設(shè)計等方面闡述綠色技術(shù)的創(chuàng)新點,并提出暖通設(shè)計的技術(shù)要點,通過引入先進技術(shù),可有效避免因技術(shù)問題造成的返工問題,使國內(nèi)暖通設(shè)計質(zhì)量能夠盡快達到國際標準,促進綠色建筑整體施工質(zhì)量提升。
太陽能屬于可再生的清潔型能源,可通過能量轉(zhuǎn)換將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電能或者熱能,且取之不盡,成為暖通工程使用的重要能源。在綠色建筑工程中,太陽能熱水技術(shù)已經(jīng)得到一定程度的普及,主要借助太陽能與其他輔助熱源,利用集熱器采集太陽能對水進行加熱,并為供暖設(shè)備提供能源[1]。通過上述措施的應(yīng)用,可充分利用太陽能,有助于節(jié)約能源,減少環(huán)境污染。
蓄冷技術(shù)可通過削峰調(diào)谷的方式提升電網(wǎng)運行效率。在空調(diào)機組設(shè)計期間,應(yīng)將蓄能裝置安裝在水冷機組內(nèi),在低谷時期借助雙工況制冷機組實現(xiàn)室內(nèi)制冷,再存儲到冷水中蓄冰,在室內(nèi)需要制冷的情況下,蓄冰裝置可在用電高峰期將存儲的冷量釋放出來,緩解空調(diào)運行負荷,確保機組穩(wěn)定運行。該技術(shù)以水為載體,通過水在換熱管道與機組間的循環(huán)完成冷熱交換。在用電低谷時期,依靠電能降低水溫,在用電高峰期,依靠冷水降低空調(diào)能耗。在設(shè)計期間,為了節(jié)約機組能源消耗,可將水力平衡設(shè)備安裝到空調(diào)系統(tǒng)內(nèi),根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)平衡系統(tǒng),通過水力平衡閥控制系統(tǒng)中的水量與壓力,使機組功能狀態(tài)始終穩(wěn)定可靠。
綠色建筑中還可以利用地源熱泵系統(tǒng)進行暖通設(shè)計。該系統(tǒng)具有制冷、供熱兩項功能,可充分符合暖通設(shè)計要求。在設(shè)計期間,地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)埋設(shè)在地下30~100 m,不但可控制地面溫度,還不會影響地面生態(tài)環(huán)境。在夏季到來后,通過地源熱泵的換熱系統(tǒng),可將室內(nèi)熱量傳遞到地下儲蓄起來,用于冬季熱交換,此舉可使室內(nèi)溫度始終適宜,還可減少空調(diào)系統(tǒng)的使用,節(jié)約能源。與中央空調(diào)相比,地源熱泵空調(diào)是具有多個功能的綜合體,包括地板采暖、制備生活熱水等,利用先進的熱泵與暖通技術(shù),可實現(xiàn)地?zé)崮艿拈_發(fā)再利用。該系統(tǒng)中冷熱源較為穩(wěn)定,可使空調(diào)系統(tǒng)始終保持較高的運行效率。
以蘇寧電器基地暖通設(shè)計工程為例,該項目位于江蘇南京軟件園內(nèi),屬于蘇寧電器總部的重要部分,建筑面積為221 098 m2,總高度為46.42 m,地上9 層,地下2 層。地下1 層為廚房、車庫與設(shè)備用房等,地下2 層為地庫與相關(guān)設(shè)備用房,1 層為會議中心與餐廳,2~9 層為辦公區(qū)。根據(jù)綠色建筑的要求,以尊重自然生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律、充分利用生態(tài)資源為設(shè)計原則,爭取以最少的資源消耗,最高的應(yīng)用效率,打造出健康綠色、舒適環(huán)保的宜居環(huán)境。
3.2.1 采光設(shè)計
餐廳區(qū)域設(shè)置高側(cè)窗,使室內(nèi)采光效果得以改善,可縮短照明設(shè)備的使用時間,節(jié)約電能。高側(cè)窗面積為542.11 m2,占餐廳面積的5.0%,使就餐區(qū)域采光系數(shù)超過2.8%。該項目外圍為玻璃幕墻,房間進深不足22 m,室內(nèi)采光效果良好;VIP大廳設(shè)置采光廊與天窗,主樓多個位置設(shè)置天窗用于采光。為了達到遮陽效果,且節(jié)約資金成本,綜合分析不同時段的遮陽情況,決定在東西方向幕墻設(shè)置可調(diào)節(jié)的外遮陽百葉簾,可緩解夏季太陽直接輻射產(chǎn)生的熱量,節(jié)約空調(diào)能耗。在玻璃幕墻中,每隔1 400 mm 安裝1 塊豎向玻璃翼板,同樣發(fā)揮遮陽效果。
3.2.2 通風(fēng)設(shè)計
采用CFD 系列軟件進行模擬分析,假設(shè)在夏冬兩種環(huán)境下進行工況模擬,對室外風(fēng)場分布情況進行分析,見表1。
表1 夏冬工況下風(fēng)場分布狀況
在夏季工況下,主要為東南風(fēng),該項目周圍區(qū)域沒有出現(xiàn)無風(fēng)區(qū),不會影響周圍空氣質(zhì)量。風(fēng)速控制在0.3~0.4 m/s,等值線距離約在0.31 m/s,滿足行人舒適度要求。該建筑前后壓差最明顯位置在東南角,壓差約為8 Pa,等值線距離約1 Pa,可促進室內(nèi)自然通風(fēng)。冬季主要為東北風(fēng),該建筑周圍風(fēng)速基本在0.3~3.5 m/s,等值線距離約0.32 m/s,滿足行人舒適度要求。該建筑周圍壓差最顯著位置在于東北角,迎風(fēng)側(cè)在1 Pa左右,等值線距離在1 Pa 左右,建筑主體前后壓差相對較低,可為冬季防風(fēng)節(jié)能提供便利。在建筑四周人行位置的風(fēng)速不足5 m/s,不會對建筑通風(fēng)產(chǎn)生不良影響,與綠色建筑的評價準則相符合。
3.2.3 蓄冷儲熱系統(tǒng)設(shè)計
空調(diào)制冷設(shè)備數(shù)量為4 臺,型號為855RT,冷水機組供回水溫度范圍在4~12 ℃,并額外設(shè)置蓄冷水槽,體積約5 200 m3,蓄冷范圍在4~12 ℃,制冷量為3 343 kW,滿載輸入功率為553.8 kW,COP(能效比)為5.46。蓄冷水池與末端冷凍水依靠板換連接,負荷側(cè)冷凍水供,回水溫度在7~13 ℃,板換負荷位置冷凍水泵利用變流量系統(tǒng),可在多種工況下使用。該項目的可再生能源包括太陽能、光伏發(fā)電兩種,太陽能電池板的面積為1 135 m2,單位面積年均日產(chǎn)熱水量可達到37 L,為地下1 層廚房區(qū)、淋浴區(qū)進行24 h 熱水供應(yīng);生活熱水的每日用量為37 m3,建筑內(nèi)全部生活熱水均源于太陽能。后者安裝在建筑外側(cè)BUS 站頂棚上,逆變器與計量柜安裝在地下1 層設(shè)備機房中,可為地下車庫提供照明電源;設(shè)計裝機容量為40.32 kW,在變壓器裝機中總?cè)萘康?.53%。
3.2.4 空氣調(diào)節(jié)設(shè)計
該項目內(nèi)部為大開間設(shè)計,通風(fēng)口為對稱分布,有助于自然通風(fēng),滿足室內(nèi)空氣舒適度要求??照{(diào)末端可靈活調(diào)節(jié),始終保持舒適溫濕度,在空氣回風(fēng)位置安裝CO2傳感器,在濃度超過設(shè)定值的情況下,自動開啟相應(yīng)的全熱交換新風(fēng)機,智能控制單元帶有時間、濃度、消防聯(lián)動、就地遠程、運行狀態(tài)監(jiān)控等功能,使室內(nèi)環(huán)境始終舒適良好[2]。
該項目根據(jù)DGJ32/J96—2010 規(guī)定進行熱工權(quán)衡判斷,結(jié)果與標準要求相符合。在額定工況下,冷水機組的性能、空調(diào)熱源鍋爐效率均滿足規(guī)定要求,在安裝蓄冷水槽后,需冷量可達到約35%。該建筑安裝能效管理系統(tǒng),包括采集計量單元、能效管理站、數(shù)字量表等內(nèi)容。該系統(tǒng)可針對建筑中空調(diào)、照明、動力與新風(fēng)方面的能源消耗量進行監(jiān)控,及時采集能耗信息,并分析能耗波動規(guī)律,將設(shè)備管理系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)等聯(lián)合起來,對設(shè)備控制策略進行優(yōu)化,由此提高能源管理效率,達到降低能耗的目標[3]。新風(fēng)量L0的計算公式為:
式中,n為房間內(nèi)換氣次數(shù);V為房間體積。送風(fēng)量L的計算公式為:
式中,Qs為空氣的顯熱量,J;Cp為空氣比熱容,J/(kg·℃);T1為空氣最初干球溫度,℃;T2為最終干球溫度,℃。全年能耗量見表2。
表2 全年能耗量
該項目實施新風(fēng)熱回收,對排風(fēng)內(nèi)余熱進行充分利用,通過熱交換器使熱量回收率超過60%;回收機組類型有兩種,規(guī)格見表3。例如,在30 000 m3/h 機組應(yīng)用中,一個夏季的電能節(jié)約量在46 314 kW·h,冬季可節(jié)約35 242 kW·h,全年可節(jié)約82 413 kW·h。
表3 全熱回收機組規(guī)格
綜上所述,在環(huán)保型社會背景下,綠色建筑成為建筑業(yè)發(fā)展的主流趨勢,人們也越來越能深刻體會到綠色建筑帶來的舒適感、安全感。傳統(tǒng)建筑發(fā)展使生態(tài)環(huán)境遭受大量破壞,暖通空調(diào)作為耗能大戶,理應(yīng)在綠色設(shè)計理念的引導(dǎo)下,通過合理的設(shè)計通風(fēng)、采暖、空氣調(diào)節(jié)等工序,充分發(fā)揮可再生能源的優(yōu)勢,引入太陽能技術(shù)、地源熱泵、水蓄冷等先進技術(shù),促進能源節(jié)約與利用,使暖通工程更加綠色高效。蘇寧易購地基作為綠色建筑,在暖通設(shè)計中注重通風(fēng)、采暖、可再生能源利用以及空氣調(diào)節(jié),依靠良好的節(jié)能環(huán)保設(shè)計,使熱量回收率超過60%,節(jié)約了大量能源消耗,真正實現(xiàn)了綠色建筑的設(shè)計目標。