石海娟

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和城市化進程的不斷推進，建筑的能源消耗總量日益增加，2020年我國提出碳排放力爭在2030年前達到峰值，努力爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和[1]。我國2020年建筑運行總能耗為10.6億tce，其中公共建筑總能耗（不含北方供暖）為3.46億tce，占建筑總能耗的33%[2]。在我國公共建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)是最主要的耗能設備，其運行能耗可以占建筑總能耗的50%～60%[1]。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計十分重要。本文將探討珠海某超高層建筑的空調(diào)節(jié)能設計，并對其室內(nèi)熱舒適性進行分析。

1 工程概況

本工程位于在廣東省珠海市橫琴新區(qū)，是集公寓、辦公、商業(yè)、餐飲為一體的綜合性大樓，是三星級綠色建筑。本工程地下4層，地上41層，總建筑面積約200 158.84 m2，最高建筑高度為159.9 m，其中南塔高159.9 m，北塔高99.9 m。其中負四～負二層為地下車庫及設備管理用房；負一層為機電設備用房及局部商業(yè)用房；首層～四層為裙樓商業(yè)區(qū)域；北塔5～23層為辦公區(qū)域；南塔5～10、12～21層為辦公區(qū)域，23～34、36～41層為公寓，11、22、35層為避難層。

2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計

2.1 采用大溫差供水

根據(jù)橫琴新區(qū)的規(guī)劃情況，本工程空調(diào)主要冷源采用橫琴新區(qū)內(nèi)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱、集中供冷技術提供的冷凍水。區(qū)域供冷管網(wǎng)供給用戶的冷凍水供水溫度為4℃，回水溫度為12℃。本工程的地下二層設換熱站，換熱站內(nèi)設置水-水板式熱交換器，把區(qū)域供冷系統(tǒng)提供的冷凍水作為一次冷媒水，本工程的二次冷凍水經(jīng)水-水板式熱交換器換熱（熱效率可達95%）后，為大樓空調(diào)提供冷水。二次側冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度為6℃/13℃，溫差為7℃。7℃大溫差供水可減小輸水管徑、減少輸送能耗。商業(yè)（低區(qū)）、辦公（中區(qū)）、公寓（高區(qū)）的空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)泵耗電輸冷比分別比規(guī)范[3]規(guī)定值降低43.9%、43.8%、47.2%。

2.2 采用變流量系統(tǒng)

本工程二次側空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵變水量雙管制系統(tǒng)，采用高位膨脹水箱定壓。板式換熱器、冷凍水泵、電動水閥一一對應聯(lián)鎖運行，冷源系統(tǒng)根據(jù)冷量（用自動監(jiān)測流量、溫度、壓差等參數(shù)計算出冷量，自動發(fā)出信號）控制板式換熱器的啟停次數(shù)及其對應冷凍水泵的啟停臺數(shù)，并可更進一步變頻調(diào)節(jié)冷凍水泵的流量，主機允許流量變化。

2.3 全空氣系統(tǒng)全新風運行和調(diào)節(jié)新風比

本工程負一層商業(yè)大空間采用一次回風定風量全空氣系統(tǒng)。在供冷期根據(jù)室內(nèi)外的焓值確定新風量，當室外空氣焓值低于室內(nèi)空氣焓值時采用可調(diào)新風比（＜50%），可全新風運行，空氣處理機組最大限度利用室外新風，減少空調(diào)能耗。另外還設置二氧化碳監(jiān)測裝置，當二氧化碳濃度超標時將增大新風比例。

2.4 設置排風熱回收空調(diào)機組

本工程地下商業(yè)大空間區(qū)域設置蒸發(fā)式全熱回收空調(diào)機組，通過設備內(nèi)部的溶液循環(huán)系統(tǒng)回收排風冷量，并對新風進行預冷，既節(jié)約了新風負荷，又能徹底避免新/排風交叉產(chǎn)生污染問題。

2.5 合理選用空調(diào)末端

本工程合理選用空調(diào)末端，以降低通風空調(diào)系統(tǒng)的風機能耗。負一層商業(yè)大空間采用一次回風定風量全空氣系統(tǒng)，商鋪、辦公小面積房間采用風機盤管加獨立新（排）風系統(tǒng)，空調(diào)氣流組織為上送上回。本工程各風系統(tǒng)中，普通機械通風風機的單位風量耗功率最大為0.208 W，空調(diào)風機為0.209 W，比節(jié)能標準[4]的規(guī)定值分別降低22.96%、12.92%。

2.6 室內(nèi)空氣品質實時監(jiān)測

本工程負一層商業(yè)大空間設置二氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)回風二氧化碳濃度與設定值的差值比較自動調(diào)節(jié)新風電動對開式多葉調(diào)節(jié)閥的開度，以保障室內(nèi)空氣品質。地下車庫區(qū)域設置室內(nèi)一氧化碳濃度監(jiān)測系統(tǒng)，并聯(lián)動其區(qū)域內(nèi)的排風機。一氧化碳濃度高于30ppm，風機啟動，低于20ppm，風機關閉，如此既能保證地下車庫的空氣品質，又能實現(xiàn)通風節(jié)能[5]。

3 室內(nèi)熱舒適性模擬分析

采用CFD軟件對本工程商業(yè)大空間和辦公室室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的熱舒適性進行模擬分析，分析平均熱感覺指數(shù)（predicted mean vote,PMV）、預測不滿意百分率（predicted percentage of dissatisfied,PPD）是否滿足規(guī)范[3]的規(guī)定。

3.1 幾何模型

商業(yè)大空間和北塔樓辦公室室內(nèi)熱舒適性模擬分析模型及網(wǎng)格效果分別如圖1～圖4所示。

圖1 商業(yè)大空間模型效果

圖2 商業(yè)大空間網(wǎng)格效果

圖4 北塔樓辦公室網(wǎng)絡效果

3.2 空調(diào)系統(tǒng)及參數(shù)設置

室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的空調(diào)方式采用風機盤管加獨立新風系統(tǒng)，送風口采用方形散流器風口，上送上回，均勻布置，室內(nèi)氣流分布均勻。本工程典型空間熱舒適性模擬模型的設計參數(shù)如表1所示。

表1 室內(nèi)設計參數(shù)

圖3 北塔樓辦公室模型效果

3.3 模擬結果

3.3.1 商業(yè)大空間PMV-PPD模擬結果

圖5、圖6分別為本工程商業(yè)大空間不同區(qū)域的PMV與PPD水平分布情況。由圖5、圖6可知：商業(yè)大空間的PMV基本處于0.475～1.00，PPD基本處于20.0%以下。

圖5 商業(yè)大空間不同區(qū)域的PMV水平分布

圖6 商業(yè)大空間不同區(qū)域的PPD水平分布

3.3.2 北塔樓辦公室PMV-PPD模擬結果

圖7、圖8分別為本工程北塔樓辦公室不同區(qū)域的PMV與PPD水平分布情況。由圖7、圖8可知：辦公室的PMV基本處于0.000～0.625，PPD基本處于16.0%以下。

圖7 北塔樓辦公室的PMV水平分布

圖8 北塔樓辦公室的PPD水平分布

3.4 室內(nèi)熱舒適性分析

通過采用CFD軟件對本工程室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的熱舒適性進行模擬分析可知：商業(yè)大空間的PMV基本處于0.475～1.000，PPD基本處于20.0%以下；北塔樓辦公室的PMV基本處于0.04～1.0，PPD基本處于27.0%以下，基本滿足規(guī)范[3]Ⅱ級熱舒適的要求。

4 結語

本工程的空調(diào)設計采用大溫差供水、變流量系統(tǒng)、可調(diào)新風比、排風熱回收、室內(nèi)空氣品質實時監(jiān)控等節(jié)能措施，并采用CFD軟件對本工程室內(nèi)空調(diào)區(qū)域的熱舒適性進行了模擬分析，分析結果滿足Ⅱ級熱舒適的要求。本工程的空調(diào)設計既節(jié)能，又能滿足室內(nèi)熱舒適性要求，為同類型超高層建筑的空調(diào)系統(tǒng)設計提供了參考。