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        新型節(jié)能設(shè)計理念在暖通設(shè)計中的應(yīng)用分析

        2023-03-06 10:18:46徐大花
        佛山陶瓷 2023年2期
        關(guān)鍵詞:建筑系統(tǒng)設(shè)計

        徐大花

        (嘉峪關(guān)市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司,嘉峪關(guān) 735100)

        1 前言

        大型公共建筑的節(jié)能具有重要性和必要性,對于節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的作用都十分巨大。由于設(shè)計形式不同,每個建筑也會采用不同的空調(diào)設(shè)備,因而能耗存在較大差異,但也從側(cè)面反映出這些建筑在空調(diào)系統(tǒng)方面巨大的節(jié)能潛力,這就需要在設(shè)計時,比較各種方案,做出最優(yōu)選擇。如果在設(shè)計的初期就可以通過計算機(jī)進(jìn)行仿真模擬,全方位的評估各種設(shè)備的能耗量,對于大型公共建筑的設(shè)計就會起到錦上添花的作用,目前這已經(jīng)成為改善大型公共建筑的重要法寶。

        2 大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

        比較大的公共使用建筑通常是把住所、辦公場所、商場、娛樂等多種功能的設(shè)施進(jìn)行集中,功能相對復(fù)雜一些。像是擁有多項能力的建筑,對建筑的每一個特有的作用以及特征進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)建筑中的某些功能經(jīng)常出現(xiàn)高負(fù)荷的情況,特別是對于能量消耗較多的空調(diào)系統(tǒng)而言,將節(jié)約能源的觀念進(jìn)行推廣是非常重要的。當(dāng)前,國內(nèi)對于節(jié)能技術(shù)的使用,大都體現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)的使用中,在公共建筑中運(yùn)用的比較少。

        2.1 準(zhǔn)確計算冷熱負(fù)荷及選擇恰當(dāng)?shù)睦錈嵩?/h3>

        在空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行的過程中,冷(熱)負(fù)荷是最基礎(chǔ)的標(biāo)志。將冷(熱)負(fù)荷進(jìn)行減少將會對制冷機(jī)、供熱鍋爐、冷熱水循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)盤等設(shè)備的型號,進(jìn)而將系統(tǒng)進(jìn)行初投資的比例降低,同時降低配電功率。這是實現(xiàn)降低能耗最根本的方法。《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019.2003要求“只有在方案以及初始狀態(tài)時能夠運(yùn)用冷負(fù)荷指標(biāo),其他時間段作業(yè)中應(yīng)該將空氣調(diào)節(jié)區(qū)進(jìn)行操作,使得冷負(fù)荷能夠被核算出來,”所以當(dāng)公共建筑進(jìn)行施工中,需要對中央空調(diào)進(jìn)行設(shè)置時,需要將建筑物中的各個房間的夏季得到的熱量、冬季揮發(fā)的熱量進(jìn)行系統(tǒng)的計算,采用逐時計算的方法。相加計算得出建筑物冷負(fù)荷數(shù)值。以此能夠求得制冷機(jī)能夠產(chǎn)生的制冷量。以此來確認(rèn)建筑物房間空調(diào)設(shè)置的方式。一般情況下進(jìn)行系統(tǒng)所需負(fù)荷計算的過程是比較復(fù)雜的,需要將諸多氣象信息、圍護(hù)結(jié)構(gòu)有關(guān)信息進(jìn)行搜集,大型的公共建筑若是使用人工對負(fù)荷進(jìn)行評估,工作量較大,但是目前的工程設(shè)計工期都是比較短的,使用人工進(jìn)行負(fù)荷核算的方式目前已經(jīng)不再適用。負(fù)荷計算軟件的產(chǎn)生,提高效率,同時也減少了進(jìn)行計算負(fù)荷的時間。

        在進(jìn)行空調(diào)冷(熱)源的選取過程時,制冷主機(jī)最經(jīng)常見到的方式主要是離心式、螺桿式、活塞式等大型冷水機(jī)組。主機(jī)主要是按照最大的負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計。針對不同的工況,他們都具有不同的曲線。在適合這條曲線的軌跡運(yùn)行時,此時的主機(jī)的工作處于最穩(wěn)定的狀態(tài),耗能最小,并且能夠達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

        熱源大多是使用中型工業(yè)鍋爐、小型工業(yè)鍋爐、城市熱網(wǎng)。對鍋爐而言,鍋爐在作業(yè)中的工作小籠包以及產(chǎn)生的熱量成正比的關(guān)系。所以在對鍋爐陪之前,需要對建筑物夏季、冬季的負(fù)荷情況進(jìn)行詳盡了解。

        空調(diào)機(jī)組在進(jìn)行配置的過程中不能簡單的將容量機(jī)組進(jìn)行組合,這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障,不能靈活使用。機(jī)組臺數(shù)比較少,這表明單臺機(jī)組進(jìn)行制冷需要承擔(dān)的負(fù)荷比較大,當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)臺數(shù)較多情況時,單個機(jī)組的容量會相應(yīng)下降,機(jī)組COP隨之下降,能耗將會變高。多機(jī)頭機(jī)組若是被不恰當(dāng)使用,將會增加出錯點。所以,應(yīng)該根據(jù)全面負(fù)荷的實際情況,進(jìn)行科學(xué)合理配置。

        2.2 風(fēng)系統(tǒng)計算中的節(jié)能

        對新風(fēng)進(jìn)行正確的處理,目前看來能夠有效的實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。在空調(diào)系統(tǒng)的環(huán)境下,人們需要保持自身的健康狀態(tài),這就要求使用回風(fēng)時不能夠?qū)⑿嘛L(fēng)進(jìn)行無限量的減少,新風(fēng)在送風(fēng)的占比應(yīng)該大于10%。風(fēng)機(jī)風(fēng)量=風(fēng)速V×風(fēng)道截面積F的乘積。風(fēng)速V與風(fēng)道截面積F的乘積能夠進(jìn)行設(shè)置,分為總送風(fēng)量以及最小新風(fēng)量兩個調(diào)節(jié)檔。室外空氣焓值比室內(nèi)空氣焓值大時,使用最小調(diào)節(jié)檔;室外空氣焓值<室內(nèi)空氣焓值,使用全新風(fēng)運(yùn)行,并且可以關(guān)閉冷源以及水系統(tǒng)。遮陽能夠有效的進(jìn)行節(jié)能,并且能夠改善室內(nèi)得空氣質(zhì)量。部分建筑物在冬天時依然需要進(jìn)行冷氣的提供,風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的含義:由一個或多個風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組和冷熱源供應(yīng)系統(tǒng)組成。它使用冷卻塔的形式進(jìn)行冷氣的提供,主要原因是新風(fēng)的風(fēng)量沒有辦法增長。對風(fēng)機(jī)的節(jié)約能源的效果,通過(ATF)進(jìn)行表述??梢砸娤旅婀剑?/p>

        其中Q——輸送的顯熱量(kW);

        Σp——送回風(fēng)機(jī)的輸入功率(kW)。

        風(fēng)管應(yīng)該使用質(zhì)量優(yōu)等的原材料,加強(qiáng)保溫隔熱的性能,對保溫層的厚度的設(shè)置需要滿足兩點:一、預(yù)防結(jié)露,二、具有節(jié)約能源的功效。與此同時,還需要確保風(fēng)系統(tǒng)的緊密型,緊密型不過關(guān)的系統(tǒng),漏風(fēng)現(xiàn)象將會造成送風(fēng)量的損失,約占5%-10%,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過合理的范圍,所以應(yīng)該選取密封性特征優(yōu)質(zhì)的設(shè)備,做好密封工作,對質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)審。

        2.3 水系統(tǒng)節(jié)能

        空調(diào)的水系統(tǒng)一般包含冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)以及冷凝水系統(tǒng)三種。水系統(tǒng)進(jìn)行輸送配置電,在冬季供暖期間占據(jù)建筑物總用電量的20%-25%;夏季供冷期間占12%-14%,因此水系統(tǒng)在節(jié)能方面有較好的效果,并且具有重要的意義。

        (1)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)。一般條件下,使用封閉式冷卻水的系統(tǒng)。

        (2)對每個環(huán)節(jié)進(jìn)行平衡的計算。設(shè)計人員應(yīng)該將水系統(tǒng)的設(shè)計重視起來,使得各個環(huán)路的水力能夠達(dá)到平衡,并且需要對空調(diào)水系統(tǒng)(系數(shù))的統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格檢查,使得節(jié)能設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求,增加水系統(tǒng)的供回的水溫差,這樣可以將水量減少,節(jié)省輸送耗能。

        (3)冷卻塔的節(jié)能。在冷卻水系統(tǒng)正常作業(yè)的過程中,冷卻塔的地位是比較核心的。冷卻塔的性能在一定程度上會產(chǎn)生較大的影響,能夠作用于空調(diào)系統(tǒng)。因此冷卻塔的選取比較重要,主要是針對地區(qū)的氣候狀況等。

        (4)減少系統(tǒng)中水的耗水量。在冷凍水系統(tǒng)中,冷凍水的功能是中間承載冷能源,因此在系統(tǒng)運(yùn)行時,需要對系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管,使得排污閥能夠正常作業(yè),節(jié)約水源。對于排污閥來講,水資源的浪費是在所難免的,但是只有將水系統(tǒng)的清潔工作做到位,水資源的節(jié)約將會變得更有效果。

        (5)使用變頻技術(shù),也可以稱為變水量系統(tǒng)。變頻技術(shù)主要應(yīng)用在兩個方面:水泵以及冷水機(jī)組,但是相對于冷水機(jī)組來說,變頻技術(shù)主要在水泵上進(jìn)行使用,水泵主要依靠最大設(shè)計負(fù)荷進(jìn)行評估,大約有10%的雨量。在大多數(shù)情況下,實際負(fù)荷<設(shè)計負(fù)荷。全年負(fù)荷承載在50%。當(dāng)系統(tǒng)處于流量固定的狀態(tài)時,在大部分的工作時間中,冷凍水以及冷卻水的溫差在1.0-3.0℃,意味著:溫差較低、流量較大的狀態(tài)下進(jìn)行工作業(yè),這對管路系統(tǒng)來說,能源消耗將會變大,并且出現(xiàn)能源浪費的現(xiàn)象。

        3 工程概述

        3.1 建筑概況

        建筑工程項目的地點位于甘肅地區(qū)某市內(nèi),整個建筑的領(lǐng)域達(dá)到26985m2,建筑的高度是99.2 m2。建筑物的概況:地上28層,一至五層是商業(yè)用房,第六層作為商業(yè)中心,7-24層是辦公用房,24-28層是商業(yè)用房。

        3.2 空調(diào)系統(tǒng)類型

        建筑周邊各部分的功能是不同的,因此選取不同種類:

        空調(diào)系統(tǒng):一、全空氣空調(diào)系統(tǒng),適用范圍1-6層、24-28層,這些都是大空間的場地;二、風(fēng)機(jī)盤管加上獨立新風(fēng)系統(tǒng),適用范圍:7-24層辦公用房。

        把甘肅地區(qū)當(dāng)作范例,甘肅的夏天酷熱,太陽照射也相對十分直接,冬天的太陽照射相對少,陰冷天氣增多,為了能夠達(dá)到建筑節(jié)能的目的,需要使用相關(guān)進(jìn)行遮蔽陽光的設(shè)備。當(dāng)前,諸多公共建筑使用的是自控可以自己調(diào)節(jié)遮陽的裝置,能夠?qū)κ覂?nèi)的照度進(jìn)行分布,避免產(chǎn)生眩光的現(xiàn)象發(fā)生,控制原理是光控,能夠具有自動識別性,通過對室外日照情況進(jìn)行識別分析,對遮陽進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。使得室內(nèi)的熱環(huán)境和光環(huán)境在一個穩(wěn)定的狀態(tài)下,這對節(jié)約一定的能源消耗具有重要作用。

        為了能夠使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越規(guī)范化,《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中,將圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類,氣候不同的地區(qū)限制也不盡相同。舉例夏熱冬冷地區(qū),可以見表1。

        表1 夏熱冬冷地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)限值[2]

        4 空調(diào)類型對負(fù)荷的影響及熱回收裝置節(jié)能分析

        HAP中,對系統(tǒng)設(shè)計的定義進(jìn)行了引進(jìn),運(yùn)用在了負(fù)荷計算過程中。得出的計算結(jié)果與系統(tǒng)的實際運(yùn)行相比,相差不大。所以,將配置熱回收裝置的系統(tǒng),與傳統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行對比,分析產(chǎn)生的影響。

        空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行的過程中,對于空調(diào)換氣排氣造成的能量的帶走經(jīng)常會不被考慮在內(nèi),致使能量被浪費。若是在風(fēng)系統(tǒng)中進(jìn)行熱回收裝置的配備,對排風(fēng)的中的舊風(fēng)加以利用,產(chǎn)生一定的熱量從而節(jié)省能源,從而可以使得得到新風(fēng)需要的能量降低。機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行降低,以此來提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。先使用HAP對影響進(jìn)行定量的比較,商場層中設(shè)置進(jìn)行排風(fēng)的回收的裝置,也就是使用全熱換芯體的新風(fēng)。排氣換氣設(shè)備。使得新風(fēng)、排風(fēng)能夠進(jìn)行換氣。盡可能的使得排風(fēng)的顯熱(冷)以及潛熱(冷)換置至新風(fēng)的環(huán)境中,可見圖1。

        圖1 VAV系統(tǒng)節(jié)能效果示意圖

        從圖中可以看出VAV的每月節(jié)能率,從上圖中可以看出,整體上夏季的VAV節(jié)能率與冬季相比是較低的,特別是在6-9月份,早晚的負(fù)荷相對依舊是比較低的,送風(fēng)量也有調(diào)節(jié)的余地。所以,VAV系統(tǒng)在節(jié)能上仍然有進(jìn)步的空間。1月份達(dá)到了63.4%,全年平均的節(jié)能率是51.2%。

        空調(diào)在處于作業(yè)的工作狀態(tài)時,大多數(shù)時間是部分負(fù)荷的工作形式,占據(jù)總的運(yùn)行時間的百分之十。在全年的工作中,平均負(fù)荷率是40%,將送風(fēng)量進(jìn)行一定的改變,能夠?qū)Ψ块g的空調(diào)參數(shù)進(jìn)行維持,這是VAV的定義。但是在國內(nèi)當(dāng)前應(yīng)用出現(xiàn)兩個主要的因素不利于VAV的發(fā)展。一、進(jìn)行初始投資比例較大。因為VAV系統(tǒng)的設(shè)備是比較多并且較依賴進(jìn)口的,這使得初始投資的費用相對較高;二、技術(shù)層面受到制約。相對于國內(nèi),國外的兩項技術(shù)之間關(guān)系密切,進(jìn)行了技術(shù)的結(jié)合較先進(jìn),國內(nèi)當(dāng)前還處于初級發(fā)展階段,技術(shù)比較落后,所以盡管此技術(shù)進(jìn)行節(jié)能的效率比較高,但是設(shè)計人員仍然有比較多的顧慮。

        5 總結(jié)

        本文以暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計應(yīng)用于公共建筑為案例進(jìn)行了研究,本文概述了公共建筑空調(diào)節(jié)能設(shè)計研究相關(guān)背景及本文研究思路基礎(chǔ)上對建筑設(shè)計中暖通空調(diào)建筑負(fù)荷計算相關(guān)理論進(jìn)行了闡述。最后以甘肅地區(qū)某市某大型公共建筑進(jìn)行概述,對該建筑物中空調(diào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析討論,站在冷熱負(fù)荷的角度上,得出了最常見并且最佳適用的幾種節(jié)約能源的技術(shù)。本文基于理論結(jié)合案例進(jìn)行設(shè)計模擬進(jìn)一步驗證了大型暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于大型公共建筑的適宜性能及未來趨勢在環(huán)保節(jié)能中的重要作用。

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