福州市某城市综合体空调系统的设计及节能减排措施_胡真宾.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6福州市某城市综合体空调系统的设计及节能减排措施胡真宾（福建众合开发建筑设计院有限公司，福建 福州 350001）【摘要】为响应国家减排政策、平衡配电网负荷，以福州市某城市综合体项目为例，根据项目的气象气候条件和能源条件，结合福州市相关电价政策，选择城市综合体建筑空调冷源方案，设计城市综合体建筑空调系统，提出节能减排措施，从而优化资源配置和提高空调综合利用效率。以期为同类建筑的空调系统设计提供参考。【关键词】城市综合体；冰蓄冷；节能减排【中图分类号】TU83【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0103-030引言近年来，随着城市化进程加快、社会经济发展和人民生活水平提高，在各行各业经济发展的带动下，人们已经不满足于特定区域内的独立经济形式，而寻求多样化的区域经济。为了满足人们对生活、购物、休闲、娱乐和餐饮的需求，商业建筑的大体量化、多元性逐步成为区域经济发展的趋势，从而催生出城市综合体。城市综合体就是将各种生活功能和生活空间进行重新组合，而各部分存在相互关联、相互助益的一种综合性建筑。针对这种功能复杂、面积巨大的建筑类型，暖通空调设计也越来越复杂，不仅要满足设计规范要求，还要满足不同功能区域对环境舒适度的要求，同时兼顾总体建筑的协调一致1。1项目概况福州市某城市综合体项目建筑高度为 78 m，建筑层数为地上 10 层、地下 3 层，地上裙房部分提供大型商业服务，地上 14 层提供商业、餐饮、办公、影院等场所，510 层提供家居办公场所，地下为超市、设备用房和车库。2气象气候条件项目位于北纬 25402604、东经 1192311959，在福州市内。项目属中亚热带海洋性季风气候，气候暖和湿润，夏长少酷暑，冬短少霜雪。年平均气温为 19.3。1 月平均气温为 10.3，极端低温为-1.3；7 月平均气温为 28.3，极端高温为37.4。大多东北风。项目室外设计参数参照福州市的气象气候条件。夏季室外计算干球温度为 35.9，室外计算湿球温度为 28.0，室外平均风速为3.0 m/s，室外通风计算温度为 33.1；冬季室外计算干球温度为 4.4，室外计算相对湿度为 74%，室外平均风速为 2.4 m/s，室外通风计算温度为 10.9。根据福州市全年气象数据，该城市夏季温度高，且持续时间长，空调供冷期长，冬季平均温度不低于0。因此，项目夏季及过渡季节有制冷需求，冬季无采暖需求。3能源条件由于近几年国家大力提倡节能减排、优化能源结构、提高能源利用率，各级政府都颁布了各种能源优惠政策。福建省电价收费标准（2020 年）如表 1 所示。福建省蓄冷电价政策（2020 年）如表 2 所示。从表 1、表 2 可以看出，高低谷电价的差距非常明显，蓄冷技术的应用具有可行性，所以福州市某城市综合体项目将冰蓄冷方案与常规方案进行技术比较。4城市综合体建筑空调冷源方案4.1空调负荷特点城市综合体建筑功能复杂、人流较多，空调负荷电价类型时间段电价/（元 kWh-1）高峰时段 8:3011:30，14:3017:30，19:0021:000.946 4平峰时段7:008:30，11:3014:30，17:3019:00，21:0023:000.640 8低谷时段23:007:000.335 2表1福建省电价收费标准（2020年）电价类型时间段电价/（元 kWh-1）高峰时段 8:3011:30，14:3017:30，19:0021:000.640 8平峰时段7:008:30，11:3014:30，17:3019:00，21:0023:000.640 8低谷时段23:007:000.335 2表2福建省蓄冷电价政策（2020年）建筑 节能103DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.061LOW CARBON WORLD 2023/6主要有以下 4 个特点2。（1）城市综合体建筑空间大且比较封闭，人员密度高，新风负荷较大。且室内负荷比维护结构负荷大。（2）空调冷负荷受时间影响较大。室内负荷受多方因素影响，如人员流动频繁、室内设备散热明显等。（3）夜间存在部分低负荷运行时段。（4）空调整体运行负荷率偏低。4.2空调冷源方案比较针对建筑实际情况、各业态使用特点，比较两种空调冷源方案。（1）水冷冷水机组方案（方案一）。水冷离心机组（定频）+水冷螺杆机组：白天运行（运行时间为 9 h），冷冻水供回水温度为 6/12。（2）水冷冷水机组+冰蓄冷供冷方案（方案二）：夜间 23:00次日 7:00 开启蓄冰模式；白天 8:0022:00 开启双工况主机与蓄冰装置联合供冷（根据实际负荷开启相应台数的机组）；基载主机采用小冷量螺杆机，基载主机和蓄冰装置根据末端负荷情况独立或联合开启。结合设备投资情况及运行费用的汇总，两个方案经济性比较如表 3 所示。内容方案一方案二冷水机组容量/kW8 2805 760机房设备用电功率/kW2 3841 623机房设备配电容量/kVA2 5001 800初投资机房设备投资概算/万元835.801 086.09机房配电设施费/万元200.00144.00合计/万元1 035.801 230.09运行费用100%空调负荷日电费/（元 d-1）16 0631 180575%空调负荷日电费/（元 d-1）1 25168 32950%空调负荷日电费/（元 d-1）8 6595 23625%空调负荷日电费/（元 d-1）4 6482 797每年空调电费合计/万元187.4120.2投资回收年限/年3.722.89表3两个方案经济性比较冷水机组名义制冷量/kW台数输入功率/kW制冷效率制冷综合性能系数水冷冷水机组4502775.716.10水冷离心机组1 40612306.106.602 11023406.206.70表4主要设备节能性能参数从表 3 可以看出，与方案一相比，方案二的设备投入多，初投资费用较高，但运行费用较低，整个项目的回收期处在一个合理的范围内，因此，最终选择方案二。5城市综合体建筑空调系统设计5.1冷源特点福州市某城市综合体项目的方案二中冰蓄冷系统采用部分负荷蓄冷方式，双工况机组+小冷量基载机组设置。双工况主机位于系统上游高温段，蓄冰装置位于下游低温段，合理控制融冰速率，可提高制冷效率3。设置板式换热器隔离蓄冰系统的乙二醇管路和末端水系统管路。冷却水系统配置低噪声节能冷却塔，冷却塔风机带变频装置，冷却供回水管设置旁通管。整个系统可根据末端负荷情况切换以下 4 种模式。（1）末端有极低负荷运行：双工况主机制冰，基载主机单独供冷。（2）末端有较低负荷运行：蓄冰装置融冰单独供冷，关闭双工况主机。（3）末端有较高负荷运行：开启双工况，主机双工况主机单独供冷。（4）末端有极高负荷运行：双工况主机与蓄冰装置融冰联合开启运行。主要设备节能性能参数如表 4所示。空调系统的电冷源综合制冷性能系数如表 5所示。5.2末端水系统设计福州市某城市综合体项目空调采用一次泵变流量系统，负荷侧采用比例积分调节阀或电动两通阀变流量运行，离心式冷水机组所允许的最低流量为建筑 节能104LOW CARBON WORLD 2023/6冷水系统装机制冷量/kW冷水机组功率/kW冷却水泵功率/kW冷却塔功率/kW电冷源综合制冷性能系数值规范限值系统一90015437154.404.1系统二8 721910180455.684.6表5空调系统的电冷源综合制冷性能系数额定流量的 30%，螺杆式冷水机组所允许的最低流量为额定流量的 50%。冷冻和冷却水泵设置变频器之后，可根据冷却供回水温差改变的情况，调整循环泵转速，冷却塔风机设置变频器之后，可根据冷却水温自动调控变频器，开启相应台数冷却塔。合理布置末端水系统及管径大小，最大限度减少末端水系统水力不平衡的问题。福州某城市综合体项目水系统两管制竖向和水平均为异程设计。考虑到单层面积较大，末端水系统较为复杂，仅依靠选择合理的管径已经不能满足平衡水力的要求。因此，在各水系统回路及各层水平系统回路回水管道上均设置静态平衡阀，末端空调机组水路设置比例积分调节阀，其中步行街吊装机组处设置电动两通阀。考虑到末端风机盘管和空调机组的阻力相差较大，以及为了今后业态运营管理的便捷性和末端的水力平衡，分别为水系统空调机组和风机盘管单独设置多个回路。5.3空调风系统设计根据业态分布特点，城市综合体建筑中的主力店、影院、门厅等大空间区域设置单风道定风量全空气系统，设备采用位于空调机房内的立式或卧式空调机组，送回风风管采用上送上回的方式，室内回风与室外新风混合处理。新风系统设置电动调节阀和初中效过滤段，满足过渡季节全新风和大比例新风运行，回风口设置二氧化碳检测装置，新风入口设置电动调节阀，其风阀开度根据二氧化碳浓度进行调节，排风机根据新风量相应调整排风量。在设置全空气系统的区域中设置机械排风系统。为满足风量平衡，机械排风系统应设置大小两台风机，大风机排风量满足最大新风比运行时的排风要求，小风机排风量满足空调季设计最小新风量排风要求。所有空调机组的风机均设置变频装置，所以可根据室内温度与设定值偏差，自动调节送风机转速。小开间的店铺以及办公、商管等区域设置风机盘管+新风系统，新风经过处理后应直接送入房间，按室内状态点的等焓线与 90%95%相对湿度线交点取值，不承担室内冷负荷4。针对城市综合体建筑的送排风情况，进行整体风平衡计算，系统总排风量略小于总送风量，维持大楼系统的微正压。6节能减排措施（1）福州市某城市综合体项目的双工况主机及基载主机设备，采用两大一小的配置，保证设备始终在制冷效率高的区域运行，同时也保证夜间低负荷工况下设备运行的合理性，避免了“大马拉小车”的现象发生。（2）设计冷冻水供回水温度为 6 C/12 C。与常规的 5 C 温差供冷系统相比，6 C 温差供冷系统可大幅降低水泵和末端设备的能耗，从而降低整个空调系统运行的费用。（3）设置变频装置。水泵的变频装置可根据水路的压差变化，自动调整转速，从而减少水泵能耗5。空气处理机组的风机变频设置以及风阀的联动控制，可为空调风系统的节能减排提供技术支撑。7结语目前福州市某城市综合体项目已投入使用，效果良好。大型公共建筑的能耗始终是节能减排应该重点关注的内容，让空调主机、末端设备及水系统管路始终处于空调系统高效运行的区域，最大限度降低运行能耗，实现节能减排的目的。因此，在城市综合体建筑的设计中，设计人员要掌握设计思路，重视节能理念，为人们提供更为舒适、稳定的环境，推动建筑向节能化、现代化和智能化的方向发展。参考文献1 李薇，王晓鸥.浅谈城市综合体建筑空调节能的设计J.科学与财富，2011（2）：244-245.2 田海峰.大型公共建筑暖通空调系统设计研究J.住宅与房地产，2016（18）：158-159.3 张杰，李晓志，刘树春.冰蓄冷系统中主机制冷量的确定J.暖通空调，2006（2）：60-66.4 黄海燕.天津市某商业综合体暖通空调设计J.广州建筑，2016，44（4）：9-13.5 宁晓波.某大型商业建筑暖通空调的节能优化设计J.建材与装饰，2017（44）：96-97.作者简介：胡真宾（1981），男，汉族，浙江缙云人，本科，高级工程师，主要从事暖通空调设计工作。建筑 节能105