東北大廈空調系統的綠色節能設計*

王 巖

東北大廈位于哈爾濱路北京街交口，定位為集會議型酒店和寫字間為一體的綜合建筑，整體按五星級酒店標準設計，地上部分主樓21層，裙房3層。建筑高度84.90 m，總建筑面積60927 m2。由于該建筑是在原有規劃基礎上從功能上進行改建和擴建的項目，因此在再次建設中處處體現了節能環保的綠色設計理念。該建筑中的空調系統，為使用者提供健康、舒適、低耗、無害辦公和生活空間，充分體現了項目空調系統的綠色節能設計理念。

1 室內外設計參數

1.1 室外設計參數

夏季:空調干球溫度31.4℃，濕球溫度25.4℃，通風溫度28℃，室外風速2.9 m/s。冬季:采暖計算溫度-19℃，空調干球溫度-22℃，通風溫度-12℃，室外風速3.1 m/s。

1.2 室內設計參數

室內設計參數見表1。

表1 室內設計參數

2 中央空調冷熱源

2.1 地下水地源熱泵

根據沈陽市政府的要求，新建公共建筑冷熱源首選熱泵系統。由于投資限制，地下水地源熱泵成為第一選擇。地下水地源熱泵系統以地下水為低位熱源，冬季通過熱泵給建筑物供熱，夏季將建筑物內的熱量轉移到大地，實現建筑物制冷的同時也保持了地下水溫度的基本恒定。所以地下水地源熱泵技術可以實現節能環保和經濟高效。沈陽地區地下水量豐富，含水層厚度較大，導水能力強，主要含水層為全新統的沖積層和上更新統的沖洪積層，取水深度為50 m～80 m，比較適合水源熱泵系統的使用。但經過對東北大廈周圍環境的進一步考察發現無法使用水源熱泵。

2.2 蒸汽型溴化鋰制冷機組

蒸汽壓縮式制冷機(螺桿機)占地面積小、制冷效率高，是一種比較理想的冷源。但東北大廈為了解決熱水供應問題，在不能使用地下水水源熱泵的情況下，必須要接入蒸汽或熱水。在距離東北大廈1.2 km處，沈陽鐵路局有一處蒸汽鍋爐房，經過計算，可以滿足東北大廈的用汽要求，于是考慮使用蒸汽型溴化鋰制冷機的方案。經過計算，東北大廈的總冷負荷為4 080 kW，冷指標73 W/m2，故選擇兩臺大連三洋產SG-52M型雙效溴冷機。單臺制冷量2 040 kW，蒸汽壓力0.6 MPa，冷水進出口溫度7℃/12℃，冷水流量351 m3/h，冷卻水流量 589 m3/h，冷卻水進出口溫度32℃/37.5℃。

2.3 熱源

采用溴化鋰制冷機組的另一個原因是造價問題:冬季供暖如果接供暖公司的熱網，需要交納掛網費600萬元，如需要接蒸汽網滿足熱水供應，需交蒸汽掛網費 400萬元，合計 1 000萬元，如果接沈陽鐵路局的鍋爐房，不需交掛網費，僅需支付熱網工程費用500多萬元就可以全部解決東北大廈的冷熱源問題。所以東北大廈冬季供暖采用兩臺波節管式汽水換熱器。經過計算，東北大廈冬季熱負荷為3 186 kW(包括地下一層熱風供暖)。熱指標52.30 W/m2，汽水換熱器型號:BH700-28-L。參數:供回水溫度60℃/50℃，供熱量 1 810 kW，蒸汽壓力0.3 MPa。

3 空調水系統

空調水系統為一次泵定水量、雙管制系統。共設四臺冷凍水泵，冬季兼作熱水循環泵。補水系統也是冬夏兼用。循環水泵型號:NK80-200，流量212 m3/h，揚程30 m H2O。與制冷機組(冬季為換熱器)采用先并后串連接方式，這種連接方式的好處是水泵/冷水機組可以互為備用，機房內管路相對簡單。控制方式:空調末端(空氣處理機和風機盤管)設備設電動兩通閥，分水缸、集水器之間設DN200旁通管，旁通管設壓差控制閥(TCYC-200)和電磁流量計。旁通閥的開度與流量應成線性關系。

4 空調風系統

寫字間、客房及小型會議室等房間采用風機盤管加新風空調方式，風機盤管設在房間吊頂內，雙層百葉風口頂送，單層百葉風口頂回。新風由新風機組將室外空氣處理后直接送到各個房間。為便于調節，一層大堂也采用風機盤管加新風空調方式。大門處用電熱風幕封閉。新風機組采用吊裝形式，設于新風機房內。室內設溫控開關與水管路的電動兩通閥配合。二層宴會廳室采用全空氣系統，設兩臺組合式空調機組，型號為MDM1012，風量25 000 m3/h，制冷量 165.80 kW，機外余壓 400 Pa，電機功率11 kW。設有混合段、初效過濾段、中效過濾段、表冷段、高壓水加濕段及垂直送風段。同時設有電動新、回風調節閥以調節新、回風混合比。三層大會議廳因層高較高(凈高6.9 m)、面積大(1 352 m2)、使用頻率較低，為保證冬季供暖的效果，采用全空氣系統輔以地板輻射供暖方式。在舞臺及側臺部分敷設地熱管，以保證大會議廳不使用時，可以保證5℃，而不用開啟空氣處理機，起值班采暖作用，這樣可以大幅度節能。兩臺空氣處理機的型號:MDM1315，參數:風量 40 000 m3/h，制冷量 282.52 kW，機外余壓400 Pa，電機功率15 kW。地下一、二層車庫僅考慮冬季供熱工況，各設一臺MDW200H吊頂式空調機組，供熱量為325 kW，風量為20 000 m3/h。

5 通風及防排煙系統

地下一、二層車庫平時按5次/h～6次/h排風，送風采用新風機組加誘導系統，冬季送熱風，夏季采用自然風;著火時，按6次/h排煙，排煙風機采用消防風機，風機入口設280℃防火閥。著火時，補風采用新風機組補風，誘導器關閉。

地下一、二層設備用房送排風系統按防火分區設置，每區設若干個防煙分區，每個防火分區內設一送排風機房，每個防煙分區內設一常閉風口。著火時，著火區排煙口打開，風機高速排煙。平時按5次/h機械通風，風機低速運行，地下二層配電室平時按4次/h機械通風，著火時排煙，風口采用常開單層百葉風口。消防風機入口設280℃防火閥，與風機連鎖。送風機出口設70℃防火閥，入口設電動新風閥與送風機連鎖控制。

衛生間按10次/h機械通風，采用吊頂式排氣扇。

防煙樓梯間、合用前室分別作加壓送風系統，送風機設于屋頂;樓梯間風口采用單層自垂式百葉風口，每三層設一個;前室風口每層設一個，采用多葉對開風口，可手動也可電動，與送風機聯鎖控制。著火時感煙探頭發出火警信號，消控中心接通DV24V電流打開著火層及相鄰兩層風口風機加壓送風。

送新風的房間均設置了機械排風系統。小房間采用吊頂式排氣扇;大空間采用機械軸流風機統一排風，餐飲區廚房補風盡量考慮采用就餐區回風。

穿越空調機房的風管處設70℃防火閥。地下、室外及樓頂送排煙風管材料選用鍍鋅鐵皮制作。地下風管用19 mm橡塑板保溫作防結露處理。與吊頂排氣扇連接風管采用柔性鋁箔保溫軟管，寫字間及其他房間均自然通風換氣。

6 綠色材料的選用

6.1 水系統管道附件

從經濟性和實用性考慮，空調主管道采用無縫鋼管，管徑小于80的冷熱水管道采用 NFβPP-R管，導熱系數 0.098 W/(m?K)。NFβPP-R是以α晶型無規共聚聚丙烯為基料，采用β成核技術與納米成核技術相結合并在熔融聚合條件下合成的高技術、高品質產品。經過考察和經濟性比較，本工程在φ 90以下應用該管材。主管道閥門采用鋼制硬密封蝶閥，與風機盤管連接的閥門采用與管材配套的閘閥。水管道保溫材料采用柔性泡沫橡塑材料，管徑不小于100的管道，保溫厚度32 mm;管徑小于100時，保溫厚度25 mm。

6.2 風管道材料

地下、室外及樓頂送排煙風管材料選用鍍鋅鐵皮制作。地下風管用19 mm橡塑板保溫做防結露處理，與吊頂排氣扇連接風管采用柔性鋁箔保溫軟管。空調地上送排風管材料設計選用25 mm厚玻璃棉板直接風管系統，承插式連接，容重80 kg/m3，內涂防霉殺菌涂層，外貼進口鋁箔貼面。但根據過去的使用經驗，感覺玻璃棉風管強度低，在風閥誤操作時很容易損壞。經反復論證，決定選用玻鎂復合風管系統，該材料是由兩層高強度無機材料和一層保溫材料復合而成，具有重量輕、不燃燒、保溫性能好、漏風率低、風阻小等特點，且施工方便，安裝費用低。有資料顯示，該風管比鐵皮風管節能10%以上。

7 空調系統自控

空調自動控制采用集中管理、分散控制，對各參數與設備進行實時監控，遠程啟/停控制與監視，參數與設備非常狀態的報警等。

對設于裙房二、三層的空調機組，新風、回風的風管上均設電動調節風閥，根據季節變化自動調節新回風比例，同時對機組的風機進行變頻控制:在人員活動區域內，根據設置的多個感溫探頭反饋的溫度信號調節風機的轉速，以控制空調區溫度滿足設定要求。

對制冷機與循環水泵的控制前面已經述及，冷卻塔風機采用變頻控制，根據要求的冷卻水入口溫度調節風扇的啟動臺數和轉速。制冷系統的啟停順序為:

啟動順序:冷水泵→冷卻水泵→冷卻塔風機→制冷機。

停止順序:制冷機→冷卻水泵→冷卻塔風機→冷水泵。

聯鎖控制:

送風機與新風電動閥聯鎖，回風機與排風電動閥聯鎖，風機停閥關，風機開閥開。

風管穿過機房隔墻或樓板處均設防火閥。火災時溫度達到70℃，防火閥關閉，由消防中心控制空調系統風機停止，防排煙風機開始運行。當煙氣溫度達到280℃時，裝于排煙風機前的防火閥關閉，風機停止運行。

前室的加壓風機與每層送風口聯鎖，當某層著火時，打開著火層及上下層的送風口。

報警:空調機組內初效過濾器超壓報警;冬季水系統防凍報警。

遙測與工況顯示:對冷水、熱水供回水溫度、供水總管流量、各空調機組、風機、冷水機組、冷水泵、熱水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、電動二通閥、電動風閥等實行監控和運行工況顯示。

對冷水機組、水泵、風機進行運行時間累計。對空調、通風系統運行狀態、參數、動態流程圖作顯示打印。

8 系統特點

1)運行經濟，體現了節能環保。2)室內人員舒適性提高。3)使用環保管材應用于水系統及風系統。

9 節能系統的改進可能

9.1 地板輻射采暖的應用

對于大空間來說，夏季制冷工況比較容易滿足溫度要求，但冬季采暖期，僅靠全空氣系統的上送上回送風方式很難保證室內溫度。實踐證明，地面輻射供暖是一種非常好的方式，所以一層大堂和二層宴會廳如果能夠敷設可調節的熱水地面輻射供暖系統，空氣處理機僅提供所需的新熱風負荷，不但可以節能，而且實際使用效果也將優于目前的全空氣系統。

9.2 置換通風的應用

三層大會議室凈空高度6.9 m，面積1 352 m2，采用上送上回的全空氣空調系統(混合通風)是不節能的，且由于新鮮空氣先經過高處，到人員活動區時已經相對污濁，不能保證空氣的新鮮度，對人員密集的大會議廳尤其如此。置換通風將熱濕處理后的新鮮空氣，通過空氣分布器直接送入活動區下部，較冷的新鮮空氣沿著地面擴散，從而形成較薄的空氣湖。室內人員及設備等內熱源在浮力的作用下，形成向上的對流氣流，新鮮空氣經過人員活動區域后向上部流動，熱濁的污染空氣由設于房間頂部的排風口排出。這種方式不但可以大幅度節能，而且會使人員活動區取得的空氣質量更好。

9.3 一次泵變流量系統

一次泵定流量水系統盡管初投資小、系統簡單，但節能效果相對較差，如果能夠采用一次泵變流量系統將會取得較好的節能效果。對于定流量水泵來說，由于流量的調整只能是啟、停整臺水泵，末端裝置的電動兩通閥關閉后，多余的水流量(小于一臺泵的流量)只能通過旁通管，而不能減少水泵的電耗。從某種意義上說，一次泵定流量系統中空調末端設置的電動兩通閥除了增加投資外，起不到任何節能的作用。一次泵變水量控制是將冷水循環泵改為變頻泵(或變頻控制)，水泵轉數由水系統末端的供回水壓差控制，旁通閥門只有在系統流量小于制冷機組最小流量時方可打開，這樣才會真正的實現節能，當然一次泵變流量控制在設計上要相對繁瑣。

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