新風(fēng)換氣機(jī)在廣州超高層辦公樓工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

閆永亮,賴(lài)偉國(guó)

(泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司廣東設(shè)計(jì)分公司,廣州510600)

0 引言

隨著生活水平的提高,人類(lèi)生存環(huán)境所受到的污染越來(lái)越嚴(yán)重;化工合成的室內(nèi)裝修材料、空調(diào)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)等這些污染源會(huì)揮發(fā)出多種有害氣體,如甲醛、三氯乙烯、苯、甲苯等;室內(nèi)不潔空氣對(duì)人體的危害相當(dāng)大,會(huì)引發(fā)呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)科、高血壓等多種疾病。改善室內(nèi)的空氣品質(zhì),已成為迫在眉睫的問(wèn)題。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,城市化建設(shè)飛快,能源型式已經(jīng)十分嚴(yán)峻,人們逐漸認(rèn)識(shí)到節(jié)能的重要性,各種能量回收設(shè)備越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用在空調(diào)系統(tǒng)中。

1 工程概況

本工程為廣州珠江新城金穗路段A3-5地塊匯美大廈項(xiàng)目,開(kāi)工時(shí)間2007年9月,2010年元月投入使用。設(shè)計(jì)是一棟數(shù)碼港式超高層辦公樓建筑。地下室四層,地上三十層,建筑高度120m,總建筑面積約78000m2,空調(diào)面積約占總建筑面積的的58%。其中:地下室四層為配套汽車(chē)庫(kù)和設(shè)備房;首層至三層為配套大廳、商鋪、餐飲;四層為中、小型會(huì)議室;十四層為避難間和設(shè)備房;其它五層至十三層、十五層至三十層為辦公標(biāo)準(zhǔn)層。

綜合甲方的投資水平、建筑運(yùn)營(yíng)管理模式和每層建筑功能布置與國(guó)家、地方政府頒布的法規(guī)。本工程空調(diào)部分設(shè)計(jì)首層至三層采用開(kāi)式膨脹水箱定壓補(bǔ)水的閉式水冷冷水集中空調(diào)系統(tǒng),制冷主機(jī)選用兩臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組作為冷源,末端選用風(fēng)機(jī)盤(pán)管或組合式空調(diào)柜+新風(fēng)換氣系統(tǒng);四層至三十層采用變制冷劑流量多聯(lián)分體式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),每層共設(shè)四套空調(diào)系統(tǒng),三個(gè)辦公區(qū)域各設(shè)一套,公共區(qū)域獨(dú)立一套系統(tǒng),末端系統(tǒng)選用四面出風(fēng)嵌入型室內(nèi)機(jī)+新風(fēng)換氣系統(tǒng)。

圖1 廣州匯美大廈南立面效果圖

2 新風(fēng)換氣機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用注意事項(xiàng)

2.1 新風(fēng)換氣機(jī)的分類(lèi)

熱回收方式比較多,但歸納起來(lái)共兩大類(lèi),即全熱回收裝置、顯熱回收裝置。全熱回收裝置即回收顯熱,又能回收潛熱,此類(lèi)裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器,板翅式顯熱換熱器,熱管式換熱器。新風(fēng)換氣機(jī)根據(jù)熱回收方式分類(lèi)。

2.2 新風(fēng)換氣機(jī)的特點(diǎn)

1)通風(fēng)換氣:將新鮮的室外空氣送入室內(nèi),同時(shí)將室內(nèi)污濁的空氣排到室外。新風(fēng)換氣機(jī)都內(nèi)置空氣過(guò)濾器,可有效地阻止灰塵和有害氣體等污染物進(jìn)入室內(nèi),保證送入室內(nèi)的新風(fēng)清潔干凈。

2)能量回收:機(jī)器內(nèi)置熱交換器,將新風(fēng)與排氣進(jìn)行了冷熱交換。目前,國(guó)內(nèi)的新風(fēng)換氣機(jī)的顯熱交換效率基本上都能保證在60%以上,大幅度降低了新風(fēng)處理所需能量,實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能。

3)運(yùn)行費(fèi)用低:新風(fēng)機(jī)組是向室內(nèi)單向進(jìn)風(fēng)的一種設(shè)備,而新風(fēng)換氣機(jī)具有同時(shí)雙向換氣的特點(diǎn),起到了一機(jī)兩用的作用。機(jī)器利用熱回收技術(shù)節(jié)能降耗,大幅度降低了運(yùn)行成本。

4)排風(fēng)與新風(fēng)交替運(yùn)行,通過(guò)經(jīng)化學(xué)處理并增加了抑菌劑的芯體后,可以抵抗非典、禽流感等疾病的流行,其抑菌率可達(dá)70%以上。

5)對(duì)于板翅式換熱器而言,由于是靜止式換熱器,能夠避免噪聲的污染,內(nèi)部有隔音板,減少或避免了污染物從排風(fēng)到新風(fēng)的轉(zhuǎn)移,但熱效率相對(duì)較低阻力較大。裝置較大,會(huì)占用較多的空間。

6)新風(fēng)換氣機(jī)一般接管位置固定,配管靈活性較差。由于對(duì)送風(fēng)口、排風(fēng)口間距有一定要求,一般≥10m;盡可能在方案設(shè)計(jì)階段,暖通專(zhuān)業(yè)應(yīng)密切與建筑專(zhuān)業(yè)配合,進(jìn)風(fēng)從外立面直接進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)通過(guò)豎井排出室外。

2.3 應(yīng)用的注意事項(xiàng)

1)通向室外的風(fēng)口應(yīng)考慮防雨措施,以防雨水倒灌。

2)通向室內(nèi)、外的風(fēng)道應(yīng)考慮設(shè)置過(guò)濾網(wǎng),以保持室內(nèi)空氣的清潔。一般情況下累計(jì)運(yùn)行150h應(yīng)進(jìn)行清洗,灰塵較多時(shí)可視具體情況決定,因此,設(shè)置過(guò)濾器、閥門(mén)等需經(jīng)常檢修、清洗的部位應(yīng)預(yù)留檢修孔和抽取濾網(wǎng)的空間。

3)熱交換器芯體在運(yùn)行 20000h后應(yīng)進(jìn)行清洗,可用真空吸塵器吸出表面浮塵,以確保進(jìn)入室內(nèi)空氣的清潔。

4)室外進(jìn)風(fēng)口布置時(shí),應(yīng)避開(kāi)有污濁空氣的地點(diǎn),或在機(jī)組中選配活性炭過(guò)濾器。

5)過(guò)渡季節(jié)不需開(kāi)啟換熱裝置,應(yīng)設(shè)置旁通管道,以便過(guò)渡季節(jié)使用。

6)進(jìn)排風(fēng)管路的布置盡可能讓兩系統(tǒng)阻力值相近,或均設(shè)調(diào)節(jié)閥,以便控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。

3 標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)比較

標(biāo)準(zhǔn)層面積約2000m2,分A、B、C三個(gè)辦公區(qū)域。

通過(guò)節(jié)能軟件計(jì)算的結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)層夏季逐時(shí)負(fù)荷最大時(shí)發(fā)生時(shí)刻:16∶00,夏季最大總冷負(fù)荷(含新風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、濕負(fù)荷等總的耗冷量)為320kW,夏季新風(fēng)冷負(fù)荷為62.86kW,平均冷指標(biāo)為160W/m2,平均新風(fēng)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的19.64%。

A區(qū)設(shè)計(jì)使用一臺(tái)101kW的室外機(jī),室內(nèi)機(jī)共設(shè)9臺(tái)14kW的四面出風(fēng)嵌入型空調(diào)器+1臺(tái)2000m3/h的板翅式全熱新風(fēng)換氣機(jī)。

B區(qū)與A區(qū)空調(diào)設(shè)備配置相同。

C區(qū)設(shè)計(jì)一臺(tái)61.5kW的室外機(jī),室內(nèi)機(jī)共設(shè)8臺(tái)9kW的四面出風(fēng)嵌入型空調(diào)器+1臺(tái)1500m3/h的板翅式全熱新風(fēng)換氣機(jī),每層的換氣量為5500m3/h。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)通風(fēng)平面圖

3.1 采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)方案比較和造價(jià)比較

1)如采用全熱交換器通過(guò)室內(nèi)排風(fēng)和室外新風(fēng)進(jìn)行熱量交換,能夠利用空調(diào)排風(fēng)中的余冷減少處理新風(fēng)所需的能耗,換氣機(jī)按 60%效率計(jì)算,新風(fēng)負(fù)荷就減少了37.72kW,通過(guò)全熱交換器處理過(guò)的新風(fēng)溫度比室內(nèi)溫度稍高,多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)需要增加處理新風(fēng)負(fù)荷40%的熱量,平均增加12.57W/m2,整體減少了設(shè)計(jì)總?cè)萘康?.86%。從而降低系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用,提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,減少空調(diào)總造價(jià),詳見(jiàn)表1。

2)如采用風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)處理機(jī)把新風(fēng)處理到室內(nèi)工況,若將室內(nèi)排氣排到公共走道區(qū)然后通過(guò)洗手間排風(fēng)系統(tǒng)排出室外,容易影響公共區(qū)域的空氣衛(wèi)生,引起各個(gè)區(qū)域交叉感染;空調(diào)總負(fù)荷比全熱交換器方案大,空調(diào)總裝機(jī)容量也大,空調(diào)總造價(jià)比較高,詳見(jiàn)表1。

3)采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)作為新風(fēng)系統(tǒng),比采用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng),初期總投資節(jié)省11.72%。

表1 按同一廠(chǎng)家設(shè)備造價(jià)參考計(jì)算表

3.2 采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)運(yùn)行費(fèi)用的比較

1)標(biāo)準(zhǔn)層采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)是不帶冷源的,空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為282.28kW;風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)處理機(jī)把新風(fēng)處理到室內(nèi)工況,需帶有62.86kW的冷源,空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷為257.14kW,總運(yùn)行費(fèi)用比較詳見(jiàn)表2。

表2 按設(shè)備額定用電量統(tǒng)計(jì)的運(yùn)行費(fèi)用表

2)采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)作為新風(fēng)系統(tǒng)的全年用電量,比采用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)處理系統(tǒng)作為新風(fēng)系統(tǒng)的全年用電量節(jié)省10.36%。

3.3 采用理論計(jì)算節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益

1)換熱效率表達(dá)式及設(shè)備選型

板翅式換熱器換氣機(jī)的溫度效率 ηt和焓效率ηh可表示為:

式 (1)、(2)中:

tw—換熱前新風(fēng)的溫度,℃;

hw—換熱前新風(fēng)的焓,kJ/kg;

t′w—換熱后新風(fēng)的溫度,℃;

h′w—換熱后新風(fēng)的焓,kJ/kg;

tn—換熱前排風(fēng)的溫度,℃;

hn—換熱前排風(fēng)的焓,kJ/kg。

全熱交換后新風(fēng)參數(shù)為:

以本工程標(biāo)注層辦公區(qū)總風(fēng)量為例計(jì)算節(jié)能效果。新風(fēng)換氣機(jī)采用板翅式全熱換熱器,總的新風(fēng)量5500m3/h。

供貨廠(chǎng)商提供的性能參數(shù)如下:

風(fēng)量5500m3/h;

換熱器阻力為190Pa;

溫度效率為75%～76%;

夏季焓效率為50%～53%。

因此取:

溫度效率ηt=75%;

夏季焓效率ηh=51.5%;

板翅式全熱交換新風(fēng)機(jī)耗電量為P=3.3kW。

根據(jù)中國(guó)技術(shù)中心數(shù)據(jù)資料夏季新風(fēng)處理計(jì)算結(jié)果如下:

室外新風(fēng)溫度tw:33.5℃

室外新風(fēng)焓值hw:99kJ/kg

室內(nèi)回風(fēng)溫度tn:25℃

室內(nèi)回風(fēng)焓值hn:53.5kJ/kg

溫度效率ηt:75%

焓效率 ηh:51.5%

換熱后新風(fēng)溫度t′w:27.1℃

換熱后新風(fēng)焓值h′w:75.6kJ/kg

濕球溫度tnw:27.7℃

2)夏季節(jié)能計(jì)算

未安裝板翅式全熱交換器前所需的新風(fēng)冷負(fù)荷為:

經(jīng)全熱交換后,新風(fēng)機(jī)組冷負(fù)荷為:

即整棟標(biāo)準(zhǔn)層回收了 (83.42-40.52)×25=1072.5kW能量,可減少功耗約412.5kW(根據(jù)中國(guó)技術(shù)中心熱泵機(jī)組參數(shù)計(jì)算,得到的變制冷劑流量多聯(lián)分體式空氣調(diào)節(jié)的綜合性能參數(shù)COP約為2.6),扣除板翅式熱回收系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的耗電量3.3kW×25=82.5kW后,為330kW,整年的制冷運(yùn)行期(當(dāng)量滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為2500h)可節(jié)電825000kWh。電價(jià)按0.8元/kWh計(jì),則可節(jié)約電費(fèi)660000元。設(shè)備投資約5年左右就可收回。

4 結(jié)語(yǔ)

1)本工程標(biāo)準(zhǔn)層采用變制冷劑流量多聯(lián)分體式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),新風(fēng)選用新風(fēng)換氣系統(tǒng),比選用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的初期設(shè)備安裝總投資節(jié)省了約175萬(wàn)元,相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)設(shè)備總投資的11.72%;通過(guò)采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)際的設(shè)備用電量和理論計(jì)算得出,新風(fēng)選用新風(fēng)換氣系統(tǒng),比選用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng),整年最少可節(jié)電666250kWh,可節(jié)約電費(fèi)53.3萬(wàn)元,約5年左右就可收回新風(fēng)換氣機(jī)和末端增大容量的總設(shè)備投資。

2)如果標(biāo)準(zhǔn)層采用冷水中央空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)新風(fēng)選用新風(fēng)換氣系統(tǒng),即整棟標(biāo)準(zhǔn)層回收了1072.5kW能量,扣除板翅式熱回收系統(tǒng)耗電量后可減少功耗300.5kW,整年的制冷運(yùn)行期可節(jié)電751250kWh,可節(jié)約電費(fèi)60.1萬(wàn)元。約5年左右就可收回新風(fēng)換氣機(jī)和末端增大容量的總設(shè)備投資。

3)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減少維護(hù)工作量的同時(shí),更應(yīng)該注重空氣品質(zhì);特別是選用全熱換熱器時(shí),建議在新風(fēng)管路和排風(fēng)管路上粗效和中效過(guò)濾器,這樣會(huì)使系統(tǒng)阻力增加100～150Pa,選用風(fēng)機(jī)時(shí)必須將這一因素考慮進(jìn)去,管路上設(shè)粗效和中效過(guò)濾器對(duì)提高室內(nèi)空氣品質(zhì)有著非常大的作用。

[1] GB50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2] GB/T18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3] DBJ15-51-2007公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(廣東省實(shí)施細(xì)則)[S]

[4] 殷平.新型板式全熱交換器研制—產(chǎn)品研制及實(shí)驗(yàn)[J].暖通空調(diào),2005,35(11):56-62

[5] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(2版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008

[6] 孫一堅(jiān).簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998