合肥萬達城內區新風供冷與常規方式的比較

徐銘明 劉 剛 宣 豐

東華大學環境科學與工程學院

合肥萬達城內區新風供冷與常規方式的比較

徐銘明 劉 剛 宣 豐

東華大學環境科學與工程學院

本文介紹了在過渡季和冬季通過增大新風量對內區進行供冷的方法，并結合實際工程，對合肥地區某大體量商業建筑進行內區冷量估算；比較其與常規內區供冷方式下的運行費用等，分析其經濟性。結果表明：在過渡季和冬季采用增大新風量能夠基本達到內區供冷要求，且具有節能效果。

內區供冷 增大新風 負荷估算 節能

近年來，全國各大城市中出現越來越多的綜合性商業建筑，其特點為體量大、功能多、具有較大的內區面積。很多大面積的內區基本不受室外氣溫的影響，主要由人體、設備、燈光等散熱形成大量余熱，在過渡季節和冬季也表現為熱負荷，需要對其進行全年供冷，故而在設計中較難處理。目前大部分商業建筑普遍采用風機盤管加新風的空調方式，本文將結合實際工程，重點論述在此空調系統的基礎上，采用增大新風量的方式在過渡季或冬季對內區進行供冷時，是否能達到預期供冷效果，并對該種內區供冷方式進行經濟性分析。

1 工程概況

本項目位于安徽省合肥市，建筑面積約為19萬 m3，地下一層為超市和車庫，地上一層為各主力店和步行街，地上二、三層為各娛樂設施，如餐飲、電玩、KTV、影廳等。

本工程夏季設計冷負荷為14000kW，制冷機組選擇容量為1200RT的離心式冷水機組4臺。

2 增大新風量效果分析

過渡季節和冬季采用增大新風量進行內區供冷，新風送風溫度設為12℃[1]，相對濕度30%，焓值i1約為18.6kJ/kg；室內設計溫度20℃，焓值i2約為26.5kJ/kg。根據DeST輸出的合肥全年逐時室外溫度可知，過渡季和冬季室外溫度不高于12℃的時間約為1600h，此期間需對新風進行預熱再送入室內。進行負荷估算與新風供冷能力計算，夏季冷負荷約為14000kW，過渡季節和冬季內區冷負荷為1540kW，約占夏季冷負荷的11%左右。在室外干球溫度達到設定送風溫度12℃及以下時，將新風量增大到50m3/(h·p)。一樓由于煙囪效應及外門開啟，不用考慮內區供冷。新風供冷能力按下式計算：

空氣密度ρ=1.237kg/m3，將各參數代入上式計算商鋪業態新風供冷能力：W=(26.5-18.6)×20×1.237/(4× 3.6)=13.6W/m2；新風增加到50m3/(h·p)后：W=(26.5-18.6)×50×1.237/(4×3.6)=34W/m2。

人體顯熱冷負荷按下式計算[2]：

可查得：φ=0.89；n/S=0.25p/m2；室溫 20℃ 時 q1=93W；工作時間為13h/d，冷負荷系數取最大值，即Xt-T=0.96。則qτ=19.7W/m2。

熒光燈散熱冷負荷按下式計算：

可查得：n1=0.8；N/S=19W/m2；工作時間為13h/d，冷負荷系數取最大值，即Xt-T=0.94；則qτ=17W/m2。

電氣設備功率密度查表，其他業態計算方法同上。詳細估算負荷見表1。

表1 二層、三層、地下一層過度季內區冷估算表

根據表1可知，全空氣系統區域可保證內區供冷要求，非全空氣系統的新風增大到50m3/(h·p)后，有50%的內區面積不能很好地保證過渡季節和冬季的內區供冷需求，全空氣系統部分在冬季和過渡季節無需增大風量，直接向室內送入經過處理的新風即可滿足內區供冷需求。

3 經濟性分析

3.1 初投資增加費用

內區不足的冷量將由冷水機組承擔，約為258615W，期間總冷量為413783kWh。原設計風量約為240000m3/h，如采用加大新風量，風量增加到原先的兩倍左右約為510000m3/h，根據工程報價，風機價格從原來的19萬左右增加到40萬，增加費用約21萬元。為避免風速過大，風管材料面積將增大到原來的2倍左右，風管高度增加到原來的1.5倍左右，風管制作材料增加約為3.5萬左右。

3.2 新風預熱費用

室外空氣需要預熱至12℃送入，預熱時間為1600h，室外空氣平均溫度為6.04℃，焓值i3約為10.4 kJ/kg，6℃時空氣密度取ρ=1.263kg/m3，燃氣鍋爐效率取η=94%，合肥商用燃氣價格3.66元/Nm3，則采用增大新風的業態預熱所需燃氣費用按下列公式計算：

式中：i2、i3為室內外空氣焓值，kJ/kg；G為新風量，m3/ (h·p)；S為區域面積，m2；t為內區供冷供冷時間，h；n表示人員密度，m2/p。詳細計算如下：

商鋪：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×15231×1600/0.94/ 4=3356199460kJ，耗氣量為93362Nm3，燃氣費34.17萬元。

電玩：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×1468×1600/0.94/3= 431304647kJ，耗氣量為11997Nm3，燃氣費4.13萬元。

KTV：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×2796×1600/0.94/ 2.5=926625715kJ，耗氣量為27422Nm3，燃氣費10.04萬元。

餐飲：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×12730×1600/0.94/ 2.5=4488153804kJ，耗氣量為 124851Nm3，燃氣費45.70萬元。

共計預熱所需燃氣費用約94萬元/年。

3.3 風機運行費用

對風機運行能耗進行計算，采用增大新風的業態新風機耗電量計算如下[3]：

風量G約為52600m3/h，風機的最大耗功率取0.48W/(m3/h)，則總耗電量=526000×0.48×1600/1000= 403968kWh，電費為48.48萬元/年。

3.4 冷水機組運行費用

加大新風量內區供冷期間，冷水機組總制冷量為413783kWh，運行工況下COP約為5.1，耗電量為81134kWh，安徽省商業用電平均電價約為1.20元/kWh，需用電費97361元（約9.74萬元）。

4 采用常規方式內區供冷

如采用冷水機組供冷，則在可采用前兩種方式的1600h中，系統總制冷量為2464000kWh，運行工況下COP約為5.1，耗電量為483137kWh，安徽省商業用電平均電價約為1.20元/kWh，需用電費579764.7元（約57.98萬元）。

新風需處理到室內狀態點20℃送入，焓值i4約為29.5kJ/kg，室外空氣平均溫度為6.04℃，焓值i3約為10.4kJ/kg，6℃時空氣密度取ρ=1.263kg/m3，合肥商用燃氣價格3.66元/Nm3，則采用增大新風的業態預熱所需燃氣費用計算參照式（3）：

商鋪：Q=(29.5-10.4)×20×1.263×15231×1600/0.94/ 4=3126995594kJ，耗氣量為86986Nm3，燃氣費31.84萬元。

電玩：Q=(29.5-10.4)×30×1.263×1468×1600/0.94/ 3=602774543kJ，耗氣量為16768Nm3，需耗燃氣費6.14萬元。

KTV：Q=(29.5-10.4)×20×1.263×2796×1600/0.94/ 2.5=918451020kJ，耗氣量為25549Nm3，需耗燃氣費9.35萬元。

餐飲：Q=(29.5-10.4)×25×1.263×12730×1600/0.94/ 2.5=5227057174kJ，耗氣量為145405Nm3，需耗燃氣費53.22萬元。

共計預熱所需燃氣費用約100.54萬元/年。

5 兩種方式綜合比較

增大新風方式與常規內區供冷期間各項費用見表2。

表2 兩種內區供冷方式經濟性對比表

采用增大新風量的方式，全空氣系統區域可保證內區供冷要求，非全空氣系統新風增大到50m3/(h·p)后，有50%的內區面積需靠冷水機組運行來輔助供冷，需消耗電量；風速增大需使用雙速風機，增加風機費用；風量增加到原先的兩倍左右，因而風管材料面積將增大到原來的1.5倍左右，風管高度約增加到原來的1.2倍，預計需求吊頂高度增加0.3m左右，風管初投資增加。

根據上表可知，采用增大新風的方式比常規方式節省電費約46.62萬元/年，初投資增加約24.5萬元，1年內可達回收期，較為節能，但使施工、運行和調試增加了難度[4]。

6 總結

1）全空氣系統部分在冬季和過渡季節直接把室外新風與適當的室內回風混合后送入即可保證內區供冷要求，無需再增大風量；

2）非全空氣系統部分采用增大新風的方式內區供冷，年節省電費約為46.62萬元，但不能很好保證過渡季節和冬季內區供冷的要求，需靠冷水機組輔助制冷，并且風管高度將增大到原先的1.2倍左右，對吊頂高度存在較高要求；

3）在非全空氣系統的區域采用增大新風量的方式進行內區供冷需要考慮采取輔助制冷來補充冷量的不足；在全空氣系統的區域直接把室外新風與適當的室內回風混合后送入室內即可。

[1] 張野.利用新風解決商業建筑內區余熱的模擬計算分析[A].見:全國暖通空調制冷2004年學術文集[C].2004.64-69

[2] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2008

[3] 公共建筑節能設計標準(GB50189-2005)[S].北京:中國建筑工業出版社,2005

[4] 趙建成,安愛民.空調分區系統中幾種空調方式的探討[A].見: 2006全國暖通空調制冷學術年會[C].2006.99-102

Comparison of Fresh Air Cooling and Conventional Cooling for Inner Place of Wanda Hefei

XU Ming-ming,LIU Gang,XUAN Feng
College of Environmental Science and Engineering,Donghua University

This article introduced a mode of internal cooling by increasing fresh air flux during the transition season and winter.Then using a large-scale commercial building in Hefei as an example to estimate the cooling load of internal areas and compare the operation cost with the cost in normal mode.The results showed that inner cooling requirement is basically met when increasing fresh air flux during the transition season and winter,and its energy-saving effects was also proved.

internal cooling,increasing fresh air flux,load estimation,energy saving

1003-0344（2015）04-044-3

2014-3-17

徐銘明（1991～），女，碩士研究生；上海市松江區人民北路2999號東華大學環境學院樓3137室（201620）；E-mail:violaxu001@163.com