西安某商貿城空調節能技術淺析

程凱麗 張嫄

(1.西安科技大學 陜西西安 710054； 2.上海理工大學 上海 200093)

西安某商貿城空調節能技術淺析

程凱麗1張嫄2

(1.西安科技大學 陜西西安 710054； 2.上海理工大學 上海 200093)

目前，能源問題是制約空調發展的重要因素，降低其總能耗是對研究人員提出的新要求。據有關調查，通風空調系統占總能耗的40.35%，空調季節里通風空調系統能耗約為非空調季節的3倍多。因此，必須加強制冷空調的節能技術研究，降低建筑物本身熱工環境和內部設備的能耗，實現建筑物的整體節能效果。為實現空調系統的總體控制提供了理論依據，有效推進了節能減排，文章結合西安市西北商貿城的通風空調設計，對其系統進行耗能分析，通過對系統的逐時負荷、送風量以及制冷量進行定量分析，通過一系列理論計算，提出了節能措施。

公共建筑；空調節能；運行模式；負荷；系統優化

0 引言

隨著我國城市化程度的不斷提高，大量公共建筑和綜合性建筑群的興建，而這些建筑多配置有空調設備，使得空調系統能耗所占總能耗的比例不斷增高。自20世紀70年代爆發能源危機以來，各國專家對各能源領域進行了研究。天津大學學者以香港銅鑼灣綜合商業大樓為對象進行了研究，統計了能源消耗并將結果與同類典型節能綠色建筑的能耗水平進行了類比；同濟大學潘毅群對上海市區的甲級辦公樓的新風量的現場和室內空調能耗進行了分析討論。研究表明，公共建筑空調系統是節能潛力最大的用能領域，因此應將其作為節能工作的重點[1]。本文以西北商貿城的空調系統為例，旨在為空調系統的合理設計與科學運行管理提供有價值的數據信息，使公共建筑空調系統在低負荷下高效節能運行。

1 工程概況

所選工程實例為西北商貿城，該公共建筑為6層大型購物中心，該商場位于西安市區主要的商業中心之一的新城區，是具有代表性的大型商場。商場地下一層是大型超市的賣場(非空調)，地面5層作為專賣場，采用集中空調方式。層高4m，地面5層，總高20m。該商場總平面呈正方形，室內采用通透式玻璃幕墻，沒有傳統意義上的墻體，只有一些鋼筋混凝土的梁柱作為承重結構。由于商場類建筑人員、照明等內熱源非常大，全年能耗中空調能耗占了主要部分，本文只針對空調節能技術進行分析。在計算中，照明功率按20W/m2指標計算，且照明功率轉化為冷負荷的比例取為0.8。計算人體負荷時，考慮到商業活動屬于輕勞動，人體全熱按120W/人計算；考慮到大型商場人員較多，對通風換氣要求較高，新風量按24m3/h人計算，折合成新風換氣次數大約為2.0次/h。

2 公共建筑空調系統的能耗分析

該建筑空調負荷主要包括：圍護結構負荷、新風負荷、人員散熱及照明負荷、設備負荷、指示燈廣告牌負荷、出入口傳熱及滲透產生的負荷。本文將對商場的空調冷負荷進行計算，建筑的負荷計算如表1所示。

表1 夏季冷負荷結果分析統計表

基于負荷計算的結果，對空調負荷進行能耗分析如下：商場的空調設計負荷也主要包括圍護結構負荷、新風負荷、人員散熱與照明負荷，但其各部分的比例會隨著時間段的不同出現較大的變化，明顯的變化是圍護結構的重要性逐漸減弱；可以認為是個穩定的值，占總負荷的10%左右，這也是符合商場類建筑負荷構成的特性。新風負荷占總負荷的1/4以上，這也是由于人員密度較大新風指標較高造成的。同時，商場配有美食城，使得早午的新風量較大，考慮采用帶有熱回收裝置的熱泵式溶液全空氣機組構成一次回風系統。對于商場辦公室，由于室內人員較少，照明也不是很強。這兩部分所占比例不大，圍護結構起主要作用。因此，必須把建筑物形式功能與圍護結構綜合起來考慮，降低建筑物照明和內部設備的能耗，提出高效的空調系統節能措施[2]。

3 通風空調系統節能優化策略

根據以上分析，人員及新風負荷是公共建筑總負荷變化的重要來源；若空調系統按裝機容量運行，勢必會造成不必要的能源浪費。因此這需要根據實際負荷需求對風量進行調節。結合公共建筑的特性和實際操作的可行性，其節能途徑可歸納為以下3個方面。

3.1 圍護結構節能

圍護結構的得熱量不僅受室外氣象參數和室內空氣參數的影響，而且與室內其他狀態有顯著的關系。因此，建筑圍護結構熱工性能直接影響空調的負荷和能耗。一方面，種植屋面使得屋面上種植的植物阻隔太陽光照射，利用植被莖葉的遮陽作用可有效降低屋面的室外綜合溫度，減少屋面的溫差傳熱量，可有效降低室內空調系統的能耗。同時為了降低能耗，應采用節能玻璃，如熱反射玻璃對建筑內部遮蔽以及帷幕作用。另一方面，采用雙層皮幕墻，可以有效地減小墻系統的整體遮陽系數[3]，很強的太陽輻射被雙層皮幕墻夾層中的遮陽百葉和外層幕墻吸收后，通過對流的形式重新釋放到空氣中，在進風口處形成負壓，上部出風口形成正壓，在壓差的驅動下，實現了室內與室外間接自然通風，從而縮短了建筑空調的使用時間，降低了空調能耗。

3.2 新風節能技術

向室內引入新風是為了稀釋各種有害氣體，可有效保護人體健康。 基于以上案例分析，新風負荷在空調設計中要占到總能耗的25%甚至更高，因此需在滿足衛生條件的前提下減小新風量供給。通過調節空調系統的新風量來節省能耗，在過渡季節，用焓值較低的室外新風抵補部分冷負荷；在冬季，新、回風以最小新風比混合后的焓值大于送風露點的焓值時，不用冷卻減焓來調節室內濕度，可增大新風量使混合后的參數達到濕度要求；同時，可引進新風預處理系統。以上這些都是降低空調負荷的有效措施。

利用熱交換回收排風中的能量是減小新風負荷的另一項措施。按照空氣量平衡的原理，向建筑物中引入一定量的新風，必然要排除一定數量的室內風。顯然，排風的狀態與室內空氣狀態相同。據日本空調學會提供的計算資料表明，加裝熱交換排風器后，夏季8月份可節省冷量25%，冬季1月份可節約加熱量50%。

3.3 分層節能技術

運行在高大公共建筑中的空調，作為人員活動的空間和進行工作的工作區需要空調，其余上部空間不需要。因此，在這類建筑物中，空氣的密度隨著垂直方向的溫度變化而呈自然分層的現象。只要空氣氣流組織得好，利用合理的氣流組織，既能保證下部工作區所需求的環境條件，又能節省能耗，減少空調的初投資和運行費用[4-5]。

3.3.1 分層空調區形成原理

當空調送風時，在分區空調建筑內，上下兩區會因空氣溫度和各個內表面溫度的不同而產生由上向下的熱轉移，由此形成非空調區向空調區的熱轉移負荷，如圖1所示。

圖1 分層回風氣流示意圖

3.3.2 分層空調節能優化

在進行分層空調氣流組織時，首先應使用要求確定工作區的范圍及空調參數。氣流組織布置應合理，處理好的空氣以很大的動量通過送風口噴入相對靜止的空間里形成射流，當射流的行程所至要求的射程時，其溫度和速度得到減弱，氣流就折回；此時，應補充射流的室內循環空氣，使下部空氣處于回流區，非空調區則沒有參與參數要求，這樣節能效果非常顯著[6]。同時，在開啟的大門處，常常出現較強的外來氣流，應加設門斗或利用大門空氣幕阻止室內空氣的交換達到節能目的。如西安開元商城，西安市體育館都采用此方法進行節能，并達到了預期的效果。

4 結語

建筑空調系統的耗能在能源消耗中占很大的比例，為了在實際工程應用中使建筑空調系統正常及節能高效運行，有必要提出節能技術手段。

本文結合西北商貿城的通風空調設計，討論了公共建筑空調系統的能耗，通過對系統的逐時負荷、送風量以及制冷量進行定量分析，通過一系列理論計算，提出了節能措施，為實現空調系統的總體控制提供了理論依據。

研究表明，節能優化后的系統不僅能夠保證室內空氣品質及最小新風量要求，同時節省了人工冷源的消耗，節能效果明顯，因此值得廣泛應用。

[1] 戴源德，陳揚華，杜海存.制冷空調節能技術討論[J].節能技術，2001(4)：22-24.

[2] 狄育慧，梁才航，黃翔，等.棉紡織廠空調節能分析[J].棉紡織技術，2003，31(11).

[3] 范存養.大空間建筑空調設計及工程實錄[M].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[4] 江億.我國建筑能耗趨勢與節能重點[J].建設科技，2006(7)：10-13.

[5] 周鴻昌.能源與節能技術[M].上海：同濟大學出版社，1996.

[6] 錢康 .建筑空調系統節能技術措施討論[J].制冷空調，2002，23(3)：58-59.

Analysis of air conditioning energy saving technology in Xi′an mall

CHENGKail1ZHANGYuan2

(1.Xian university of science and technology, Xi′an 710054; 2.Shanghai University of Science and Technology,Shanghai 200093)

At present, the energy issue is an important factor restricting the development of air conditioning, reducing its total energy consumption is a new demand for researchers proposed;according to the survey, ventilation and air conditioning system accounts for 40.35% of total energy consumption, air conditioning season ventilation air conditioning system energy consumption is about three times as much for the air conditioning season.So we must strengthen the refrigeration and air conditioning energy conservation technology research, reduce energy consumption of the building thermal environment and the internal equipment, implement the structure of the overall energy saving effect.Based on the ventilation and air conditioning design of Xi'an Northwest Commercial City, this paper analyzes the energy consumption of the system by the quantitative analysis of the system's hourly load, air volume and cooling capacity, through a series of theoretical calculations, energy-saving measures; To achieve the overall control of air-conditioning system provides a theoretical basis for the effective promotion of energy-saving emission reduction.

Public buildings; Air-conditioning energy saving; Operation mode; load; System optimization

程凱麗(1992.12- )，女。

E-mail:1830803537@qq.com

2016-12-28

TU83

A

1004-6135(2017)03-0096-03