暖通空調節能技術在建筑工程中的應用研究

管志廣GUAN Zhi-guang；王志軍WANG Zhi-jun

（山東格瑞德集團有限公司，德州 253000）

0 引言

近些年，城市化進程不斷加劇，城市高樓林立，與其相配套的暖通空調系統也愈發完善，節能技術在暖通空調系統中的應用也更加普及。節能技術可以減低暖通工程的總能耗，能夠滿足當前綠色節能理念的總體趨向，在提高了暖通空調運行效率的同時，也可以提升建筑綜合效益。

1 工程概況

本文所研究的案例為一座商業中心辦公樓，總體建筑面積是118851 平方米，主要用于商業、以及設備用房和地下汽車庫，地下為4 層，地上為28 層，包括三層商業裙房，還有24 層智能辦公樓，辦公樓的總體高度比較高，已經在130 米以上，所以在超高層建筑范疇。

2 節能技術在暖通空調系統中的應用

2.1 冷熱源

結合本案例工程的使用功能，從建筑節能方面考慮，本案例工程空調冷源采用了四臺離心式變頻電制冷機組，具有較好的制冷性能，機組中單臺制冷量為3165kW。由于過渡季節負荷非常低，為了滿足實際需求，在控制時，選擇使用一臺水冷螺桿式電制冷機組，其制冷量為1056kW。如果是在冬季比較寒冷的情況下，冷卻水進入螺桿式冷水機組之后，溫度如果大于15℃，那么螺桿式冷水機組的低溫保護功能就會啟動，機組則會停止運行[1]。

2.2 冷熱水系統

圖1為本辦公大樓空調冷源水系統原理圖。

圖1 空調冷源水系統原理圖

2.3 冷卻水系統

本案例工程采用了離心式冷水機組，為了滿足其運行的需求，確保空調機組節能效果，班本機組配置了五臺變頻冷卻水泵。螺旋式冷水機組為了滿足系統運行需求，則需要配置2 臺定頻冷卻水泵以及相關的冷水設備；案例工程塔樓屋面配置了冷卻塔，數量為8 臺，冷卻塔設置了變頻器，以便于達到一定的節能目的，每一臺冷卻塔都配備防凍加熱器，這樣在溫度比較低的情況下，也可以保障冷卻塔的正常運行。按照綠色三星的有關評定標準，在本文所研究的建筑中設置了余熱利用系統，該系統通過容積式換熱器可以進行冷熱水置換，能夠將冷卻水與市政供給的水進行換熱，從而滿足生活用水的預熱需求[2]。

另外，該建筑需要進行一些通訊、辦公工作，因此，為了滿足這些特殊需求，需要設置一個冷水系統，保持24 小時供應，這個冷卻水系統設置在塔樓屋面，能夠為大樓4-27 層全天提供32℃-37℃的冷卻水。系統中有三臺封閉式冷卻塔，一般情況下，兩臺冷卻塔就可以滿足正常使用需求，另外一臺作為備用裝置。具體如圖2 所示。

圖2 辦公樓24h 空調冷卻水系統原理圖

2.4 空調風系統

2.4.1 零售、餐廳等小分隔的商業租戶用房

由于本案例工程位于商業區，屬于超高層辦公建筑，因此，在某一時刻，小租戶對空調的需求不同，因此，租戶區整體采用了風機盤管+新風機組這種空調方式滿足不同租戶的需求，這種方式比較靈活，可以在同一時間滿足各種不同的制冷、制熱需求。新風機組會將室外的風進行升溫或者降溫、加濕處理，然后將風分別輸送到各個租戶區，租戶區會預留新風管口，這樣一來就能夠實現室內外空氣與風的循環；排風則將各層衛生間以及廚房產生的煙氣進行排除。餐廳作為辦公大樓的重要組成部分，這部分商業租戶必須要配備相應的排油煙風管與補風管，同時要設置具有煙機和風機組，煙機要具有變頻調節功能，以滿足節能降耗需求[3]。

2.4.2 辦公塔樓標準層

從案例工程的情況來看，由于塔樓標準層為辦公區，其深度達到了13 米，因此，內外負荷需求存在明顯的差異，因此，在標準層的辦公區要進行內外的分區。內外區的送風系統要進行相應的設置，具體來說：內區末端要設置單風道變風量箱，外區末端則要設置并聯的變量風向，也就是FPB，FPB 自帶熱水盤管，可以很好的滿足外區的通風與供暖需求。另外，為了更好的滿足節能需求，達到一定的綜合效益，在內外分區的變風量箱中都要設置溫度控制器，這樣在外界溫度發生變化的時候，溫度控制器可以根據實際情況隨時對進風風量溫度進行調控。

在本案例工程塔樓標準層的兩側，分別有兩個機房，都是空調的，并且機房內都放置了空調機組，空調機組具有變風量的供能，這種機組的氣流方式相同，都是上回上出。裙房有4 層，新房機組可以實現對每個樓層的排放置換，從而實現室內空氣流通，使室內保持適宜的溫度與良好通風。

2.4.3 商場公共區域商場公共區域采用單風道全空氣系統

按照綠色三星評定的相關標準，在過渡季節時，要保證商業裙房公共區域內的所有新風閥全部打開，同時組好風量的調整，一般新風量要占總機組總風量的一半。另外，還應該結合實際情況對回風閥進行開啟和調整，利用新風系統將新風引入室內，達到冷卻室內空氣的目的，建筑中庭頂部設置手動窗，能夠根據實際情況開啟和關閉，從而達到室內外風量與溫度的平衡。

2.4.4 室外采風口及排風口節能

本工程中，采暖通風空調工程是一項重要的組成部分，其可以有效實現節能減排的目標。而這個采暖通風空調工程系統中，室外采風口及排風口節能是相對比較重要的部分。建筑工程設計風口時，要做好風口阻力的分布設計，充分利用室外風壓，來失效節能的目標。另外，還要對室外風壓的影響因子進行考慮，結合風壓的影響，來確定風口的類型，對于排風型風貌和進風型風貌可以利用風壓來對系統進行引風和排風，這樣可以保證通風的效果，還能有效節約能源。利用風向標將風口一直朝向風直吹的方向，充分發揮風壓的正壓作用，將室外空氣引入到這個暖通系統中，使得建筑室內通風效果良好。

2.5 綜合節能技術的應用

在本案例中，暖通空調還采用了綜合節能技術，根據辦公樓實際情況，有針對性的采用這些技術，可以達到更好的節能降耗目的。

2.5.1 冰蓄冷空調技術

在暖通空調系統中應用冰蓄冷空調節能技術，可以從整體上緩解能源危機的問題，同時，還有利于資源的優化配置。結合本次案例工程，技術人員引入了冰蓄冷空調技術，從應用效果來看，整體耗能明顯降低，達到了降低成本投入與能源消耗的目的。具體來說：在夜間電力低谷的時間進行制冷，之后利用冷量以冰或者水的方式，將其儲存在專門的設備中，之后電力高峰的時候，可以將這些儲存的冷量進行釋放，從而達到節約電能消耗、節能環保的目的。另外，在實現節約能源的目標的同時，而且還有助于資源的優化配置?，F階段，我國在電力系統中，火力發電還處于主導，發電機可調性補強，因此，改變發電量不夠靈活。應用冰蓄冷技術之后，可以有效解決這個問題，實現了在夜間的高效率發電，同時也可以降低單位煤炭的消耗量。從這個方面來看，冰蓄冷技術可以在夜間大幅提升發電機的運行效率，同時，該技術還可以避開用電高峰期，在同等電力資源條件下，能夠為更多的項目提供電能。系統原理圖如圖3 所示。

圖3 冰蓄冷空調系統原理圖

2.5.2 固體儲熱技術

在本案例工程中還應用了固體儲熱技術，該技術也被稱為自儲熱電鍋爐技術，是利用物業后低谷點儲熱介質進行加熱，溫度升高到數百度之后進行熱量儲存，非低谷時間里自動裝飾會將熱量釋放出來，并能夠結合用戶的實際需求以及周圍環境溫度，靈活、快捷的對鍋爐出水溫度進行控制，這種方式可以讓建筑有充足的生活熱水，這種方式稱為“平衡用電負荷”法，主要是利用低谷電來實現的。自儲熱電鍋爐系統是一種全新的系統，其主要是利用一些高質量的儲熱材料來作為系統的材料，結合了取熱、儲熱、加熱等功能為一體，系統結構圖如圖4 所示。

圖4 自儲熱電鍋爐結構圖

2.5.3 空氣源熱泵集中供熱技術

這項技術充分利用了空氣中的低品位熱量，可以通過很少的電能進行高品位熱能轉化，比如：投入1kW 的電能，就可以獲得3-4kW 的熱能，這項技術在本案例工程中的應用，使得耗能大大降低，系統運行效率大大提升，同時，由于該項技術不需要設置鍋爐，因此，機房空間相對縮小，大大節約了煤炭、石油等不可再生資源的消耗，其制熱理論為：熱水進/出水溫度為40℃/45℃，環境干球溫度為7℃，濕球溫度為6℃。

2.6 方案對比分析

通過對各種方案的對比分析，綜合投資概算、運行費用、靜態投資回報、占地面積等要素，三種方案經濟效益如表1 所示。

表1 不同方案經濟效益分析對比表

由表1 可知，固體蓄熱系統優勢比較明顯，不僅投資費用少，并且回報的周期比較短，占地面積也比較少，但其也存在一定弊端，那就是該系統可以解決建筑動機采暖以及生活熱水的問題，如果夏天需要制冷，那么則需要另外進行制冷系統的設置，這會在一定程度上增加成本，同時，也會比較麻煩；空氣熱源泵系統具有前期投資概算高、后期運行費用低的特點，但是，這種系統的靜態投資回收較短，但是具有一機三用的優勢，可以在冬季采暖、夏季制冷，實現了全年生活熱水的供應，空氣源熱源泵集中供熱范圍廣泛，溫度能夠控制在-10～40℃，能夠進行連續加熱，能夠在各種類型的水工程中應用，實現了為自動化運行以及無人化管理，運行成本低廉，能源節約效果十分顯著，空氣源熱泵可節省70%的能源。結合上表綜合分析，本案例選擇空氣熱源泵集中供熱技術。

2.7 效果分析

將空氣熱源泵集中供熱技術應用到本案例工程之后，經歷了一年的使用運行，不僅系統運行穩定，并且具有節能效果良好，費用降低了30%，可以達到預期節能目標。

3 結束語

節能降耗是當前建筑暖通空調設計的主要方向，在實際工程案例中，設計人員與技術人員應該將目光放長遠，積極引入新型技術，通過合理、科學的設計，從整體上降低暖通空調耗能，以促進建筑、資源、社會的和諧發展。本文以具體案例為例，對節能技術在建筑暖通空調工程中的應用進行了分析，旨在更好的促進我國社會的和諧發展。