关于某商住楼空调系统节能设计的研究

边惠葵

（中国市政工程西南设计研究总院，四川 成都 610000）

前言

随着我国国民经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对工作、居住、休闲娱乐环境的质量要求也越来越高，因此空调的应用显得尤为重要。目前，空调的普及，暖通空调的节能和环保已成为当前国内外重点研究的课题，空调系统的设计既要给人们提供舒适的环境，又要考虑可持续发展，减少能源浪费。因此，加快对空调节能技术的研究，应用与设计，特别是高层建筑，将对我国建筑能源消耗的降低是一个极大的促进与推动；同时也是适应未来绿色环保节能建筑发展的必然趋势。

目前，世界各国建筑空调系统节能的研究主要集中在以下几个方面[1]。降低室内设定值，控制室外新风量，优选空调方式，热回收与热交换装置，采用自动控制，自然能源和新能源的利用。本文结合上述影响因素，设计了一套节能环保的空调系统。

1.概况

本设计商住楼，共11层，有地下室1层。该大厦高46.5m，一、二层层高为4.2m，三至十一层层高为3m，为高层建筑。总用地面积6014.2m2，总居住人数150人，总居住户数43户。总建筑面积14822.8m2。商住楼建筑面积75.88m2，其中：地下室建筑面积 678m2，商业建筑面积801m2，住宅建筑面积6109.8m2。商业街建筑面积7234m2，其中地下室建筑面积150m2，商业建筑面积2783m2，办公建筑面积4301m2。框架结构，美观大方。针对该大厦的功能要求和特点，以及该地气象条件和空调要求，参考有关文献资料，同时依据舒适、方便、实用、经济的原则，充分考虑节能的要求。

2.设计方案

由于建筑物所在地夏季日照充足，车流量很大，噪声较大，因此窗户夏季大部分时间关闭，竖向房间方式不尽相同，为使空调系统既能保持室内要求参数，而又经济合理，就需要将系统分区。

系统分区所要考虑的主要因素是：室内温湿度参数、负荷特性（朝向、房间使用功能等）、建筑物高度、使用时间、空调设备的容量，节能管理方便等[2]。综合功能和使用各方面考虑，竖直分为三个区：一层二层分为一区，因为是商用，白天是使用高峰，晚间需要统一管理，三至七层分为一区，八至十一层分为一区。风系统则每层分为一区。

基于上述考虑，本建筑物系统初步选定为：设计冷负荷是选择设备的主要依据，所以正确地计算建筑冷负荷对整个系统的设计十分重要。公共和民用建筑空调系统的负荷主要来自围护结构传热（包括太阳辐射）和新风负荷。传统的教科书及设计手册中给出的空调负荷计算方法，不论是计算围护结构的墙壁或门窗负荷，其结果均是针对某一具体房间而言，而空调系统设备容量依据的是整个建筑物的冷负荷。由于各房间朝向、位置、功能及其内部热源等情况的不同造成的最大冷负荷出现的时间并不相同。因此建筑物冷负荷的最大值应为每个房间逐时负荷叠加的最大值，而不是简单地将每个房间的最大冷负荷进行叠加。空调系统负荷是随室外气象条件而变化的，一年春夏秋冬四季中负荷有很大的不同，波动很大，在全年出现峰值负荷的时间很少。因此设计时考虑全年负荷变化对冷机及其他设备进行大小搭配选择，以便在室内冷负荷较小时开启小型设备，而在冷负荷较大时再开启大型设备，尽量避免冷机及其他设备在低负荷率的情况下运行，其单位制冷量的耗电量会增加，因此适当选择冷机型号，保证高效率运行，也可减少系统能耗，达到节能的目的。

门厅处设置空气幕；住宅采用风机盘管加新风系统；地下室和设备层采用机械通风系统；走廊、中庭、餐厅采用全空气系统；厕所设置排风扇，保持厕所的相对负压，通过其他房间渗透补充厕所风量，再通过厕所风机排出，使厕所异味不能扩散至其他房间。大厅、餐厅等大空间公共区域，设计一般采用全空气空调系统。采用双风机（送回风）系统，当室外空气焓值低于室内焓值时，可改变新风比到全新风全排风，达到节能及改善室内空气品质的目的。

3.负荷计算说明

利用谐波反映法的工程简化计算方法，进行如下计算[3]。

外墙和屋顶瞬时冷负荷计算公式：

CLQτ=KFΔtτ-ε

式中：τ---计算时间，h；

ε---温度波传到内表面的时间延迟，h；

τ-ε---温度波的作用时间，h；

K---外墙或屋面的传热系数，W/m2·K；

F---外墙或屋面的面积，m2；

Δtτ-ε---作用时刻下，冷负荷计算温差。窗户瞬时冷负荷计算公式：

CLQτ-ε=KFΔtτ

式中：Δtτ---计算时刻的负荷温差，℃；

K---传热系数；

窗户日射得热冷负荷计算公式：

CLQj-z=xgxdCnCsFJj-1

式中：xg---窗的有效面积系数；

xd---地点修正系数；

Jj-τ--计算时刻，单位窗口面积的太阳总辐射热形成的冷负荷，W/m2；

照明和人体散热得热冷负荷公式：

CLQτ=QJXτ-T

式中：Q---照明和人体的得热，W；

T---开灯时刻或人员进入房间时刻，h；

τ-T---从开灯时刻或人员进入房间时刻到计算时刻的时间，h；

JXτ-T---τ-T时间的照明负荷强度系数、人体负荷强度系数。人体湿负荷公式：

式中：n---空调房间内的人员总数；

ф---机群系数；

ω---每名成年男子的散湿量g/h；

Wr---人体的湿负荷，kg/h。

新风冷负荷公式：

Q=1.2L（hw-hn）

式中：L--- 新风量，kg/s；

hw---室外空气的焓值，kJ/kg；

hn---室内空气的焓值，kJ/kg。

4.系统风量的确定

4.1.空调房间风量的确定。空调系统送风状态和送风量的确定步骤[4]：

（1）根据已知的室内空气状态参数，在i-d图上找到室内空气状态点N。

（2）根据计算出的空调房间冷负荷Q和湿负荷W计算出热湿比ε=Q/W，在通过N点画出过程线ε。

（3）选取合理的送风温差Δt。

（4）根据所取定的送风温差Δt求出送风温度t0，t0等温线与过程线ε的交点O即为送风状态点。

4.2.空调房间新风量的确定。确定新风量的依据有三个因素[5]：（1）满足卫生要求；（2）补充局部排风量；（3）保证空调房间的正压要求。一般规定，空调系统中的新风占送风量的百分数不应低于10%。不论每人占房间体积多少，新风量按大于等于每人25m3/h。

5.意义。空气调节是建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可或缺的重要环节。关于空调节能问题，在以前的某些工程中，设计方往往对设计工况下的节能比较重视，而对其它工况则完全依靠自控系统或设几个手动调节阀了事，实际上，大量的节能空间在非设计工况。要实现节能，首先设计方在使系统满足设计工况的基础上，应尽量多作调查研究，使系统的设计尽量贴近全年运行实际情况。建筑节能是一项系统工程，只有综合利用各种技术手段，工程技术人员全方位的节能意识，在建设项目进行的不同时期，应从不同角度，依据不同原则对其进行研究。

[1]王志勇，泽华等.基于建筑环境的空调系统设计节能分析 [J].建筑热能通风空调，2004，23（2）：54-57.

[2]赵荣义，钱以明，范存养等.空气调节[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[3]朱林.暖通空调常用数据手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.