合肥万达城内区新风供冷与常规方式的比较

徐铭明 刘 刚 宣 丰

东华大学环境科学与工程学院

合肥万达城内区新风供冷与常规方式的比较

徐铭明 刘 刚 宣 丰

东华大学环境科学与工程学院

本文介绍了在过渡季和冬季通过增大新风量对内区进行供冷的方法，并结合实际工程，对合肥地区某大体量商业建筑进行内区冷量估算；比较其与常规内区供冷方式下的运行费用等，分析其经济性。结果表明：在过渡季和冬季采用增大新风量能够基本达到内区供冷要求，且具有节能效果。

内区供冷 增大新风 负荷估算 节能

近年来，全国各大城市中出现越来越多的综合性商业建筑，其特点为体量大、功能多、具有较大的内区面积。很多大面积的内区基本不受室外气温的影响，主要由人体、设备、灯光等散热形成大量余热，在过渡季节和冬季也表现为热负荷，需要对其进行全年供冷，故而在设计中较难处理。目前大部分商业建筑普遍采用风机盘管加新风的空调方式，本文将结合实际工程，重点论述在此空调系统的基础上，采用增大新风量的方式在过渡季或冬季对内区进行供冷时，是否能达到预期供冷效果，并对该种内区供冷方式进行经济性分析。

1 工程概况

本项目位于安徽省合肥市，建筑面积约为19万 m3，地下一层为超市和车库，地上一层为各主力店和步行街，地上二、三层为各娱乐设施，如餐饮、电玩、KTV、影厅等。

本工程夏季设计冷负荷为14000kW，制冷机组选择容量为1200RT的离心式冷水机组4台。

2 增大新风量效果分析

过渡季节和冬季采用增大新风量进行内区供冷，新风送风温度设为12℃[1]，相对湿度30%，焓值i1约为18.6kJ/kg；室内设计温度20℃，焓值i2约为26.5kJ/kg。根据DeST输出的合肥全年逐时室外温度可知，过渡季和冬季室外温度不高于12℃的时间约为1600h，此期间需对新风进行预热再送入室内。进行负荷估算与新风供冷能力计算，夏季冷负荷约为14000kW，过渡季节和冬季内区冷负荷为1540kW，约占夏季冷负荷的11%左右。在室外干球温度达到设定送风温度12℃及以下时，将新风量增大到50m3/(h·p)。一楼由于烟囱效应及外门开启，不用考虑内区供冷。新风供冷能力按下式计算：

空气密度ρ=1.237kg/m3，将各参数代入上式计算商铺业态新风供冷能力：W=(26.5-18.6)×20×1.237/(4× 3.6)=13.6W/m2；新风增加到50m3/(h·p)后：W=(26.5-18.6)×50×1.237/(4×3.6)=34W/m2。

人体显热冷负荷按下式计算[2]：

可查得：φ=0.89；n/S=0.25p/m2；室温 20℃ 时 q1=93W；工作时间为13h/d，冷负荷系数取最大值，即Xt-T=0.96。则qτ=19.7W/m2。

荧光灯散热冷负荷按下式计算：

可查得：n1=0.8；N/S=19W/m2；工作时间为13h/d，冷负荷系数取最大值，即Xt-T=0.94；则qτ=17W/m2。

电气设备功率密度查表，其他业态计算方法同上。详细估算负荷见表1。

表1 二层、三层、地下一层过度季内区冷估算表

根据表1可知，全空气系统区域可保证内区供冷要求，非全空气系统的新风增大到50m3/(h·p)后，有50%的内区面积不能很好地保证过渡季节和冬季的内区供冷需求，全空气系统部分在冬季和过渡季节无需增大风量，直接向室内送入经过处理的新风即可满足内区供冷需求。

3 经济性分析

3.1 初投资增加费用

内区不足的冷量将由冷水机组承担，约为258615W，期间总冷量为413783kWh。原设计风量约为240000m3/h，如采用加大新风量，风量增加到原先的两倍左右约为510000m3/h，根据工程报价，风机价格从原来的19万左右增加到40万，增加费用约21万元。为避免风速过大，风管材料面积将增大到原来的2倍左右，风管高度增加到原来的1.5倍左右，风管制作材料增加约为3.5万左右。

3.2 新风预热费用

室外空气需要预热至12℃送入，预热时间为1600h，室外空气平均温度为6.04℃，焓值i3约为10.4 kJ/kg，6℃时空气密度取ρ=1.263kg/m3，燃气锅炉效率取η=94%，合肥商用燃气价格3.66元/Nm3，则采用增大新风的业态预热所需燃气费用按下列公式计算：

式中：i2、i3为室内外空气焓值，kJ/kg；G为新风量，m3/ (h·p)；S为区域面积，m2；t为内区供冷供冷时间，h；n表示人员密度，m2/p。详细计算如下：

商铺：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×15231×1600/0.94/ 4=3356199460kJ，耗气量为93362Nm3，燃气费34.17万元。

电玩：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×1468×1600/0.94/3= 431304647kJ，耗气量为11997Nm3，燃气费4.13万元。

KTV：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×2796×1600/0.94/ 2.5=926625715kJ，耗气量为27422Nm3，燃气费10.04万元。

餐饮：Q=(18.6-10.4)×50×1.263×12730×1600/0.94/ 2.5=4488153804kJ，耗气量为 124851Nm3，燃气费45.70万元。

共计预热所需燃气费用约94万元/年。

3.3 风机运行费用

对风机运行能耗进行计算，采用增大新风的业态新风机耗电量计算如下[3]：

风量G约为52600m3/h，风机的最大耗功率取0.48W/(m3/h)，则总耗电量=526000×0.48×1600/1000= 403968kWh，电费为48.48万元/年。

3.4 冷水机组运行费用

加大新风量内区供冷期间，冷水机组总制冷量为413783kWh，运行工况下COP约为5.1，耗电量为81134kWh，安徽省商业用电平均电价约为1.20元/kWh，需用电费97361元（约9.74万元）。

4 采用常规方式内区供冷

如采用冷水机组供冷，则在可采用前两种方式的1600h中，系统总制冷量为2464000kWh，运行工况下COP约为5.1，耗电量为483137kWh，安徽省商业用电平均电价约为1.20元/kWh，需用电费579764.7元（约57.98万元）。

新风需处理到室内状态点20℃送入，焓值i4约为29.5kJ/kg，室外空气平均温度为6.04℃，焓值i3约为10.4kJ/kg，6℃时空气密度取ρ=1.263kg/m3，合肥商用燃气价格3.66元/Nm3，则采用增大新风的业态预热所需燃气费用计算参照式（3）：

商铺：Q=(29.5-10.4)×20×1.263×15231×1600/0.94/ 4=3126995594kJ，耗气量为86986Nm3，燃气费31.84万元。

电玩：Q=(29.5-10.4)×30×1.263×1468×1600/0.94/ 3=602774543kJ，耗气量为16768Nm3，需耗燃气费6.14万元。

KTV：Q=(29.5-10.4)×20×1.263×2796×1600/0.94/ 2.5=918451020kJ，耗气量为25549Nm3，需耗燃气费9.35万元。

餐饮：Q=(29.5-10.4)×25×1.263×12730×1600/0.94/ 2.5=5227057174kJ，耗气量为145405Nm3，需耗燃气费53.22万元。

共计预热所需燃气费用约100.54万元/年。

5 两种方式综合比较

增大新风方式与常规内区供冷期间各项费用见表2。

表2 两种内区供冷方式经济性对比表

采用增大新风量的方式，全空气系统区域可保证内区供冷要求，非全空气系统新风增大到50m3/(h·p)后，有50%的内区面积需靠冷水机组运行来辅助供冷，需消耗电量；风速增大需使用双速风机，增加风机费用；风量增加到原先的两倍左右，因而风管材料面积将增大到原来的1.5倍左右，风管高度约增加到原来的1.2倍，预计需求吊顶高度增加0.3m左右，风管初投资增加。

根据上表可知，采用增大新风的方式比常规方式节省电费约46.62万元/年，初投资增加约24.5万元，1年内可达回收期，较为节能，但使施工、运行和调试增加了难度[4]。

6 总结

1）全空气系统部分在冬季和过渡季节直接把室外新风与适当的室内回风混合后送入即可保证内区供冷要求，无需再增大风量；

2）非全空气系统部分采用增大新风的方式内区供冷，年节省电费约为46.62万元，但不能很好保证过渡季节和冬季内区供冷的要求，需靠冷水机组辅助制冷，并且风管高度将增大到原先的1.2倍左右，对吊顶高度存在较高要求；

3）在非全空气系统的区域采用增大新风量的方式进行内区供冷需要考虑采取辅助制冷来补充冷量的不足；在全空气系统的区域直接把室外新风与适当的室内回风混合后送入室内即可。

[1] 张野.利用新风解决商业建筑内区余热的模拟计算分析[A].见:全国暖通空调制冷2004年学术文集[C].2004.64-69

[2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[3] 公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)[S].北京:中国建筑工业出版社,2005

[4] 赵建成,安爱民.空调分区系统中几种空调方式的探讨[A].见: 2006全国暖通空调制冷学术年会[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

徐铭明（1991～），女，硕士研究生；上海市松江区人民北路2999号东华大学环境学院楼3137室（201620）；E-mail:violaxu001@163.com