城市综合体空调供冷节能设计的若干思考

李东林

城市综合体空调供冷节能设计的若干思考

李东林

近十几年以来，随着我国城市化进程的快速发展，城市在不断的扩大，农村人口向城市转移，城市消费的需求也不断增大，因此城市综合体的数量、体量也不断变大。而且城市综合体的功能也越来越复杂，从而使得暖通空调系统也越来越复杂，然而由于部分设计人员在综合体空调系统设计方面的水平和经验的不足，导致目前很大一部分城市综合体在实际的运行过程中出现较多问题，比如主机选型偏大、系统水力不平衡、实际运行能耗过大等等。下面从几方面谈谈城市综合体空调供冷系统在节能设计方面的一些经验、思考及分析。

一、准确进行逐时冷负荷计算

空调区的夏季冷负荷应按各项逐时冷负荷的综合最大值确定。然而，在实际的设计中，我们往往不重视维护结构的热工参数对空调冷负荷的影响。维护结构传热系数热等参数基本都是建筑专业按照规范的限值选取，暖通专业并没根据项目实际情况提出建议和要求。为了使空调系统更节能，各专业应该站在整个项目的角度，密切配合，从建筑围护结构热工的源头出发，通过经济技术比较，在规范要求的热工性能限值范围以内，合理选择材料及工艺，从而达到建筑物更节能的目的。在进行冷负荷计算时，应准确分析整个综合体的负荷需求状况，避免负荷叠加，实现按需供冷；综合体各种室内外工况下负荷的变化情况，并找出综合体常年稳定的负荷基数和负荷峰值，为主机选型和空调系统的合理配置提供依据；应考虑系统在各种工况下的节能运行的方案，这样可保证系统在各种工况下都能比较高效地运行，大大节省系统运行费用；还有目前导致综合体冷负荷计算值偏大的原因是在负荷计算中我们常常会在照明冷负荷计算时，对灯具功率的面积指标取值过于保守。其实随着照明技术的发展，目前灯具基本上都是节能灯具和LED灯具，此类灯具比白炽灯或普通灯管的发热量小很多，然后我们在设计过程中，特别是在一些内区房间计算时，由于内区主要是照明负荷和新风负荷，计算出来冷指标都比较低，这时候某些设计人员就会凭经验觉得指标偏低，从而通过加大照明负荷来提高冷指标，这明显是不合理的，这会导致逐时冷负荷偏大，特别建筑体量较大的时候，偏大得更严重。

二、合理选择主机及末端设备

根据以往项目的统计，制冷主机的能耗大约占整个空调系统能耗的40~50%左右，因此，制冷主机是最主要的耗能部分。为了使冷源的方案更合理，全年运行起来更节能，应注意以下方面。

首先，在冷、热源选择时，应根据综合体的规模、业态用途、工程地点的能源条件、结构、价格等，通过多种方案的技术经济比较并论证确定。然而在目前的设计工作当中，由于综合体的暖通工作量大，系统比较复杂，设计周期也较短，经常会出现项目为了赶工期，前期业主基本上未组织进行充分的冷源方案论证，有时候个别业主自己指定冷源形式，或者设计师参考以往项目直接选定冷源方案，甚至有些设计师为了绘图和配合更简单，不管空间的使用功能，直接向业主推荐多联机、分体机等。不但加大了投资，而且由于小型设备综合能效都不高导致整个系统不节能。

第二，选择冷源主机时，应经过经济比较，尽量选用能效更高的产品，由于综合体的系统一般都比较大，耗能都很大，选择能效更高的产品，节能效果是比较明显的。

第三、由于冷负荷是逐时变化的，因此，选择主机时，要适应综合体部分负荷运行，通过合理的配置制冷主机的容量和台数，使主机在各个工况下尽量多的时段都能运行在高效区。

空调循环水泵的耗能也比较大，因此选择水泵时要合理地选择其流量和扬程，变流量的水系统应尽量选择水泵特性曲线为平坦型的，陡降型的由于最大流量和最小流量间扬程变化比较大，故不宜采用，驼峰型的在水泵并联运行时可能会引起扬程的周期波动，对系统的正常运行会有影响。末端空气处理风柜、新风柜、风机盘管等选择应根据房间、区域负荷和系统设置，尽可能选取高效的设备。设计负责多个房间的新风系统时，系统新风量应进行计算，不应简单地将各房间的新风量叠加。室内人员密度相对较大、或者变化较大的房间，最好能根据室内CO2浓度检测值进行新风量控制；对于有集中排风的空调系统在合理的情况下运用热回收技术。

三、合理设置空调风、水系统

对于综合体内大型餐饮，商场、高大空间等多采用全空气系统，设计中应根据房间使用时间的不同、温湿度技术和允许波动范围的不同、噪声标准不同等情况分别设置空调风系统。同时还需考虑系统采用定风量系统还是变风量系统更合适，还有一次回风和二次回风各自的特点以及过渡季节利用室外新风实现全新风运行，使空调系统合理、节能。在此基础上再进行风系统水力平衡计算，根据计算结果合理选择风机，进一步降低能耗。

水系统设计过程中应根据建筑的高低、建筑规模及空间大小，合理选择采用两管制、三管制或四管制以及同程、异程系统。在满足空调水系统耗电输冷比的前提下，结合系统作用半径、系统水阻力来确定冷冻水系统采用一次泵还是二次泵，定流量还是变流量。然后根据水系统形式进行详细的水力平衡计算，在水力平衡详细计算的基础上，选择冷冻水泵及冷却水泵。冷却水系统同样需要进行详细水利平衡计算，避免选择水泵过大，效率偏低。

四、合理设置自控系统

随着控制技术发展，控制的精度越来越高，系统中更多的设备运行可纳入到控制系统当中。空调系统的控制系统可以理解为两类，一类是设备自身的自动控制系统，一类为楼宇自控中空调部分的智能控制系统。

目前在大型综合体空调系统中较为常用且节能效果明显的变频技术，主要有制冷主机变频、循环水泵变频、风机变频等等，这属于空调系统自身的自动控制。制冷主机电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。制冷机组是制冷系统的心脏，降低制冷机组能耗，提高制冷机组的自动化控制水平是空节能技术发展的方向。有些项目空调循环冷冻水泵和冷却水泵转速都是定速的，只要水泵运行，无论实际的空调负荷大小或什么季节，冷冻水泵和冷却水泵都是工频运行的，因此，浪费能源现象比较严重。

近年大型建筑其中大部分建筑拥有智能化设施。实现智能建筑的节能是建设智能化建筑的目标，通过节能管理，节省建筑运行和管理的费用。提高制冷系统的智能控制水平，使制冷系统逐步向计算机化，数字化以及可视化方向发展。通常建筑物节能包括建筑设计、空调系统、照明与设备，而空调系统在建筑中占比很大，因此智能建筑节能首先是空调系统的节能，潜力巨大。智能建筑楼宇自控系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理，其作用和效率是很明显的。

五、结语

据有关统计数据，在我国建筑能耗占总能耗的27%以上，而且还在以每年1个百分点的速度增加。建设部统计数字显示，我国每年城乡建设新建中其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑95%以上是高能耗建筑。虽然我国新建建筑已经基本实现按节能标准设计，比例高达95.7%，而施工阶段执行节能设计标准的比例仅为53.8%。从以上数据可以看出，建筑节能潜力巨大但形势严峻，而在建筑能耗中，空调的能耗所占比例最大，因此，在设计空调系统时，务必要在负荷计算，主要设备选型，风、水系统和自动控制方面力求做到计算准确，选型合理，系统优化，控制科学。并且将设计各种节能的方案严格落实到施工当中，这样才能真正降低建筑能耗，我们的建筑才会是真正的节能建筑、绿色建筑。

（作者单位：广州市番禺建筑设计院有限公司）