厦门市商场中央空调系统新风调节与节能分析

林友芝

( 厦门新洋达工程技术有限公司,厦门 361000 )



厦门市商场中央空调系统新风调节与节能分析

林友芝

( 厦门新洋达工程技术有限公司,厦门 361000 )

本文对厦门市几个主要商场的中央空调系统进行实际调研，发现各商场中央空调新风均没有调节。对建筑面积为12600m2的SM城市广场空调新风计算分析表明，该商场一年新风的能耗电费约为20.88万元。空调新风改用CO2浓度自动调节控制后,一年可节约电费5.22万元，且改造的投资回收期仅为3个月。计算分析表明，商场中央空调系统新风调节具有很大的节能潜力。[关键词]商场；中央空调；新风；节能

引言

从改善室内空气品质保证人体健康的角度，空调系统新风量越多越好。但是，新风量越多，空调系统的能耗越大。本文根据对厦门市几个主要商场的调研，分析商场空调中的新风调节与节能。

1　商场中央空调新风量问题

商场使用中央空调系统日益普遍，解决好其新风既能满足人体舒适性要求，又能够达到经济节能运行，是商场中央空调系统设计和管理者的重要课题。

1.1商场中央空调新风量与卫生要求

空调建筑一般为密闭性建筑,需要提供新鲜空气(新风)。根据国家标准《公共建筑节能设计标准》条文说明，空调系统所需新风主要有两个用途：一是稀释室内有害物质的浓度，满足人员的卫生要求。二是补充室内排风和保持室内正压。这里的有害物质主要是指CO2。

人体总要不断吸进氧气，呼出二氧化碳。根据参考文献[1]，表1和表2给出了一个人在不同条件下呼出的二氧化碳量，规定了各种场所下室内二氧化碳的允许浓度。

表1　人体在不同状态下的二氧化碳呼出量

对于人员密集的建筑物如商场，每人所占的空间较少，但停留时间短。这类建筑物按此确定的新风量占总风量可能达30%～40%，从而对冷量影响很大，所以在确定新风量时应十分慎重。

表2　二氧化碳的允许含量

1.2商场客流量的规律

商场的客流量变化大，直接影响冷热负荷及新风取值。我国商场客流主要有如下影响因素：

(1)人流与城市规模、商场大小、档次高低、所处地段等因素有关。根据文献[2],繁华地段商场客流量可达1～1.5人/m2,而非繁华地段客流仅是其1/3。

(2)商场经营商品性质。一般经营服装、针织品、儿童用品的商场的人流密度最大；日用百货、化妆品商场次之；家用电器、钟表器材人员较少。

(3)规模和商业面积大小。面积较大的商场人均占有面积也较大,客流密度较小。

(4)楼层的影响。多层建筑一般情况下，首层客流密度最大，以上各层逐渐减少。

(5)客流的旺季是每年的“五一”、“十一”前后和元旦至春节期间。各地的气候条件相差很大，三个高峰期的气候条件差别很大。一般商场年平均日客流量在峰值日客流量的40%～60%范围内。

2　厦门市主要商场及中央空调新风量的调研

2.1商场中央空调新风量受气候条件的影响

商场中央空调的新风量主要受当地气候条件和商场的客流量影响。厦门属于亚热带海洋性季风气候，温暖湿润。冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温在21℃左右。

图1　厦门市常年逐月平均气温

图1为厦门市常年逐月平均气温，一月最冷，常年月平均气温12.6℃，平均最低气温9.9℃；7月最热，常年月平均气温28.0℃，平均最高气温32.3℃。为计算方便，本文将厦门市全年气温分为两部分，第一部分为6～9月，平均温度为27.0 ℃；第二部分为10～12月和1～5月，平均温度为17.3℃。厦门市夏季空气调节室外干球温度为33.6℃，湿球温度为27.6℃；冬季空气调节室外计算温度为6.8℃。

2.2客流量的计算

日客流量的人次数与许多因素有关，如商场所在的城市、大小及位置、商场的规模及经营商品的种类、楼层等。根据文献[3]，商场类建筑空调冷负荷的客流量推荐值见表3：

表3　客流量推荐值

2.3厦门市若干主要商场的调研

本文通过对厦门市几个主要商场进行调研，了解到商场及其中央空调系统的基本数据(见表4)，尤其是新风量调节控制情况。

表4　厦门市若干商场的客流和新风调节

由表4可知，厦门市几个主要商场均没有进行新风量的调节。这样虽然能很好地满足人们的舒适性，但从经济节能的角度却是很大的浪费。因此,本文通过对厦门市SM城市广场商场的新风量能耗现状和改造的分析，提出节能改造方案。

3　SM城市广场新风量的能耗分析

3.1SM城市广场商场的空调及新风系统

SM城市广场的商场面积为126000m2，非周末客流量为6～8万，周末客流量可达10万。每日营业时间早上10点到晚上22点，室内常年保持25℃。

SM城市广场采用3台螺杆式冷水机组和1台离心式冷水机组，其中螺杆式冷水机组的型号为YKHF GBJ15CVF。中央空调新风管管径为400mm×600mm。商场中央空调新风比为1/3，没有采用调节新风比的装置。

3.2SM城市广场新风量的能耗现状

由于受到条件限制，无法对商场实际日客流量进行统计。经检索文献，长沙气象与厦门较相近，故本文借用文献[3]长沙商场客流变化规律进行分析计算。表5为据此计算出的SM城市广场各时间段客流量。

表5　SM城市广场各时间段客流量

根据文献[4]，夏季空调新风冷负荷计算公式如下：

Qc.o=Mo(ho-hR)

(1)

式中，Qc.o—夏季新风冷负荷,kW；Mo—新风量，kg/s；ho—室外空气的焓值，kJ/kg；hR—室内空气的焓值，kJ/kg

冬季新风热负荷计算公式如下：

Qh.o=MoCp(to-tR)

(2)

式中，Qh.o—空调新风热负荷，kW；Cp—空调的定压比热，kJ/(kg·℃)。取1.005kJ/(kg·℃)；to—冬季空调室外空气的计算温度，℃；tR—冬季空调室内空气的计算温度，℃

根据文献统计[5]，大型商场人均逗留的时间为0.6～0.9h，中型商场人均逗留时间为0.4～0.7h。SM城市广场作为大型商场，本文按照人均逗留时间为0.6h计算。

根据公共建筑节能设计标准GB 50189-2005，该商场中央空调设计新风量为20m3/(h·人)。空气密度和体积可以根据以下公式进行换算：

(3)

式中:

ρ—空气密度，kg/m3；

m—质量，kg；

V—体积，m3

查室外计算参数表可知，冬季空调室外空气的计算温度取t0=17.3℃，冬季空调室内空气的计算温度tR=25℃。根据鸿业负荷计算软件可知夏季室外空气的焓值ho=88.31kJ/kg，室内空气的焓值hR=85.26kJ/kg。

空调机组的能耗指标可用式(4)能效比EER来评价，本文EER值按照3.0计算。

(4)

由式(1)～式(4)和表4可计算SM城市广场的分时段负荷和能耗，见表6。

表6　SM城市广场一天内负荷和能耗

每个月按30天计算，一个月按照4个周末，其它为非周末时间，则一年内各月份的新风能耗见表7。全年合计约24万kW·h。厦门市商业用电1kW·h为0.87元，则厦门市SM城市广场新风量一年的电费为20.88万元。

表7　厦门市SM城市广场各月份的耗电量

4　SM城市广场空调新风量系统节能改造分析

4.1新风量系统改造后的能耗分析

商场中通过新风稀释的各污染物中，如果CO2浓度达到规定要求时，其它污染物也可以达到规定要求。同时，CO2浓度比较容易检测，本文采用CO2浓度的变化来自动控制新风量。

按稀释CO2浓度计算新风量：

(5)

式中：

Lx—个人需要的新风量，m3/(h·人);

D—每个人呼出的CO2量，mg/(h·人);

dn—室内空气CO2的卫生标准(允许浓度)，mg/m3;

dx—室外新风CO2浓度，mg/m3。

由表1可知，按照轻劳动人呼出的CO2量D取值30L/(h·人)；由表2可知商场室内空气CO2的卫生标准dn取值2L/m3。大气中二氧化碳按体积分数计算仅占0.03%，可以忽略不计，所以室外空气新风CO2浓度dx取值0。由式(5)计算可知，商场中每个人所需的新风量为15m3/(h·人)。空调设计新风量为20m3/(h·人),即按照二氧化碳浓度计算的新风量为设计量的75%。

根据CO2浓度进行新风量自动调节改造后，SM城市广场新风量的电耗为设计量的75%。即该商场全年的新风电耗为24万×75%=18万kW·h。

厦门市商业用电为0.87元/kW·h，则根据CO2浓度进行自动调节改造后，厦门市SM城市广场新风量一年的电费为15.66万元。

4.2新风量系统改造投资的回收期

SM城市广场建筑总面积达126000m2，商场共6层。每层采用一套单独新风机组，使用风机盘管系统，采用400mm×600mm的新风管。本文采用CO2传感器、控制器、电动风阀对SM城市广场中央空调新风量进行自动调节。通过咨询报价，一套普通自动控制装置投资大约2000元。整个商场需要6套自动控制装置，总投资约为12000元。

由上可知，厦门市SM城市广场中央空调原设计新风量一年的电费为20.88万元；采用新风调节自动控制装置后，一年的电费为15.66万元。一年可节省电费5.22万元。采用自动调节装置初投资为1.2万元。则投资回收期为0.23年，约等于3个月。

厦门市SM城市广场新风量系统采用CO2自动调节控制装置，可以在保证商场空气质量的前提下，明显节省中央空调系统的运行电耗/电费。

需要说明，以上结果是按照一定的客流变化规律计算。采用CO2自动调节控制后，实际运行的新风量将根据实际客流量调节，即实际运行的节能效果可能优于计算结果。2015年2月发布的公共建筑节能设计标准GB 50189-2015，于2015年10月开始实施。新标准的商场新风量推荐值为30m3/(h·人)，按照新标准设计的空调系统，采用CO2自动调节控制的节能潜力更大。

5　结论

根据实地调研，厦门市几个主要商场中央空调系统均未对新风量进行调节。对SM城市广场商场空调系统新风量能耗和节能改造计算分析表明，该商场一年新风量的电耗约为24万度，总电费为20.88万元。对新风量改用CO2自动调节控制系统进行节能改造，改造后每年可以节约电耗5.22万度。节能改造的投资回收期仅为3个月。因此，商场空调新风量自动调节具有很大的节能潜力，应引起高度重视。

[1] 卜啸华.制冷与空调技术问答[M].北京:冶金工业出版社,机械工业出版社,2000:135-136

[2] 樊金花.大中型商场空调新风量取值与节能问题的分析[J].山西建筑，2003，(12):96-97

[3] 邹建忠,袁敏，程珈宁，等．商场空调设计中客流量和新风量取值的探讨[J]．长春工程学院学报(自然科学版)，2001,(2):40-42

[4] 陆亚俊.暖通空调[M].北京:中国建筑工业出版社,2002

[5] 杨宪奎.中小城市商场空调设计中客流量的分析[J]．河北建筑工程学院学报，2002，(4)：32-34

Fresh Air Regulation and Energy Saving of Central Air-conditioning System for Shopping Malls in Xiamen

LIN Youzhi

(Xiamen Xinyangda Engineering Technology Co.Ltd.,Xiamen,361000))

It is found that fresh air is not regulated in central air-conditioning systems for shopping malls based on a survey to several marketplaces in Xiamen.The energy saving potential of fresh air regulation in central air-conditioning system is calculated and analyzed based on the field investigation to SM Town Plaza (the covered area 12600 m2)in Xiamen.It is found that the energy cost for the fresh air is 208,800 Yuan per year.52,200 Yuan could be saved if the automatic control device of CO2concentration is adopted to fresh air system in this case.Moreover,the payback period of technical updates is only 3 months.There is a great potential of energy saving for fresh air regulation in central air-conditioning system in shopping centers.

Shopping center;Central air-conditioning;Fresh air；Energy saving

2016-4-18

林友芝(1971-)，男，高级工程师，主要从事机电安装工程施工。Email:2500985856@qq.com

ISSN1005-9180(2016)03-044-05

TU831文献标示码：B doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2016.03.008