某高层办公绿色建筑的暖通空调设计

孙婷婷

(厦门市瑞达置业有限公司福建厦门361000)

某高层办公绿色建筑的暖通空调设计

孙婷婷

(厦门市瑞达置业有限公司福建厦门361000)

结合项目实际，分析和总结了绿色建筑的空调系统设计，重点从冷源的选择如采用水冷式+直流变频式空调系统、变频调速技术的应用如采用冷冻一次变频泵、新排风能量回收分析如采用此项技术的成本回收期分析、空调冷却塔补水方式如采用回收雨水和冷凝水的非传统冷源补水等角度详述了空调技术在绿色建筑上的应用。

绿色建筑;空调设计;变频调速技术;新排风的能量回收;冷却塔补水方式

0 引言

随着社会的进步、科技的发展，绿色建筑越来越被人们所重视，2014年新版《绿色建筑评价标准》的出版更推进了这一趋势。

众所周知在建筑整体能耗中，空调系统所占能耗是最大的(高达40％～50％)，因此加强建筑设计中空调设计的节能环保性就显得十分必要。

某高层办公项目，位于厦门市思明区观音山片区，项目周边配套丰富，交通便利。该项目要达到《绿色建筑评价标准》规定的二星要求，获得绿色建筑二星级的标识。为此，在设计过程中，空调系统的设计起到了至关重要的作用。

本文拟就论述该高层绿色建筑的暖通空调设计。

1 工程概况

工程规模:该项目分南、北2栋楼，工程总建筑面积:93 658.82m2，地下建筑面积:24 504.63m2，地上建筑面积:70 421.95m2。南楼地上建筑24层，北楼地上建筑29层，地下建筑3层(局部4层)，建筑最大高度127.44m。

功能布局:地下室均为汽车库、设备用房，地下三层局部战时转换为核6级常6级二等人员掩蔽所，地上一、二层为商业，三层以上均为办公(其中北楼十层、二十层及屋面为避难层)。建筑效果图如图1所示。

图1 建筑效果图

2 空调设计在绿色建筑上的应用

为达到绿色建筑二星级标准，需要采取一系列空调技术措施，但有些措施对于该项目却并不适用。本着经济适用、实施性强的原则，确定了一系列必选的技术措施，并对其中一些技术措施进行反复的研究和技术比对。

2.1 空调冷源的选择

2.1.1 各种冷源分析

(1)直燃机系统

直燃机系统可夏季制冷、冬季制热、耗电量较小，运行时较平稳、噪音小、振动小，但使用有一定的安全隐患且维修费用高，使用寿命短，运行费用高，初投资费用高。该项目因不需要冬季制热且考虑直燃机系统初投资费用和运行维护费用都比较高，故空调冷源不采用直燃机系统。

(2)冰蓄冷系统

冰蓄冷系统可利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用且制冷主机容量减少，可减少空调系统电力增容费和供配电设施费。但初投资费用高，机房占地面积大，系统设计和控制调节也较为复杂。考虑到厦门峰谷电价的优势并不是太大且系统控制调试复杂，以后项目运行中如系统控制不佳根本达不到节能效果，故该项目不采用。

(3)风冷热泵系统

风冷热泵系统可夏季制冷、冬季制热，没有冷却水系统和冷却塔、冷却水泵，但机组需要在室外设置较大的室外机平台，运行噪音较大，且夏季能效较低(相对冷水机组)，随着室外温度的降低效率衰减较大。该项目因不需要冬季制热，屋顶需要做屋顶花园没有足够的空间放置风冷热泵室外机，且风冷热泵机组效率相对冷水机组低，即运行中费用相对高，故空调冷源不采用风冷热泵系统。

(4)其他热泵系统

其他热泵系统包括地源热泵、水源热泵系统。地源热泵、水源热泵系统属可再生能源，但使用都受相应条件限制，如地源热泵系统受打井区域、场地限制;水源热泵系统受可利用水源条件、水层地理结构限制。该工程相应条件均不具备，故无法采用地源热泵、水源热泵系统。

(5)水冷式系统

水冷式系统运行可靠，运行费用低，维护简单方便且主机效率高，不受气温影响，使用寿命长，但需要占用一定的室内机房面积(相比直燃机系统、冰蓄冷系统机房占用面积小)，只能用于夏季制冷。该项目因不需要冬季制热且水冷式系统相对于其他系统有着运行费用较低、维护简单、主机效率高的特点，占用室内机房面积也比直燃机系统和冰蓄冷系统小，故适合该项目使用。

2.1.2 冷源选择

该项目北楼为总部大楼(部分出租)，南楼为整体办公出售，项目位于厦门市，属夏热冬暖地区，空调只考虑夏季制冷。根据项目特点和各种冷源分析，最终与设计院确定北楼主机采用水冷冷水机组，为北楼及南楼新风机组供冷，并对冷水机组组合形式在夜间负荷与总负荷比例关系(总部为金融公司，夜间需要经常加班)、运行费用、主机运行效率等方面进行分析论证，确定冷水机组采用二大一小的组合形式(二台离心机，一台螺杆机，螺杆机负荷约为总负荷的20％);南楼因出售性质，为了更好地计费，采用直流变频多联式空调系统，空调室外机置于同层外墙空调板处。

2.1.3 冷源机组能效要求

为了达到绿色建筑二星级标准，空调系统冷源机组能效要求均优于现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189－2015的规定(以下简称节能规范)——冷水机组的制冷性能系数(COP)比节能规范要求提高6％，多联式空调机组的制冷综合性能系数(IPLV(C))比节能规范要求提高8％。2015版节能规范要求夏热冬暖地区水冷螺杆式机组在制冷量大于528kW、小于1163kW时COP值不低于5.3，水冷离心式机组在制冷量大于2 110kW时COP值不低于5.9，多联式空调机组在制冷量大于28kW大小于84kW时IPLV(C)值不低于3.95，而该项目选用的两台2 500kW离心冷水机组的COP值达到6.25，一台1 094kW螺杆冷水机组的COP值达到5.62，多联式空调机组的制冷综合性能系数IPLV(C)值达到6.3，均满足福建省绿色建筑评价标准的要求。

2.2 空调系统的设计

2.2.1 变频调速技术的应用

考虑到空调系统长期处于部分负荷的运行状态，系统中采用变频技术就具有显著节能的效果。不管是空调冷冻泵、送风量大的空气处理机组、通风机还是空调冷却塔风机都应考虑采用变频技术。

以空调冷冻泵为例，泵的流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。由此可见当降低转速时，功率的减少远比流量的减少量大得多，因此降低水泵转速就能使单位供水量的电耗减少。对于空调冷冻泵来说，变频调试供水，主要是通过压力变送器检测管网水压，并将水压信号转化为电流性号，反馈给变频器内单片机;单片机根据水压情况调整水泵电机输入频率，从而使水泵转速改变。

除此之外，变频器采用微机控制，具有16种电压－频率特征曲线可供选择，因而拖动各种不同性质的负荷均能进入最佳运行状态，电机的加速和减速时间能根据负荷的要求来调整，在启动运行过程中做到了软启动，避免了泵的抽空现象。

空调冷冻泵采用变频技术不仅可以在运行过程中起到显著的节能效果还能降低启动电流，提高功率因数，对电机起到保护功能［1］。

2.2.2 新排风的能量回收

新排风的能量回收即热回收机组充分回收利用排风中的冷/热量，对新风进行预冷(预热)，从而减小新风负荷以达到节能的目的。《福建省绿色建筑设计规范》(DBJ/T 13－197－2014)9.3.8条规定:“经技术经济比较合理时，新风宜经排风热回收装置进行预冷或预热处理”［2］。由此可见，是否做排风热回收，首先要进行经济性分析。

该项目室外空调设计温度为33.5℃，室内设计温度26℃，以北楼为例，每层新风量3 500m3/h～4 000m3/h，总新风量96 490m3/h，如采用全热转轮热回收装置，全热回收效率为62％，由此计算出夏季新风送风温度为:t=33.5－(33.5－26)×62％= 28.85℃，h(焓)=87.93－(87.93－53.31)×62％= 66.47KJ/Kg。计算结果如表1所示。

表1 全热回收前后送风温度和焓值

回收能量=单位时间空气流量x新风经转轮式换热器前后的焓差=96 490×1.293×(87.93－66.47)/3600=743.7kW。

空调冷水机组能效比平均按6计算，处理743.7kW负荷所消耗的电功率为:743.7/6=124kW，但由于增加了转轮热回收，机组的送/排风阻力有所增加，这部分增加的阻力所消耗的功率为:96 490× 250/62％/3 600/1 000=10.8kW。

选择3台转轮热回收机组，2台处理风量为34 200m3/h，1台处理风量为28 090m3/h，3台转轮机组耗电:28×2+24=80kW，热回收转轮的净节能功率为:124－10.8×2－80+34.35=56.75kW。以夏季运行5个月，每月按25d、每天运行10h、电价按1.0元/kWh计算，增加转轮热回收机组一个夏季所能节省的电费为:56.75×10×25×6/10 000=7.09万元。根据厂家报价，3台转轮机组的总报价为38.7万元，静态回收期为38.7/7.09=5.46年。考虑到静态回收期较长且南楼为出售性质，故该项目不采用新排风能量回收技术。

2.2.3 空调冷却塔补水方式

《福建省绿色建筑设计规范》(DBJ/T 13－197－2014)9.3.14条规定:“暖通空调系统冷却水补水鼓励采用非传统水源”［2］。该项目结合给排水专业，在地下三层设置了1个100m3混凝土雨水收集箱和1个20m3清水箱，收集屋面、路面雨水及空调冷凝水。收集后的雨水及冷凝水进入雨水收集箱，经过滤消毒处理后用于车库冲洗、绿化浇灌、道路浇洒及冷却塔补水。根据《福建省绿色评价标准》(DBJ/T 13－118－2014) 6.2.11条规定:“冷却水补水使用非传统水源占其总用水量的比例不低于50％时，可得满分8分”［3］。

该项目冷却水系统循环水量为:1 500m3/h，补水量按冷却循环水量的1.5％计算，冷却塔日均补水量Wtd=0.6×500×1.5％×10=135m3/d(公式参照《民用建筑节水设计标准》GB50555－2010［4］)，全年冷却塔使用天数为125d，则全年空调冷却水补水量Wta= 135×125=16 875m3/a。

根据《全国民用建筑工程设计技术措施－暖通空调·动力》2009版第5.10.6条规定:“1kW冷负荷每小时约产生0.4kg～0.8kg的冷凝水”［5］，该项目按0.6Kg/h计算，项目总冷负荷约为12 298kW，其冷凝水产量为7.379m3/h，冷凝水5月～9月每月产生量为7.379×10×25=1 844.75m3/月，考虑到出租率、用户使用习惯以及不可预计水量损失等因素，实际冷凝水收集量按0.8计算，即空调冷凝水每月产生量为: 1 844.75×0.8=1 475.8m3/月。雨水和冷凝水收集量减去绿化、道路浇洒和车库冲洗用水后即为冷却塔补水量，具体如表2所示。

表2 雨水利用水量平衡计算表

从表2可知，冷却塔补水量为8 489.7m3/a，则冷却水补水使用非传统水源的比例为:8 489.7/16 875× 100％=50.3％＞50％，故该项目在空调冷却塔水补水方面可得满分8分。

2.3 空调自动控制系统设计

除常规控制外，根据该工程暖通设计特点，设置了一些特殊的控制。如人员密度变化相对较大的房间(多功能厅)设置二氧化碳监测装置，联动控制室内新风量和空调系统的运行;地下汽车库设计一氧化碳浓度监测装置，根据车库内一氧化碳浓度监测装置对风机采用变频调速控制或启停控制，以降低风机的运行能耗;冷却水系统自动控制:冷水机组运行时冷却水最低回水温度控制，冷却塔风机运行台数及风机调速控制。

3 结语

以上为该项目空调设计在绿色建筑上采取的一些措施，通过这些措施暖通专业在绿色建筑评审中得到38分(其中节能与能源利用上得到20分，节水与水资源利用上得到3分，室内环境质量上得到15分)，也正是因为空调诸多节能技术的设计，使得该项目最终绿色建筑总得分达到65.78分，顺利通过绿色建设二星审查。

［1］杨锐，赵朴夫．变频调速技术在中央空调系统中的应用［J］．山西建筑，2005(07):148－150．

［2］DBJ/T 13－197－2014福建省绿色建筑设计规范［S］．福建省住房和城乡建设厅，2014．

［3］DBJ/T 13－118－2014福建省绿色建筑评价标准［S］．福建省住房和城乡建设厅，2014．

［4］GB50555－2010民用建筑节水设计标准［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010．

［5］中国建筑标准设计研究院．全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力(2009版)［M］．北京:中国计划出版社，2009．

图8 配电箱、柜效果图

3．5其他重点部位的创优

(1)吊顶内管线布设除了按天棚布局要求外，支吊架布设位置与吊顶装饰的工序配合是至关重要的。在安装管线时就应考虑到灯具、喷淋头、烟温感器、喇叭、摄像头等器具的布设，以便在做吊顶时做到居中安装。走廊内超长灯具采用热镀锌管通长加固在两侧增加吊点做到安全可靠，注意天棚内接线盒引出的导线必须套金属软管，不允许有导线明露。

(2)防雷装置测试卡应根据要求设置，不能突出建筑物过多，有利于测试方便。要与外墙面整体协调，观感良好、接地标识清楚。

4 结语

本工程于2015年获得“鲁班奖”。“鲁班奖”工程是以满足国家法规、规范的工程质量为基础，优中选优，综合优势强的工程，所以施工企业必须始终坚决贯彻“人无我有、人有我优、人优我精、人精我特”的创优质思路，弘扬大国工匠精神的信念才能达到创优目的，实现创建目标。该文希望能为施工企业电气分部工程的创优提供一些思路和做法，达到提高施工质量的目的。

参考文献

［1］GB50303－2015建筑电气工程施工质量验收规范［S］．北京:中国计划出版社，2015．

HVAC Design of a High－rise office Green Building

SUN Tingting
(Xiamen City Ruida Property Co．，Ltd．，Xiamen 361000)

Combined with the actual project，the paper analyzes and summarizes the design of air conditionging system for green building.Focus from the choice of cold source:such as water－cooled and DC frequency conversion air conditioning system、Application of frequency control technique:such as the application of variable－frequency primary pump technology、Energy recovery analysis of fresh air and exhaust air: such as analysis of cost Pay－Back period based on using this technology、Water supply mode of air conditioning cooling tower:such as using reclaimed rainwater and condensate water.From the above aspects described the application of air conditioning technology in the green building.

Green building;Air conditioning design;Frequency control technology;Energy recovery of fresh air and exhaust air;Water supply mode of air conditioning cooling tower

TU831．3+5

:A

:1004－6135(2017)01－0085－04

孙婷婷(1983．7－)，女，工程师。

E-mail:343882776@qq．com

2016－10－20