暖通空调节能技术在建筑工程中的应用研究

管志广GUAN Zhi-guang；王志军WANG Zhi-jun

（山东格瑞德集团有限公司，德州 253000）

0 引言

近些年，城市化进程不断加剧，城市高楼林立，与其相配套的暖通空调系统也愈发完善，节能技术在暖通空调系统中的应用也更加普及。节能技术可以减低暖通工程的总能耗，能够满足当前绿色节能理念的总体趋向，在提高了暖通空调运行效率的同时，也可以提升建筑综合效益。

1 工程概况

本文所研究的案例为一座商业中心办公楼，总体建筑面积是118851 平方米，主要用于商业、以及设备用房和地下汽车库，地下为4 层，地上为28 层，包括三层商业裙房，还有24 层智能办公楼，办公楼的总体高度比较高，已经在130 米以上，所以在超高层建筑范畴。

2 节能技术在暖通空调系统中的应用

2.1 冷热源

结合本案例工程的使用功能，从建筑节能方面考虑，本案例工程空调冷源采用了四台离心式变频电制冷机组，具有较好的制冷性能，机组中单台制冷量为3165kW。由于过渡季节负荷非常低，为了满足实际需求，在控制时，选择使用一台水冷螺杆式电制冷机组，其制冷量为1056kW。如果是在冬季比较寒冷的情况下，冷却水进入螺杆式冷水机组之后，温度如果大于15℃，那么螺杆式冷水机组的低温保护功能就会启动，机组则会停止运行[1]。

2.2 冷热水系统

图1为本办公大楼空调冷源水系统原理图。

图1 空调冷源水系统原理图

2.3 冷却水系统

本案例工程采用了离心式冷水机组，为了满足其运行的需求，确保空调机组节能效果，班本机组配置了五台变频冷却水泵。螺旋式冷水机组为了满足系统运行需求，则需要配置2 台定频冷却水泵以及相关的冷水设备；案例工程塔楼屋面配置了冷却塔，数量为8 台，冷却塔设置了变频器，以便于达到一定的节能目的，每一台冷却塔都配备防冻加热器，这样在温度比较低的情况下，也可以保障冷却塔的正常运行。按照绿色三星的有关评定标准，在本文所研究的建筑中设置了余热利用系统，该系统通过容积式换热器可以进行冷热水置换，能够将冷却水与市政供给的水进行换热，从而满足生活用水的预热需求[2]。

另外，该建筑需要进行一些通讯、办公工作，因此，为了满足这些特殊需求，需要设置一个冷水系统，保持24 小时供应，这个冷却水系统设置在塔楼屋面，能够为大楼4-27 层全天提供32℃-37℃的冷却水。系统中有三台封闭式冷却塔，一般情况下，两台冷却塔就可以满足正常使用需求，另外一台作为备用装置。具体如图2 所示。

图2 办公楼24h 空调冷却水系统原理图

2.4 空调风系统

2.4.1 零售、餐厅等小分隔的商业租户用房

由于本案例工程位于商业区，属于超高层办公建筑，因此，在某一时刻，小租户对空调的需求不同，因此，租户区整体采用了风机盘管+新风机组这种空调方式满足不同租户的需求，这种方式比较灵活，可以在同一时间满足各种不同的制冷、制热需求。新风机组会将室外的风进行升温或者降温、加湿处理，然后将风分别输送到各个租户区，租户区会预留新风管口，这样一来就能够实现室内外空气与风的循环；排风则将各层卫生间以及厨房产生的烟气进行排除。餐厅作为办公大楼的重要组成部分，这部分商业租户必须要配备相应的排油烟风管与补风管，同时要设置具有烟机和风机组，烟机要具有变频调节功能，以满足节能降耗需求[3]。

2.4.2 办公塔楼标准层

从案例工程的情况来看，由于塔楼标准层为办公区，其深度达到了13 米，因此，内外负荷需求存在明显的差异，因此，在标准层的办公区要进行内外的分区。内外区的送风系统要进行相应的设置，具体来说：内区末端要设置单风道变风量箱，外区末端则要设置并联的变量风向，也就是FPB，FPB 自带热水盘管，可以很好的满足外区的通风与供暖需求。另外，为了更好的满足节能需求，达到一定的综合效益，在内外分区的变风量箱中都要设置温度控制器，这样在外界温度发生变化的时候，温度控制器可以根据实际情况随时对进风风量温度进行调控。

在本案例工程塔楼标准层的两侧，分别有两个机房，都是空调的，并且机房内都放置了空调机组，空调机组具有变风量的供能，这种机组的气流方式相同，都是上回上出。裙房有4 层，新房机组可以实现对每个楼层的排放置换，从而实现室内空气流通，使室内保持适宜的温度与良好通风。

2.4.3 商场公共区域商场公共区域采用单风道全空气系统

按照绿色三星评定的相关标准，在过渡季节时，要保证商业裙房公共区域内的所有新风阀全部打开，同时组好风量的调整，一般新风量要占总机组总风量的一半。另外，还应该结合实际情况对回风阀进行开启和调整，利用新风系统将新风引入室内，达到冷却室内空气的目的，建筑中庭顶部设置手动窗，能够根据实际情况开启和关闭，从而达到室内外风量与温度的平衡。

2.4.4 室外采风口及排风口节能

本工程中，采暖通风空调工程是一项重要的组成部分，其可以有效实现节能减排的目标。而这个采暖通风空调工程系统中，室外采风口及排风口节能是相对比较重要的部分。建筑工程设计风口时，要做好风口阻力的分布设计，充分利用室外风压，来失效节能的目标。另外，还要对室外风压的影响因子进行考虑，结合风压的影响，来确定风口的类型，对于排风型风貌和进风型风貌可以利用风压来对系统进行引风和排风，这样可以保证通风的效果，还能有效节约能源。利用风向标将风口一直朝向风直吹的方向，充分发挥风压的正压作用，将室外空气引入到这个暖通系统中，使得建筑室内通风效果良好。

2.5 综合节能技术的应用

在本案例中，暖通空调还采用了综合节能技术，根据办公楼实际情况，有针对性的采用这些技术，可以达到更好的节能降耗目的。

2.5.1 冰蓄冷空调技术

在暖通空调系统中应用冰蓄冷空调节能技术，可以从整体上缓解能源危机的问题，同时，还有利于资源的优化配置。结合本次案例工程，技术人员引入了冰蓄冷空调技术，从应用效果来看，整体耗能明显降低，达到了降低成本投入与能源消耗的目的。具体来说：在夜间电力低谷的时间进行制冷，之后利用冷量以冰或者水的方式，将其储存在专门的设备中，之后电力高峰的时候，可以将这些储存的冷量进行释放，从而达到节约电能消耗、节能环保的目的。另外，在实现节约能源的目标的同时，而且还有助于资源的优化配置。现阶段，我国在电力系统中，火力发电还处于主导，发电机可调性补强，因此，改变发电量不够灵活。应用冰蓄冷技术之后，可以有效解决这个问题，实现了在夜间的高效率发电，同时也可以降低单位煤炭的消耗量。从这个方面来看，冰蓄冷技术可以在夜间大幅提升发电机的运行效率，同时，该技术还可以避开用电高峰期，在同等电力资源条件下，能够为更多的项目提供电能。系统原理图如图3 所示。

图3 冰蓄冷空调系统原理图

2.5.2 固体储热技术

在本案例工程中还应用了固体储热技术，该技术也被称为自储热电锅炉技术，是利用物业后低谷点储热介质进行加热，温度升高到数百度之后进行热量储存，非低谷时间里自动装饰会将热量释放出来，并能够结合用户的实际需求以及周围环境温度，灵活、快捷的对锅炉出水温度进行控制，这种方式可以让建筑有充足的生活热水，这种方式称为“平衡用电负荷”法，主要是利用低谷电来实现的。自储热电锅炉系统是一种全新的系统，其主要是利用一些高质量的储热材料来作为系统的材料，结合了取热、储热、加热等功能为一体，系统结构图如图4 所示。

图4 自储热电锅炉结构图

2.5.3 空气源热泵集中供热技术

这项技术充分利用了空气中的低品位热量，可以通过很少的电能进行高品位热能转化，比如：投入1kW 的电能，就可以获得3-4kW 的热能，这项技术在本案例工程中的应用，使得耗能大大降低，系统运行效率大大提升，同时，由于该项技术不需要设置锅炉，因此，机房空间相对缩小，大大节约了煤炭、石油等不可再生资源的消耗，其制热理论为：热水进/出水温度为40℃/45℃，环境干球温度为7℃，湿球温度为6℃。

2.6 方案对比分析

通过对各种方案的对比分析，综合投资概算、运行费用、静态投资回报、占地面积等要素，三种方案经济效益如表1 所示。

表1 不同方案经济效益分析对比表

由表1 可知，固体蓄热系统优势比较明显，不仅投资费用少，并且回报的周期比较短，占地面积也比较少，但其也存在一定弊端，那就是该系统可以解决建筑动机采暖以及生活热水的问题，如果夏天需要制冷，那么则需要另外进行制冷系统的设置，这会在一定程度上增加成本，同时，也会比较麻烦；空气热源泵系统具有前期投资概算高、后期运行费用低的特点，但是，这种系统的静态投资回收较短，但是具有一机三用的优势，可以在冬季采暖、夏季制冷，实现了全年生活热水的供应，空气源热源泵集中供热范围广泛，温度能够控制在-10～40℃，能够进行连续加热，能够在各种类型的水工程中应用，实现了为自动化运行以及无人化管理，运行成本低廉，能源节约效果十分显著，空气源热泵可节省70%的能源。结合上表综合分析，本案例选择空气热源泵集中供热技术。

2.7 效果分析

将空气热源泵集中供热技术应用到本案例工程之后，经历了一年的使用运行，不仅系统运行稳定，并且具有节能效果良好，费用降低了30%，可以达到预期节能目标。

3 结束语

节能降耗是当前建筑暖通空调设计的主要方向，在实际工程案例中，设计人员与技术人员应该将目光放长远，积极引入新型技术，通过合理、科学的设计，从整体上降低暖通空调耗能，以促进建筑、资源、社会的和谐发展。本文以具体案例为例，对节能技术在建筑暖通空调工程中的应用进行了分析，旨在更好的促进我国社会的和谐发展。