智能建筑的暖通空调系统优化措施

郭玉娟

（云南兴滇建筑设计咨询有限公司）

1 引言

据资料统计，我国建筑物的能耗超过了国家总能耗的35%，而暖通空调作为建筑中的耗能大户，其能耗又占据了建筑物全年能耗的40%～50%[1]。降低建筑物的能耗、优化建筑物中各系统用能在坚持绿色可持续发展理念、大力发展低碳经济的大背景下尤为重要。智能建筑以其高效、便利及绿色可持续发展的理念，已成为当前建筑行业发展的必然趋势。暖通空调系统作为智能建筑中重要的一项，直接关系到人员居住或工作环境的舒适度及便利性，是生活和工作中不可或缺的一项。优化空调系统的设计，从源头上控制能耗，是节省能源的一项重要举措，也是当下暖通行业设计人员的一项重要使命。

2 项目概况

本项目位于云南省大理市，总建筑面积为38259㎡。负二层为大型停车库；负一层、一层及二层为大商业区；三层、四层及五层局部功能为电影院；五层区域部分及六层为餐饮、住宿。

3 设计参数

3.1 室外设计参数

项目选用的室外气象参数，参考自《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736附表A，大理台站。限于篇幅不再列举。

3.2 室内设计参数

空调建筑的一个重要目的就是为使用人员创造一个舒适的生活、工作、娱乐或购物等的环境空间，而影响人体舒适性的环境因素有以下几个方面：室内温度、室内湿度、室内CO2浓度及新风量、室内空气流速及噪声等。本文限于篇幅问题，列举几个主要房间的设计参数。详见表1。

表1 室内主要区域设计参数

4 空调冷热源设计

4.1 各区域冷热源系统

应运营商要求，本项目共分四个独立的系统，其中负一层——二层为一套系统、三层——五层局部区域为一套系统、六层——七层酒店和餐饮分设两套系统。各系统冷热负荷及系统配置如表2所示。

表2 各系统冷热负荷及系统配置表

4.2 空调水系统设计

商业区、电影院及餐饮区的水系统采用二管制一次泵变流量同程式闭式循环系统。冷冻水泵与冷水机组、风冷热泵冷热水机组容量相匹配，水泵均采用一用一备。水系统补水定压采用高位膨胀水箱。设备均设置在大屋面上。

4.3 末端空调设备配置

商业区、餐厅、电影院均采用全空气一次回风系统，空调末端采用组合式空气处理机组，机组分别布置在空调机房内及屋顶上。室内气流组织为上送上回。影院公共区域及走道、客房端均采用风机盘管加新风系统，新风系统采用室内新风直送，风机盘管均为卧式吊顶安装。

5 空调系统节能优化措施

本项目在设计过程中，充分考虑了项目所在地的地域因素、气候条件、使用差等原因对空调系统进行优化。

5.1 合理的负荷计算

从实际情况来看，舒适性集中空调建筑中几乎不存在冷源总冷量不足的问题。大部分情况下，冷水机组一年中同时满负荷运行的时间没有出现过，甚至一些工程中，所有机组同时运行的时间也很短甚至没有出现过。这说明相当多的冷水机组总装机容量过大，不仅造成投资浪费，也导致能效降低。而这一切的根源在于负荷计算的不准确上。负荷计算中，冷热负荷的准确计算对设备选择、管道设计和调试运行都起到了关键的作用。设计时必须按房间进行负荷计算。有些设计人员简单的利用设计手册中的估算值作为建筑面积的冷热负荷指标，直接作为主机及末端选型的依据，结果往往会造成总负荷计算结果偏大，直接导致装机容量偏大、水泵的配置变大、管道管径偏大、末端设备选型偏大等后果，导致投资增大、能耗增大。正确的进行负荷计算，是空调系统节能设计必须遵循的技术规定。

维护结构的热工参数是影响空调节能的基础[2]。建筑的热工性能不良，即使空调设计的再好，其能耗的节约也是有限的。基础能耗直接决定整栋建筑的能耗。基础能耗除了维护结构的热工性能，还包括建筑内部的使用标准。提高维护结构的热工性能需要暖通专业与建筑专业相互配合，只要条件允许，应尽可能提高建筑本身的热工性能。而建筑内部的使用标准，不应一味地降低或提高空调的使用程度。

5.2 全新风技术的应用

在云南省建筑热工设计分区中，大理市属于温和地区5A区。常年气候温和，冬无严寒，夏无酷热。暖通空调设计应充分利用气候条件的天然资源。室外新风是温和地区空调系统运行有效的节能方式，既经济合理，又有利于改善室内卫生条件。在此原则下，所有大空间均采用全空气系统。通过调节新风管道及回风管道上阀门的开度，控制新回风的比例。供暖季节以最小新风量运行，在满足室内卫生状况的前提下，尽可能减少新风对室内温湿度的影响。在过渡季节则转为全新风运行，充分利用新风的自然冷热能力，实现“免费供冷”[3]。

全新风运行工况下，为保证室内气流顺畅的排出，设置了与全新风相对应的排风系统。尤其是餐饮区，排风的设置可有效且快速将室内的污染物或污浊空气排出。为了节约投资和安装空间，排风系统与排烟系统共用一套风管。排风风机采用变频风机。在平时工况下，低风量运转；在全新风工况下，高风量运转。

5.3 空调内、外分区

餐饮区因建筑格局所致可充分发挥内、外分区的优势。餐饮区进深较大，且靠外墙部分均设置落地窗。在负荷计算时，外区相比于内区而言，外区夏季通过透明维护结构进入的太阳辐射热量多造成夏季计算的热量大、冬季通过窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量大，导致室内热负荷计算值变大[4]。而内区，冬季因无维护结构的影响，只受灯光、设备、人体散热、食物等因素影响，本身温度已能满足使用需求，若与外区采用同一空调系统进行供热，会存在温度高、过热问题。鉴于内外区对温度的要求不一致，若不进行内外分区设置，除易造成人体舒适性较差问题，还容易造成能量的浪费。故在此基础上，空调系统划分内外区，外区夏季制冷、冬季供热，内区常年供冷，既能避免冷热抵消，又可以满足室内温度要求。

经过负荷计算，发现内区常年需要供冷。夏季供冷时，内区空调机组可与外区空调机组共用一套空调水系统。而冬季外区制热时，关掉内区空调机组水系统上的阀门，直接采用新风直送。无需专门设置制冷主机，即可满足室内温度要求。这完全受益于云南大理得天独厚的气候条件，也是温和地区空调设计不同于其他区域的地方。设计时应充分挖掘当地的气候资源，可起到良好的节能效果。

5.4 高效设备的利用

空调主机是空调系统中用电量最大的设备，它的能效高低直接影响整个空调系统的能耗。商业区的空调主机选用磁悬浮冷水机组，相比于其他类型的主机，其具有节能高效、日常维护费用低、运行噪音与振动低等优点。多机头的磁悬浮离心式冷水机组可以实现从5%～100%的无级调节，在部分负荷情况下COP数据明显高于传统式离心式机组。据工程实例计算结果表明，磁悬浮离心式冷水机组与普通离心式冷水机组相比，全年可以减少能耗40%左右[5]。

除了高效设备的选用，还有一点要特别注意的是设备容量要尽可能接近实际需求，过大选取“安全系数”极不合理。设备选型过大将会产生一系列问题，如投资增加、机组运行效率过低、与之配备的电气安装容量加大，导致提高电力增容费、机组占用建筑面积过大、噪声也相应加大，最重要的也是主机耗能增加，对节能极为不利。合理的负荷计算及选型匹配对空调系统的设计而言极为重要。

5.5 群控系统的应用

本项目采用群控智能系统，对空调机组的运行进行监控，如对冷水机组监控、对一次冷冻水泵监控、对冷却水泵监控以及冷却塔监控等。冷水机组的监控包括启动控制、每台机组的最大允许负荷设定与调节、机组运行状态、故障报警、冷冻水供/回水温度、冷却水供回水温度等等。通过对上述参数进行监控，可以全面显示系统的运行状态和主要参数，通过智能控制算法提供最优的设备运行组合和优化每台冷水机组的负荷分配，合理控制冷水机组的运行台数，最大限度根据实际负载实现最佳系统高效节能运行。且群控系统可以自动存储档案数据，为以后的运行管理提供详细的数据支撑。

6 结语

合理利用能源、提高能源利用率、节约能源是我国的基本国策。以节约资源、保护环境为主题的绿色建筑是国家对建筑工程建设要求的基本导向，智能建筑的建设也是围绕这一目标，通过智能化技术与建筑技术的融合，有效提升建筑的综合性能。暖通空调系统作为智能建筑中的一份子，合理优化空调系统，实现对空调系统的高效利用，促使暖通空调发挥更大的作用，对智能建筑的发展起着有力的促进作用。