大型辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷分析與優(yōu)化

大型辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷分析與優(yōu)化

0夏季偏熱,最熱月7月平均氣溫西安是溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖，四季分明。過渡季節(jié)較短,冬夏兩季時間長。過度季節(jié)氣候溫和,年平均氣溫13.0~13.4℃;夏季偏熱,最熱月7月平均氣溫25.6~26.6℃;冬季稍冷,最冷月1月平均氣溫-0.4~0.9℃。西安市常用于大型辦公建筑制冷和供熱的能源,包含天然氣(一次能源)、電力和熱力(二次能源)。但是以上3種能源在西安市都不同程度地出現(xiàn)供應(yīng)緊缺情況。1冷源安裝負(fù)荷和室內(nèi)熱環(huán)境1.1空調(diào)熱源融氣場分布西安市大型辦公建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)供冷主要以溴化鋰機組和電制冷機組為主,供熱主要以燃?xì)忮仩t和集中供熱為主,其冷熱源設(shè)備主要有下列形式:電制冷+鍋爐,電制冷+集中供熱,吸收式機組供冷供熱。其中電制冷機以螺桿式和離心式為主,鍋爐為燃?xì)忮仩t,吸收式機組主要為直然型。空調(diào)冷源裝機負(fù)荷有如下特點:單位面積裝機冷負(fù)荷范圍較廣,為92.78~169.16W/m2。其中,面積較小的建筑(15000~30000m2)單位面積裝機冷負(fù)荷從92.78~152.73W/m2,平均值為117.73W/m2;面積區(qū)間在30000~45000m2和45000~60000m2的建筑,單位面積裝機冷負(fù)荷分布比較集中,前者在106.18~113.42W/m2之間,后者在99.24~117.4W/m2之間,并且平均值也都稍小,分別為108.29W/m2和108.13W/m2;60000m2以上的建筑,單位面積裝機冷負(fù)荷不僅波動范圍較廣,而且上限數(shù)值較大,從94.23~169.16W/m2,平均值則最大,為132.32W/m2。各種體量建筑的裝機冷負(fù)荷平均值都超過《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》(第二版)中辦公建筑的冷負(fù)荷估算值85~100W/m2。空調(diào)熱源裝機負(fù)荷有如下特點:西安市大型辦公建筑裝機熱負(fù)荷指標(biāo)范圍較廣,從72.51~131.38W/m2,平均值為101.05W/m2,《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》(第二版)中辦公建筑熱負(fù)荷估算值為60~80W/m2?？芍?西安市大型辦公建筑裝機熱負(fù)荷已經(jīng)超出行業(yè)規(guī)范給定估算范圍的上限值。1.2空調(diào)季節(jié)的不足,導(dǎo)致能源浪費在空調(diào)季節(jié),所調(diào)查建筑辦公區(qū)的平均溫度在24.55~28.55℃之間,平均相對濕度在57.5%~66.74%之間;在采暖季節(jié),所調(diào)查建筑辦公區(qū)的平均溫度在18.07~23.52℃之間,平均相對濕度在20.17%~30%之間;處于過渡季節(jié)的兩棟建筑,其辦公區(qū)的平均溫度分別為22.4℃、21.7℃,平均相對濕度分別為47.8%、44.3%。在空調(diào)季節(jié),所調(diào)研建筑中有三家建筑辦公區(qū)的平均溫度低于26℃,無法達(dá)到節(jié)能要求;而在采暖季節(jié),所調(diào)研建筑中有五家建筑辦公區(qū)的平均溫度高于19℃,無法達(dá)到節(jié)能要求建筑的比例非常高;過渡季節(jié)的兩棟寫字樓是在2010年9月下旬進(jìn)行調(diào)研的,當(dāng)時室外氣溫在26℃左右,在建筑僅僅需要定時開啟通風(fēng)換氣系統(tǒng)直接利用新風(fēng)的情況下,由于企業(yè)管理者要求員工必須著較厚的正裝,所以不得不開啟中央空調(diào)并使室內(nèi)溫度過低?？梢?西安市大型辦公建筑室內(nèi)空調(diào)溫度以及開啟時間的管理,并沒有完全按照公共建筑相關(guān)節(jié)能政策來執(zhí)行,這勢必造成極大的能源浪費。這也說明在室內(nèi)溫度設(shè)置和運行管理等方面,具有非常大節(jié)能潛力。2關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)的信息2.1運行能耗如圖1,西安市辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗指標(biāo)為25.09~97.35kW·h/m2·a,系統(tǒng)運行能耗較高的是較低的3.8倍,平均值為42.97kW·h/m2·a。空調(diào)系統(tǒng)運行能耗占建筑能耗比例為36%~60%,差別較大。該比例的平均值為46.82%,根據(jù)資料,北京市大型辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)運行能耗占建筑總能耗的平均比例為30%,可見西安市辦公建筑存在運行能耗過大的現(xiàn)象。2.2機組配比的影響由表1可知,絕大部分工程在冷凍機房設(shè)計時都應(yīng)用多臺機組共同負(fù)擔(dān)建筑負(fù)荷,這樣可以通過建筑的逐時負(fù)荷狀態(tài)確定每臺冷機的開閉情況,在一定程度上減少冷機運行產(chǎn)生的空調(diào)系統(tǒng)能耗。在調(diào)研的24幢辦公建筑中,僅有一幢根據(jù)建筑自身負(fù)荷情況,使用不同冷量的冷機配合使用,其余建筑均單一選用一種冷量的冷機,其他項目均簡單將總裝機負(fù)荷均分在兩個或多個同樣型號的機組上。由于每棟建筑的動態(tài)負(fù)荷規(guī)律均不一樣,所以選擇幾個同樣型號機組的設(shè)計方法并不能保證系統(tǒng)提供的逐時冷量貼近當(dāng)時的建筑負(fù)荷要求,在空調(diào)系統(tǒng)的實際運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一臺冷機僅僅在低負(fù)荷工況運行的情況,這樣無形中增加了機組的能耗。所以,機組大小的選擇和配比對于系統(tǒng)節(jié)能有著至關(guān)重要的作用。作為對比,北京的辦公建筑有30%都會按照建筑的負(fù)荷特點選擇不同冷量的冷機,使機組最大限度的匹配建筑逐時負(fù)荷,并而達(dá)到節(jié)能目的。2.3vrv系統(tǒng)與全空氣系統(tǒng)西安市大型辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)主要有以下3種,即風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)、變制冷劑流量(VRV)系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)。在使用數(shù)量上,風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)所占比例最高,達(dá)到70%,VRV系統(tǒng)與全空氣系統(tǒng)僅各占15%。風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)由于調(diào)節(jié)的僅僅是風(fēng)量,而無法減少流過末端的冷凍水用量或者僅僅將多余的冷凍水旁通掉,所以這種系統(tǒng)不能減少機組的能耗。全空氣系統(tǒng)并不適合各個空調(diào)區(qū)域獨立控制溫濕度的要求,但是可以在室外空氣焓值低于室內(nèi)空氣焓值時充分利用室外新風(fēng)供冷,從而節(jié)省冷水機組的制冷量。VRV的室內(nèi)機具有風(fēng)機盤管的獨立調(diào)節(jié)特性,并且通過直流變頻技術(shù)(國內(nèi)采用數(shù)碼變頻),按照建筑負(fù)荷特點改變制冷劑的流量,從而達(dá)到節(jié)能目的。2.4水泵運行能耗過高原因分析水泵運行能耗占空調(diào)系統(tǒng)能耗的比例非常高,根據(jù)運行狀況、機組類型的不同,其實際運行能耗比例處于16%~27%之間,節(jié)能潛力大。通過調(diào)研了解到以下可能導(dǎo)致水泵運行能耗較高的原因:(1)所調(diào)研建筑中僅20%建筑使用了變頻水泵,大部分水泵由于無法進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)而經(jīng)常處于低效運行狀態(tài)。(2)當(dāng)設(shè)計供回水溫差一定時,設(shè)計負(fù)荷就決定了流量值。熱負(fù)荷基數(shù)偏大,熱水流量增大水泵選用偏大,加大了運行成本,浪費了電能。(3)建筑多采用開式系統(tǒng)。有接近一半的建筑采用了開式系統(tǒng),開式系統(tǒng)的水泵在運行時除了要負(fù)擔(dān)管路本身阻力外,還要承擔(dān)由于高差產(chǎn)生的壓力差,從而提高水泵的運行能耗。3空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置的不合理通過調(diào)研可知,西安市大型辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)存在能耗過高的問題。而空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷過高和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置的不合理是建筑產(chǎn)生高能耗現(xiàn)狀的原因。故從以上兩個方面對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能策略做出分析。3.1空調(diào)負(fù)荷節(jié)能分析3.1.1墻體發(fā)蓋的質(zhì)量控制當(dāng)前大型辦公建筑具有大量使用玻璃幕墻,以及大窗墻比建筑越來越多的趨勢,應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑外形,采取適當(dāng)?shù)恼陉柎胧?以減少建筑太陽輻射得熱量。3.1.2合理確定室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)資料表明,建筑夏季室內(nèi)溫度低1℃或者冬季高1℃,空調(diào)部分的工程投資增加6%,能耗加大8%。3.1.3減少照明熱量通過采用節(jié)能光源,既降低了建筑能耗,又能減小照明設(shè)備的發(fā)熱量,從而降低建筑空調(diào)負(fù)荷。3.1.4減少新裝置的負(fù)荷在條件允許的情況下,可以使用新風(fēng)換熱器來完成室內(nèi)熱量的回收,這樣可以很大程度的降低新風(fēng)負(fù)荷。3.2系統(tǒng)設(shè)計的節(jié)能目(1)選擇冷熱源機組時,應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)荷情況合理搭配機組。使機組最大限度追蹤建筑的逐時負(fù)荷特性,以達(dá)到節(jié)能目的。(2)應(yīng)根據(jù)建筑使用目的、使用時間來選取合適的系統(tǒng)形式,并且應(yīng)該盡可能的考慮過渡季節(jié)新風(fēng)的利用。(3)水泵加裝變頻器,從而使水泵根據(jù)水系統(tǒng)流量的變化改變運行狀態(tài),以降低泵