閆永亮,賴偉國

(泛華建設(shè)集團有限公司廣東設(shè)計分公司,廣州510600)

0 引言

隨著生活水平的提高,人類生存環(huán)境所受到的污染越來越嚴(yán)重;化工合成的室內(nèi)裝修材料、空調(diào)、計算機、復(fù)印機等這些污染源會揮發(fā)出多種有害氣體,如甲醛、三氯乙烯、苯、甲苯等;室內(nèi)不潔空氣對人體的危害相當(dāng)大,會引發(fā)呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)科、高血壓等多種疾病。改善室內(nèi)的空氣品質(zhì),已成為迫在眉睫的問題。

隨著市場經(jīng)濟迅速發(fā)展,城市化建設(shè)飛快,能源型式已經(jīng)十分嚴(yán)峻,人們逐漸認識到節(jié)能的重要性,各種能量回收設(shè)備越來越廣泛的被應(yīng)用在空調(diào)系統(tǒng)中。

1 工程概況

本工程為廣州珠江新城金穗路段A3-5地塊匯美大廈項目,開工時間2007年9月,2010年元月投入使用。設(shè)計是一棟數(shù)碼港式超高層辦公樓建筑。地下室四層,地上三十層,建筑高度120m,總建筑面積約78000m2,空調(diào)面積約占總建筑面積的的58%。其中:地下室四層為配套汽車庫和設(shè)備房;首層至三層為配套大廳、商鋪、餐飲;四層為中、小型會議室;十四層為避難間和設(shè)備房;其它五層至十三層、十五層至三十層為辦公標(biāo)準(zhǔn)層。

綜合甲方的投資水平、建筑運營管理模式和每層建筑功能布置與國家、地方政府頒布的法規(guī)。本工程空調(diào)部分設(shè)計首層至三層采用開式膨脹水箱定壓補水的閉式水冷冷水集中空調(diào)系統(tǒng),制冷主機選用兩臺螺桿式冷水機組作為冷源,末端選用風(fēng)機盤管或組合式空調(diào)柜+新風(fēng)換氣系統(tǒng);四層至三十層采用變制冷劑流量多聯(lián)分體式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),每層共設(shè)四套空調(diào)系統(tǒng),三個辦公區(qū)域各設(shè)一套,公共區(qū)域獨立一套系統(tǒng),末端系統(tǒng)選用四面出風(fēng)嵌入型室內(nèi)機+新風(fēng)換氣系統(tǒng)。

圖1 廣州匯美大廈南立面效果圖

2 新風(fēng)換氣機的特點及應(yīng)用注意事項

2.1 新風(fēng)換氣機的分類

熱回收方式比較多,但歸納起來共兩大類,即全熱回收裝置、顯熱回收裝置。全熱回收裝置即回收顯熱,又能回收潛熱,此類裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器,板翅式顯熱換熱器,熱管式換熱器。新風(fēng)換氣機根據(jù)熱回收方式分類。

2.2 新風(fēng)換氣機的特點

1)通風(fēng)換氣:將新鮮的室外空氣送入室內(nèi),同時將室內(nèi)污濁的空氣排到室外。新風(fēng)換氣機都內(nèi)置空氣過濾器,可有效地阻止灰塵和有害氣體等污染物進入室內(nèi),保證送入室內(nèi)的新風(fēng)清潔干凈。

2)能量回收:機器內(nèi)置熱交換器,將新風(fēng)與排氣進行了冷熱交換。目前,國內(nèi)的新風(fēng)換氣機的顯熱交換效率基本上都能保證在60%以上,大幅度降低了新風(fēng)處理所需能量,實現(xiàn)了高效節(jié)能。

3)運行費用低:新風(fēng)機組是向室內(nèi)單向進風(fēng)的一種設(shè)備,而新風(fēng)換氣機具有同時雙向換氣的特點,起到了一機兩用的作用。機器利用熱回收技術(shù)節(jié)能降耗,大幅度降低了運行成本。

4)排風(fēng)與新風(fēng)交替運行,通過經(jīng)化學(xué)處理并增加了抑菌劑的芯體后,可以抵抗非典、禽流感等疾病的流行,其抑菌率可達70%以上。

5)對于板翅式換熱器而言,由于是靜止式換熱器,能夠避免噪聲的污染,內(nèi)部有隔音板,減少或避免了污染物從排風(fēng)到新風(fēng)的轉(zhuǎn)移,但熱效率相對較低阻力較大。裝置較大,會占用較多的空間。

6)新風(fēng)換氣機一般接管位置固定,配管靈活性較差。由于對送風(fēng)口、排風(fēng)口間距有一定要求,一般≥10m;盡可能在方案設(shè)計階段,暖通專業(yè)應(yīng)密切與建筑專業(yè)配合,進風(fēng)從外立面直接進風(fēng)、排風(fēng)通過豎井排出室外。

2.3 應(yīng)用的注意事項

1)通向室外的風(fēng)口應(yīng)考慮防雨措施,以防雨水倒灌。

2)通向室內(nèi)、外的風(fēng)道應(yīng)考慮設(shè)置過濾網(wǎng),以保持室內(nèi)空氣的清潔。一般情況下累計運行150h應(yīng)進行清洗,灰塵較多時可視具體情況決定,因此,設(shè)置過濾器、閥門等需經(jīng)常檢修、清洗的部位應(yīng)預(yù)留檢修孔和抽取濾網(wǎng)的空間。

3)熱交換器芯體在運行 20000h后應(yīng)進行清洗,可用真空吸塵器吸出表面浮塵,以確保進入室內(nèi)空氣的清潔。

4)室外進風(fēng)口布置時,應(yīng)避開有污濁空氣的地點,或在機組中選配活性炭過濾器。

5)過渡季節(jié)不需開啟換熱裝置,應(yīng)設(shè)置旁通管道,以便過渡季節(jié)使用。

6)進排風(fēng)管路的布置盡可能讓兩系統(tǒng)阻力值相近,或均設(shè)調(diào)節(jié)閥,以便控制風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)。

3 標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)比較

標(biāo)準(zhǔn)層面積約2000m2,分A、B、C三個辦公區(qū)域。

通過節(jié)能軟件計算的結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)層夏季逐時負荷最大時發(fā)生時刻:16∶00,夏季最大總冷負荷(含新風(fēng)、圍護結(jié)構(gòu)、濕負荷等總的耗冷量)為320kW,夏季新風(fēng)冷負荷為62.86kW,平均冷指標(biāo)為160W/m2,平均新風(fēng)冷負荷占總冷負荷的19.64%。

A區(qū)設(shè)計使用一臺101kW的室外機,室內(nèi)機共設(shè)9臺14kW的四面出風(fēng)嵌入型空調(diào)器+1臺2000m3/h的板翅式全熱新風(fēng)換氣機。

B區(qū)與A區(qū)空調(diào)設(shè)備配置相同。

C區(qū)設(shè)計一臺61.5kW的室外機,室內(nèi)機共設(shè)8臺9kW的四面出風(fēng)嵌入型空調(diào)器+1臺1500m3/h的板翅式全熱新風(fēng)換氣機,每層的換氣量為5500m3/h。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)通風(fēng)平面圖

3.1 采用統(tǒng)計方法對空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)方案比較和造價比較

1)如采用全熱交換器通過室內(nèi)排風(fēng)和室外新風(fēng)進行熱量交換,能夠利用空調(diào)排風(fēng)中的余冷減少處理新風(fēng)所需的能耗,換氣機按 60%效率計算,新風(fēng)負荷就減少了37.72kW,通過全熱交換器處理過的新風(fēng)溫度比室內(nèi)溫度稍高,多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)需要增加處理新風(fēng)負荷40%的熱量,平均增加12.57W/m2,整體減少了設(shè)計總?cè)萘康?.86%。從而降低系統(tǒng)的初投資和運行費用,提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性,減少空調(diào)總造價,詳見表1。

2)如采用風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)處理機把新風(fēng)處理到室內(nèi)工況,若將室內(nèi)排氣排到公共走道區(qū)然后通過洗手間排風(fēng)系統(tǒng)排出室外,容易影響公共區(qū)域的空氣衛(wèi)生,引起各個區(qū)域交叉感染;空調(diào)總負荷比全熱交換器方案大,空調(diào)總裝機容量也大,空調(diào)總造價比較高,詳見表1。

3)采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)作為新風(fēng)系統(tǒng),比采用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng),初期總投資節(jié)省11.72%。

表1 按同一廠家設(shè)備造價參考計算表

3.2 采用統(tǒng)計方法對運行費用的比較

1)標(biāo)準(zhǔn)層采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)是不帶冷源的,空調(diào)系統(tǒng)負荷為282.28kW;風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)處理機把新風(fēng)處理到室內(nèi)工況,需帶有62.86kW的冷源,空調(diào)系統(tǒng)負荷為257.14kW,總運行費用比較詳見表2。

表2 按設(shè)備額定用電量統(tǒng)計的運行費用表

2)采用新風(fēng)換氣系統(tǒng)作為新風(fēng)系統(tǒng)的全年用電量,比采用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)處理系統(tǒng)作為新風(fēng)系統(tǒng)的全年用電量節(jié)省10.36%。

3.3 采用理論計算節(jié)能效果和經(jīng)濟效益

1)換熱效率表達式及設(shè)備選型

板翅式換熱器換氣機的溫度效率 ηt和焓效率ηh可表示為:

式 (1)、(2)中:

tw—換熱前新風(fēng)的溫度,℃;

hw—換熱前新風(fēng)的焓,kJ/kg;

t′w—換熱后新風(fēng)的溫度,℃;

h′w—換熱后新風(fēng)的焓,kJ/kg;

tn—換熱前排風(fēng)的溫度,℃;

hn—換熱前排風(fēng)的焓,kJ/kg。

全熱交換后新風(fēng)參數(shù)為:

以本工程標(biāo)注層辦公區(qū)總風(fēng)量為例計算節(jié)能效果。新風(fēng)換氣機采用板翅式全熱換熱器,總的新風(fēng)量5500m3/h。

供貨廠商提供的性能參數(shù)如下:

風(fēng)量5500m3/h;

換熱器阻力為190Pa;

溫度效率為75%～76%;

夏季焓效率為50%～53%。

因此取:

溫度效率ηt=75%;

夏季焓效率ηh=51.5%;

板翅式全熱交換新風(fēng)機耗電量為P=3.3kW。

根據(jù)中國技術(shù)中心數(shù)據(jù)資料夏季新風(fēng)處理計算結(jié)果如下:

室外新風(fēng)溫度tw:33.5℃

室外新風(fēng)焓值hw:99kJ/kg

室內(nèi)回風(fēng)溫度tn:25℃

室內(nèi)回風(fēng)焓值hn:53.5kJ/kg

溫度效率ηt:75%

焓效率 ηh:51.5%

換熱后新風(fēng)溫度t′w:27.1℃

換熱后新風(fēng)焓值h′w:75.6kJ/kg

濕球溫度tnw:27.7℃

2)夏季節(jié)能計算

未安裝板翅式全熱交換器前所需的新風(fēng)冷負荷為:

經(jīng)全熱交換后,新風(fēng)機組冷負荷為:

即整棟標(biāo)準(zhǔn)層回收了 (83.42-40.52)×25=1072.5kW能量,可減少功耗約412.5kW(根據(jù)中國技術(shù)中心熱泵機組參數(shù)計算,得到的變制冷劑流量多聯(lián)分體式空氣調(diào)節(jié)的綜合性能參數(shù)COP約為2.6),扣除板翅式熱回收系統(tǒng)風(fēng)機的耗電量3.3kW×25=82.5kW后,為330kW,整年的制冷運行期(當(dāng)量滿負荷運行時間為2500h)可節(jié)電825000kWh。電價按0.8元/kWh計,則可節(jié)約電費660000元。設(shè)備投資約5年左右就可收回。

4 結(jié)語

1)本工程標(biāo)準(zhǔn)層采用變制冷劑流量多聯(lián)分體式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),新風(fēng)選用新風(fēng)換氣系統(tǒng),比選用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)的初期設(shè)備安裝總投資節(jié)省了約175萬元,相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)設(shè)備總投資的11.72%;通過采用統(tǒng)計方法對實際的設(shè)備用電量和理論計算得出,新風(fēng)選用新風(fēng)換氣系統(tǒng),比選用變制冷劑流量風(fēng)管式空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng),整年最少可節(jié)電666250kWh,可節(jié)約電費53.3萬元,約5年左右就可收回新風(fēng)換氣機和末端增大容量的總設(shè)備投資。

2)如果標(biāo)準(zhǔn)層采用冷水中央空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)新風(fēng)選用新風(fēng)換氣系統(tǒng),即整棟標(biāo)準(zhǔn)層回收了1072.5kW能量,扣除板翅式熱回收系統(tǒng)耗電量后可減少功耗300.5kW,整年的制冷運行期可節(jié)電751250kWh,可節(jié)約電費60.1萬元。約5年左右就可收回新風(fēng)換氣機和末端增大容量的總設(shè)備投資。

3)設(shè)計人員在設(shè)計實現(xiàn)節(jié)能和減少維護工作量的同時,更應(yīng)該注重空氣品質(zhì);特別是選用全熱換熱器時,建議在新風(fēng)管路和排風(fēng)管路上粗效和中效過濾器,這樣會使系統(tǒng)阻力增加100～150Pa,選用風(fēng)機時必須將這一因素考慮進去,管路上設(shè)粗效和中效過濾器對提高室內(nèi)空氣品質(zhì)有著非常大的作用。

[1] GB50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2] GB/T18883-2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3] DBJ15-51-2007公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(廣東省實施細則)[S]

[4] 殷平.新型板式全熱交換器研制—產(chǎn)品研制及實驗[J].暖通空調(diào),2005,35(11):56-62

[5] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊(2版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[6] 孫一堅.簡明通風(fēng)設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998