公共 建筑的空调节能论证 岑荣威 摘要：大型公共建筑全过程节能管理是一项系统化的工 当前的建筑物室内温度常常存在夏天设定过低，冬天设定过 高的现象，造成能源的大量浪费。其实通过加强中央空调运 行管理，杜绝“跑冒滴漏”的浪费现象，可节能５％一１ Ｏ％：通 过提高水泵风机等输配设备的运行效率及应用变频调速技术 程，涉及项目立项、设计、施．７－、运行等多个阶段。本文在 于通过结合某商场夏热冬暖地区的气候条件和商场特点做空 调设计优化节能分析，并进一步按照采用优化的的空调系统 方案进行节能分析，论证了建筑空调节能的重要性和可行 性，对建筑空调系统节能的设计和运行有着重要的指导和参 考价值。 可节能ｌ ０％一２０％：此外通过改善过渡季节设备运行方式，避免 冷热不均、增加自动控制系统等措施，也可实现１ ０％一２０％的 节能效果。综合各项节能措施，公共建筑空调的节能潜力应 在３０％一５０％。本文在于通过结合某商场夏热冬暖地区的气候 公共建筑节能是个系统工程，暖通空调系统在公共建筑 节能中占据重要的位置。建筑节能工作涉及项目立项、设 计、施工、运行等多个阶段。节能技术的研究开发和运用是 建筑系统、空调系统节能的基础，政府各相关部门的重视和 支持，则是实现大幅度节能、产生显著的环境和社会效益、 推动经济发展的保证。论文为此采用理论分析和案例相结合 条件和商场特点做空调设计优化节能分析，并进一步按照采 用优化的的空调系统方案进行节能分析，论证了建筑空调节 能的重要性和可行性，对建筑空调系统节能的设计和运行有 着重要的指导和参考价值。 一、大型商场的建筑特点 的方法，对夏热冬暖地区空调设计优化节能进行研究。 众所周知，公共建筑具有很大的空调节能潜力，正确设 置冬、夏天室内设计温度能产生良好的节能效果。不过我国 （１）空间较大，货架、柜台的摆放位置可以多样化，人 流众多，要合理安排顾客流动路线和货物进出路线，避免交 错混杂。（２）根据商品特性安排营业部位，贵重商品一般设在 此时采用３台６００ＲＴ的主机蓄冷８＇ＡＢＩ＇－（１ ４４００ＲＴＨ），可以 补充空调系统白天３个小时尖高峰时超出ｌ台主机容量的负 荷，补充空调系统平峰时段６个小时超出１台主机容量的负 五、结论 由于运用水蓄冷技术后，其运行方式符合电力政策导 向，其实际使用的综合电价将下降，每年节省大量电力费 用。根据以往工程项目的数据，会展类建筑的使用状况为 １ ００％负荷运行状态２０天／年，７５％负荷运行状态５Ｏ天／年， ５０％负荷运行状态５Ｏ天／年，２５％负荷运行状态２０天／年。因 此，机组运行的大部分时间均处于能效比较高的区域，在部 分时候更能实现全削峰的状态 同时，由于夜间气温低、主 机大部分时间在满负荷运行等因素，每年亦可节省一定的运行 电量 荷，及补充补充空调系统平峰时段３个小时超出２台主机容量 的负荷。 （３）５０％负荷（非典型日负荷） ５０％负荷的计算负荷表见下表，其最大负荷为１ ５５０ＲＴ， 这种条件下，逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与 放冷详见图。 此时采用３台６００ＲＴ的主机蓄冷８小时（１４４００ＲＴＨ），可以 移除空调系统白天９个小时尖高平峰时的负荷，补充空调系 统平峰时段３个小时超出１台主机容量的负荷。 （作者单位：广东省建筑设计研究院；２０１０ １２） （４）２５％负荷（非典型日负荷） ２５％负荷的计算负荷表见下表，其最大负荷为７７５ＲＴ，这 种条件下，逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放 冷详见图。 参考文献： 【１】全国民用建筑工程设计技术措施・暖通空调・动力 ２００９ 此时采用２台６００ＲＴ的主机蓄冷６ＪＪ＼时及１台６００ＲＴ的主机１ 小时（７８００ＲＴＨ）。可以移除空调系统白天９个小时尖高平峰时 的负荷，补充空调系统平峰时段３个小时超出１台主机容量的 负荷，实现全削峰。 —【２】采暖通风与空气调节规范ＧＢ５００１９－－２０（）３ ［３】公共建筑节能设计标准．ＧＢ５０１８９－－２００５ ４４— 楼上，日用商品设在最方便的地方，笨重商品多安排在一层 的空调设计冷负荷中最大比例是人员的新风负荷，占到了总 或地下层。（３）营业大厅要求宽敞，且有良好的通风、采光设 冷负荷的６０％。可以看出，新风负荷占了相当大的比重，而 施，柜台平面布置应有较大的灵活性，以适应经营商品交换 新风负荷的计算取决于人员密度的取值，与同时在场的人数 的需要。（４）因人流集中，应特别注意安全消防措施等。 有关系，而这个人数是个动态的、难以确定的数值。客流量 不仅与季节、天气、节假日等时间因素有关，而且随着商场 二、大型商场空调冷负荷形成影响的因素分析 所在位置、商场规模及经营范围、经营因素、柜台多少、货 １．建筑围护结构对能耗的影响 源情况、商场中空气环境的好坏等因素而变化。 建筑的围护结构主要由外墙、屋面、外窗、地面、内分 隔几部分组成。围护结构类型主要随着地区的不同而变化。 三、大型商场的特点及节能设计优化 严寒地区的建筑应充分满足冬季保温设计的要求：适当兼顾夏 １．实行自然和机械相结合的通风运用 季防热：温暖地区的建筑应兼顾冬季保温和夏季防热：炎热地 《公共建筑节能设计标准》（ＧＢ５０１ ８９—２００５）第４．２．８条： 区应以满足夏季防热设计要求为主，适当兼顾冬季保温。即 “外窗的可开启面积不应小于窗面积的３０％，透明幕墙应具 使在同～地区，围护结构也有许多种不同型式。外围护结构 有可开启部分或设有通风换气装置。”公共建筑一般室内人 方案的选择是建筑节能设计首先要考虑的问题。外维护结构 员密度比较大，建筑室内空气流动，特别是自然、新鲜空 的热工性能是决定建筑能否节能的基础，外围护结构的组成 气的流动，是保证建筑室内空气质量符合国家相关标准的关 部分之间是相互影响，相互制约，单纯地加强某一个或几个 键。无论在北方地区还是在南方地区，在春、秋季节和冬、 方面的节能性能，并不一定能使建筑达到良好的总体节能效 夏季的某些时段普遍有开窗加强房间通风的习惯，这也是 果和实现节能的经济型。据有关部门的数据统计，我国的建 节能和提高室内热舒适性的重要手段．外窗的可开启面积过 筑耗热量：外墙大体上为气候条件接近的发达国家的４－５倍， 小，会严重影响建筑室内的自然通风效果。因此，这条规定 屋顶为２．５－５．５倍，外窗为１．５—２．２倍：门窗透气性为３—６倍， 是为了使室内人员在较好的室外气象条件下，可以通过开启 总耗能是２－３倍，因此，推广节能显得愈加重要。在上世纪 外窗来获得热舒适性和良好的室内空气品质。所以做好自然 ８０年代以前，基本没有机械降温手段，大型商场地区比较重 通风气流组织设计，保证一定的外窗可开启面积，可以减少 视自然通风和建筑遮阳隔热，居室空间较高，通常采用２４０ 房间空调设备的运行时间，节约能源，提高舒适度。为了保 毫米以上厚度的砖外墙、斜屋面或大阶砖架空通风屋面、窗 证室内有良好的自然通风，明确规定外窗的可开启面积不应 户飘蓬遮阳等结构形式，起到较好的通风、隔热效果。根据 小于窗面积的３０％是必要的。例如某商场五层屋面局部设有 近年对商业楼的能耗调查表明，空调系统能耗占整个建筑能 中庭采光天窗，本来商场的中庭贯通一至五层，空间高大， 耗的５０－６０％左右，因此有必要针对外围护结构的热工性能进 在炎热的夏季，中庭内的温度很高，应考虑在中庭上部的侧 行分析。 面开设一些窗户或百叶式的通风口，充分利用自然通风，达 ２．建筑照明对能耗的影响 到降低中庭温度的目的。但是此商场建筑设计师考虑中庭的 在商场的照明设计中，合理运用光源的特性，可为广大 采光天窗标高几乎与室外实体屋面标高一致，没有开启外窗 消费者营造舒适的光环境和烘托商业气氛，是商场建筑不可 或通风口的可能，因此为了达到有关规范、标准的要求，必 缺少的部分。而这部分的能耗也相当可观，照明用电占商场 须考虑在中庭上部设置排风机加强通风，改善中庭热环境， 用电量的４０％一５０％，在商场运营成本中占着一定的比重，降 同时此排风系统又可以兼做火灾的排烟风机。这样的设计系 低照明能耗对于提高商场的商业竞争力具有重要作用。而在 统简单，排风机布置多台，在夏季中央空调运行时，只开启 对空调总负荷各组成部分分析时，可看出照明负荷在其中占 部分风机排风，排风量约为新风量的８０％，以保证室内的微 的比例较小，很容易被忽视，因此针对前述的商场照明现状 正压，由于室内空气能够部分排出，也使组合空调的新风能 做分析，说明商场照明节能对空调节能的意义。 够顺利进入，形成对流，使室内空气形成流动，排除有害气 ３．人员新风负荷对空调冷负荷的影响形成： 体，让商场工作人员有个健康舒适环境。 随着人民生活水平的不断提高，为繁荣市场，适应商业 ２．实行全热回收设计 竞争机制的需要，城市兴建商场建筑呈上升趋势。通过调查 《公共建筑节能设计标准》（ＧＢ５０１ ８９－２００５）第５．３．１ ４条： 走访的情况来看，有空调的商场比无空调的商场年营业额多 “建筑物内设有集中排风系统且符合２．设计新风量大于或等 约１ ６％，利润增加约２６％，但增设空调势必增加能耗、初投资 于４０００ｍ３／ｈ的空气条件系统，且新风与排风的温度差大于或 和运行费用，直接影响商场的经济效益。同时商场夏季工况 等于８ｏＣ时，宜设置排风热回收装置。排风热回收装置（全热 一４５— 和显热）的额定热回收率不应低于６０％。”设计商场空调时， 考虑到商家的利益，空调机房面积总是被限制，空间利用率 有限，而且室外进风口和排风口的距离要求尽量间隔远，避 ４．实行空调冷冻水泵变频运行： 在空调水系统中，采用电制冷方式时，冷却水泵和冷冻 水泵的耗能大约为空调冷水机组的２６％一３７％。目前我国空调 冷水机组普遍设有能量调节装置，可根据空调负荷变化自动 调节主机运行能耗，达到节能的目的。而空调水系统过去 般不设变频器，如果选型大了则不仅会增加设备投资，还会 使水系统运行能耗增加较多。有资料表明，大中型公共建筑 供暖空调电力消耗中，６０％一７０％由输送和分配冷量热量的风 免气流短路，由于热回收装置有四个接管，系统中管路较为 复杂。由于城市空气质量较差，积灰现象较严重，过滤器易 堵塞，使用中应注意经常清洗过滤器。全热回收必要条件是 新风系统与排风系统布置在一处，这就要求设计时对系统划 分、风道布置、送排风机和热回收装置的设备等统筹安排， 使系统趋于合理．要使风系统趋于合理，布置风系统需结合建 筑平、立面，周详考虑。全热交换器的大小是按空调供冷或 机水泵所消耗，而这部分电耗有可能降低６０％一７０％。空调负 荷主要来自围护结构传热和新风负荷，是随室外气象因素等 条件的变化而变化的，此外，室内的设备和人体散热也是随 时间变化的，特别是人员流动性大的场所，空调系统设计通 常是根据空调的最大负荷设计的，且空调水系统流量不变， 供暖时的最小风量确定。必须注意的是过渡季节或冬季采用 新风供冷时不能用全热交换器，这是因为新风被排风加湿、 换热后，会降低新风供冷的效果。因此，必须采用新风供冷 时，应在新风道和排风道上分别设旁通风道，使空气绕过全 热交换器。同时根据某商场所处的的气候特点，（四季不分 是按定流量设计的．根据资料显示，在夏热冬暖地区，夏季 热负荷高峰期一般为６—８月，中至低负荷为５月、９一ｌ１月， 明，炎热时间长），采用这种热回收技术虽然初投资相对大 天之中空调系统高负荷一般运行在中午至下午的时间段。 因此空调系统在大部分时间内工作于部分负荷状态，由此可 些，却节省了运行费用，而且节能效果是显著的。而现实 中，虽然在前期设计工作时，设计师会给业主提供采用这个 见，虽然空调水泵的能耗相比较冷水机组占的比重较小，目 前在工程运行中一般以能耗为代价采用节流方法调节水流 量，当用户端负荷变化需要变化冷冻水循环水量时，传统的 流量调节方法是通过对循环水泵的出口阀门开度的调节，只 热回收系统后有关的初投资增加、运行费用的减少以及增加 的初投资的回收期长短分析，但是业主往往单纯地从经济效 益方面来权衡热回收装置的设置与否，对于商场而言，热回 收装置投资的回收期会稍长一些，而且全热回收系统设计要 充分考虑安装尺寸，运行的安全可靠性以及设备配置的合理 性，这牵涉到占用商场面积，业主往往会否定这一做法，这 是关小、调大，处于较机械简单的调节状况，这种调节方式 因节流的不可逆性会造成能量损失，电耗浪费明显，系统运 行的经济性变差，现在较科学的解决方法是采用水泵的变频 调速技术，可以减少电能的消耗，提高系统运行的经济性。 因此水泵的节能空间潜能较大。 ５．实行降低冷却水温度运行． 种现实情况给设计师推广节能技术带来阻滞。 ３．实行大温差空调冷冻水系统节能设计： 对空调末端而言，采用大温差系统后，由于供回水温差 加大，将对其热工，ｌ＇ｉ￣Ｅ及运行效率产生很大影响。对于按常 规温差设计的空调机组，在大供回水温差的工况下运行，会 出现空调系统由于空调机组冷水温升过小而冷量不够，空调 由于冷却水温度越低，冷机的制冷系数就越高。冷却水 的供水温度每上升１摄氏度，冷机的ＣＯＰ下降近４‰降低冷却 水温度就需要加强冷却塔的运行管理。首先，对于停止运行 机组的除湿能力下降，导致室内相对湿度增加，使人员的舒 适度降低等问题，因此，在冷冻水大温差工况下，不能按常 规温差选择空调末端。同时为了使空调末端获得与标准温 的冷却塔，其进出水管的阀门应该关闭。否则，因为来自停 开的冷却塔的水温度较高，混合后的冷却水水温就会提高， 冷机的制冷系数就减低了。其次，冷却塔使用一段时间后， 差相同的制冷量，可以通过增加表冷器排数和表冷器传热面 积，改变表冷器程数，降低空调机组进水温度以及改变表冷 器的肋片材质等措施解决．为了不至于增大换热器的水阻力或 应及时检修，否则冷却塔的效率会下降，不能充分地为冷却 水降温。 增大空调机组的安装有效建筑面积，一般采用增大换热器的 排数的方法。根据热工计算，对于标准温差，一般空气处理 机６排盘管的换热器即可满足要求。根据计算和厂家提供的 总之，通过结合某商场特点，对空调方案优化分析后， 笔者认为可以考虑对夏热冬暖地区商场采用自然和机械相结 合的新风、排风全热交换的通风方案、采用大温差小流量的 数据，大温差空气处理机的换热面积需增大约２０％，也就是 说增大排数（最多增至８排）的方案即可满足要求，相对风机盘 管也最多增至４排（标准为３排）可满足要求。 空调冷冻水系统方案、采用空调冷冻水水泵变频运行方案、 降低冷却水温度运行方案达到公共建筑的空调节能效果。 （作者单位：广东省工业设备安装公司；２（）１１．５） ４６——