现代化办公楼的空调节能与新风控制方法的探讨

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　　1.现代化办公楼的特点和空调系统设计的目标

　　从空调系统设计有关的方面简述如下：在建筑布置上，一般综合性高层办公楼由办化用的标准层和综合服务用的公共用房，两者在使用时间上存在差异，高层建筑的密封性较好，其室内空气环境的好坏完全依赖于空调系统；高层建筑采光以室内照明为主，要求有良好的室内照明；智能化办公楼是信息时代的产物，是计算机技术、通信技术、控制技术与建筑技术结合的产物，它已成为当今办公楼发展的方向。现代化通信、楼宇自动化和办公自动化系统智能化办公楼中的重要组成部分，办公区内各种通讯设施齐全，计算已成为每个工作人员必备的工具，因此室内发热设备明显增加，照明与空调能耗占整个建筑总能耗的比例越来越大，成为整个建筑的主要能耗。

　　本文讨论的工程实例，是国内办公楼建筑最常见的空调系统形式，即塔楼为带独立新风的风机盘管空调系统和裙楼为定风量全空气系统。

　　2 智能建筑空调系统着重考虑的问题

　　2.1 过渡季的空调问题

　　传统的空调设计是基于冬、夏季不保证率的考虑，室外计算气象条件根据国家暖通空调设计规范按全年50h不保证而统计确定的。设计人员只需要按规范的要求计算设计日的负荷，有的套用指标进行估算，选用设备时往往将安全系数打得较大，一些已投入使用的高档建筑，即使天气最热的时候也只有50％左右的冷源投入运行，而最大设计负荷运行的时间仅占全年空调运行时间的10％左右，绝大部分时间内设备处于部分负荷的低效率高能耗运行状态。

　　一些高档办公楼，由于现代化办公设备的增多，室内发热量增加，有些房间过渡季也需要供冷，但是按夏季工况设计选用的设备容量较大，不能适应过渡季节小负荷运行的需，运行能耗大，负荷难于控制。操作人员一般只是按室外气温来决定是否供冷，再加上高层建筑出于节能的需要，气密性较高，大部分窗户不能开启，按最小新风量设计的新风系统，新风量有限，不能加大，一些大楼虽然设有BAS系统，却无法控制过渡季的空调。

　　因此在设计时，从系统的划分和系统控制功能，除了满足冬夏两季的要求之外，还应考虑系统在过渡季根据气候变化和各分区房间的不同需求，能够同时供冷和供热，各系统的控制也能满足相应的使用要求。

　　2.2 室内空气品质的问题

　　人们在室内的时间往往超过全天的80％，有三分之一的时间在办公楼紧张地工作，室内空气品质的优劣，直接影响人们生理上、心理上的健康和工作效率。

　　办公室内的污染源主要是大楼的建筑污染（包括材料和设备）和人员的生物污染（包括吸烟），随着新材料新设备的大量应用，加之高层建筑的高层气密性，使室内污染源大为增多（多达几十种）。

　　北欧和英、美各国，在通风系统与办公建筑健康环境的研究中得出了同样的结论：通风系统的类型与办公建筑的病态建筑综合症（Sick Building Syndrome简称SBS）的发生率有关，SBS的发生率在有空调的建筑中比机械送排风的建筑中高，其主要原因是空调建筑的气密性高，通风换气差，低通风量（少于10L/s.人）会增加病态建筑综合症的发生率。

　　美国（ASHRAE标准62-1989）、德国（DIN 1946）、英国（CIBSE）、北欧（NKB NO61E）和日本（建筑管理法）等标准，均以二氧化碳浓度作为间接评价指标，作为确定空调房间新风供给量标准的依据。在以人居留为主的低污染建筑中，其他污染物的影响远低于二氧化碳允许的浓度影响，因此只在二氧化碳浓度达到卫生标准的要求，则其它污染物也能达到可接受的水平。

　　我国GB 50189-93对旅游旅馆分为四种级别，分别取二氧化碳浓度限定值为：一级0.10％，二级0.12％，三级0.15％，四级0.25％，据此确定所需的最小新风量，并把允许吸烟条件下新风量规定为不

　　吸烟条件下的两倍，因此在办公楼等公共场所是否允许吸烟，对新风量及其能耗有很大关系。

　　2.3 空调节能问题

　　空高系统不仅要保证建筑物对室内环境的要求，还应从系统运行角度，综合考虑节能效果。一般情况下，业主特别是房地产开发商往往一次投资，而忽略日常的运行费用。实际上，由于采取节能措施而增加的一次投资在两三年内即可收回，空调节能不仅仅会给投资者带来经济效益，更重要的是同时具有很大的社会效益。

　　3 利用全年动态负荷分析提出节能策略

　　3.1 空调负荷特点及构成

　　空调负荷主要包括：由于室内外温差通过围护结构传热引起的负荷，日射得热引起的负荷、室内热源引起的负荷、新风引起的负荷等。为了考虑节能措施，我们对厦门某一高层办公楼的全年空调负荷进行了动态模拟。该办公楼地上总高度为149.45m，地下3层，地上43层，裙房1-5层，建筑面积约7万平方米，空调面积约5万平方米，主体建筑的围护结构为玻璃幕墙，空调只供冷。

　　计算结果表明，设计日的最大负荷（100%）的构成为：

　　围护结构传热引起的负荷 8％

　　日射得热引起的负荷 14％

　　室内发热（照明、设备、人员等）52％

　　新风负荷 26％

　　全楼最大负荷的90％-100％的时间仅为全年供冷时间的3％左右，而全楼最大负荷的20％以下的时间却占50％以上。

　　由于各地气象条件不同，各部分功能的建筑面积不同，各部分负荷所占比例会所不同，但在现代化的高层办公楼中，主要负荷为室内热源；在全年运行中，必须注意较低的部分负荷时的运行效率。同样的建筑，如果处于北京地区，冬季需要供热，利用北京的全年气象参数，分析结构与厦门地区有较大差别。

　　该建筑在北京地区的设计日最大负荷（100％）构成为：

　　围护结构传热引起的负荷 4％

　　日射得热引起的负荷 18％

　　室内发热（照明、设备、人员等） 61％

　　新风负荷 17％

　　3.2 优化冷源设备的组合，提高部分负荷下制冷系统的运行效率

　　众所周知，制冷机在接近额定负荷下运行效率最高。为了使全年制冷机在接近额定负荷下运行效率最高。为了使全年制冷机尽可能在高效率下运行，必须根据全年动态负荷曲线。确定制冷机台数和每台机组的容量，使供冷量与变化中的需冷量尽可能保持一致，即同时运行的制冷机容量的总和尽可能接近大楼的空调负荷曲线。由于最大负荷的20％以下负荷所占比例较高，故根据总负荷，选择三台制冷机，机组容量分配为两大一小，理论上，当小容量机组为大容量机组的二分之一时，容量组合可为20％、40％、60％、80％、100％，比较合理。

　　增加一台变频调速装置的费用约4万美元，按各月份的小时平均负荷的粗略计算，运行费用每年大约可节省26.5万人民币，一年半即可收回。

　　3.3 充分利用天然冷源的新风空调

　　办公楼标准层的机房往往受建筑布置和面积上的限制，一般设计只保证最小新风量，几乎不可能加大新风量，只有裙楼公共用房的全空气系统得条件利用全新风、因此，全楼利用全新风节能的效果与公共用房的面积空调系统方式和当地气象条件有关。

　　在公共用房部分空调系统设计时，考虑使系统能够充分利用室外新风这一天然冷源，对节省能源和改善室内空气品质都能取得较好的效果，当然排风系统的设置也要与之相应。

　　3.4 排风的能量回收

　　利用排风的冷（热）量对新风进行预处理，可节省用于处理新风所需的冷（热）量，排风能量回收，应根据当地气候特点，进行经济性分析，然后确定是否采用能量回收装置或采用何种回收装置。按照回收能量方式，能量回收装置分为全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置利用焓差回收全热量，显热回收装置利用温差回收显热量，两者效率都在70％或以上。

　　在新风湿负荷较大的地区，不宜采用显热回收装置，在温差较大且新排风湿度差较小的地区，采用显热回收装置有较好的效果，其价格比全热回收装置便宜得多。

　　4 新风的智能化控制

　　4.1 最小新风量控制

　　4.2 空调新风

　　当空调系统可按全新风方式运行时，新风量的调节是根据室内外空气参数来控制的，按一事实上时间间隔测量室外空气和室内空气的焓，并加以比较。

　　4.3 新排风及能量回收控制

　　设有全热回收及旁通装置的空调系统应根据室内外空气参数，确定回收装置的运行状态。