暖通空調系統的節能工程設計
摘要：以北京一幢辦公大樓的暖通節能工程設計為典型，介紹了該工程以地源熱泵為冷、熱源，溫濕度獨立控制的空調方式、地道風及地下車庫固態能的應用等節能措施。
關鍵詞：節能工程 設計
1 工程概況
該辦公樓總建筑面積65038平方米，地上八層，地下兩層。為一類高層公共建筑。地下一層為餐飲娛樂（包含游泳池），地下二層為汽車庫。首層及二層為餐廳及會議室，其余各層均為辦公。辦公樓耗能一般較大，節能減排，建設低碳建筑是本次設計的重點及任務。
北京市全年平均氣溫13.1℃，年日照時數為2594小時，太陽能資源較豐富。太陽能可全年為該建筑物的辦公、娛樂、餐飲部分提供衛生熱水和游泳池池水加熱。同時采用地源熱泵系統，當太陽能不足時，地源熱泵為輔助能源，100%備用。
2 工程節能系統
2.1 冷熱源系統本工程采用地源熱泵系統，地埋管布置在建筑物基礎以下。辦公樓的空調負荷由地源熱泵設備負擔，同時利用辦公內區供冷的熱量，采用熱泵系統，作為太陽能熱水系統的一個備用熱源。地源熱泵系統提供辦公區域除新風負荷和濕負荷之外的顯熱負荷和餐廳會議等的空調負荷，辦公區域的新風負荷和濕負荷（潛熱負荷）由末端的溶液調濕新風機組承擔?？照{冷、熱源原理見圖1。
辦公部分采用頂棚輻射系統供冷和供熱，配置兩臺熱泵機組L-1、L-2；餐廳和會議室部分采用全空氣空調系統，配置兩臺熱泵機組L-3、L-4。在夏季夜間，開啟設備L-2向辦公輻射外區供冷；夏季日間，辦公區域內外分區均需要供冷，內外區供回水系統同時供應。開啟設備L-1、L-2向辦公區供冷，開啟設備L-3、L-4向餐廳、會議室全空氣系統供冷；在冬季夜間，開啟設備L-2向辦公輻射外區供熱，由于辦公外區需熱量小，設備L-2可以分出一部分熱量制備衛生熱水；冬季日間，由于辦公區域內區需要供冷，外區需要供熱，內外區供回水系統分別供應。開啟設備L-1向辦公部分供熱，開啟設備L-2向內區供冷，開啟設備L-3、L-4向餐廳、會議室全空氣系統供熱。設備L-2可以回收冷凝熱制備衛生熱水，也可以回收冷凝熱向辦公外區供熱。
2.2 空調系統
辦公區域的空調房間采用溫、濕度獨立控制空調系統，采用輻射供冷暖加獨立新風空氣調節的系統形式。溫、濕度分開處理，房間內潛熱負荷由獨立新風處理機組（熱泵式溶液調濕新風機組）負擔，通過溶液除濕后的新風可帶走室內的濕負荷，房間內顯熱負荷由樓板輻射供冷暖系統負責處理，不足處由新風處理機組承擔。溫、濕度獨立控制空調系統i-d圖見圖2～圖4。
輻射供冷暖系統的盤管設置在樓板內或者建筑墊層內。供回水溫度夏季采用18～21℃高溫冷媒水，冬季采用30～33℃低溫熱媒水。新風處理機組冬季送風溫度15℃，夏季送風溫度20℃。送風口和排風口均設置在房間的頂部。送風口沿內、外區墻體或結構柱體均勻設置，排風口集中設置。送風機和排風機單獨設置，均為變頻風機。在初夏和過渡節可以實現內區直流空調系統運行，加強內區自然通風。熱泵式溶液調濕新風機組集中設置在每一層的空調機房內，擔負同層的辦公區域。在地下三層設有新風空調箱，空調箱將經過地道降溫或升溫的室外新風進行冷熱處理，
再送至每層空調機房。由于土壤的隔熱性能，土壤一年四季的溫度變化幅度均小于外界的氣溫。利用外界空氣和土壤的溫差，將室外空氣通過地道進行換熱，對空氣流進行夏季降溫或冬季升溫，從而達到節能目的。
會議室和餐廳等采用帶熱回收段的舒適性全空氣調節系統。夏季采用7～12℃冷媒水，冬季采用55～50℃熱媒水。將地下汽車庫的固態能量用于餐廳新風的預熱和預冷。全空氣空調系統的排風回送到地下車庫，提供地下車庫冬季所需熱量。在車庫側采風管及空調房間回風管上設溫度傳感器，當車庫溫度高于空調房間回風溫度時，開啟回風管路上電動風閥，關閉車庫側采風及排風管上電動風閥和風機（風機與風閥聯動）對室內回風全熱回收。當車庫溫度低于空調房間回風溫度時，關閉回風管上電動風閥，開啟回風管接至車庫管路上電動風閥和排風機（風機與風閥聯動）向車庫排風。同時開啟車庫采風管道上電動風閥，引入車庫風進行全熱回收。新風的采集來自地道風，減少新風處理的能耗，在初夏和過渡季節可轉換為全新風節能工況為餐廳通風。
2.3 通風系統
過渡季使用可控的智能開窗系統，結合中廳的熱壓、煙囪效應，配合以少量機械排風，可以在室內形成良好的溫度環境，充分利用自然能源，節能環保。輻射供冷暖系統可以加強自然通風的時間，在過渡季末期，由于直接采取自然通風可能會導致室內溫度稍低或稍高，這時可以使用輻射供冷暖系統彌補這部分熱量，達到加強自然通風的目的，節省能源。根據北京地區的氣候特點，在夏季涼爽的凌晨，當室外溫度濕度條件適合的情況下，空調自控系統、智能開窗系統自動開啟，加大自然通風能力，排出室內悶熱潮濕的空氣，取而代之是清涼、干爽清潔的新鮮空氣，為即將開啟的空調系統減少室內熱負荷。
3 系統節能工程的經濟分析
地源熱泵空調系統可實現對建筑物的供熱和制冷，在熱泵制冷運行時，可回收冷凝熱制備生活熱水（50℃），一機多用。與常規制冷系統比，冷卻水溫低，制冷效率高，使得地源熱泵系統比常規制冷系統節能。地源熱泵與使用高溫冷源的空調末端相結合，綜合運行節能可達30～40％。地源熱泵空調系統運行中無燃燒，無排煙，無廢棄物，不需要堆放燃料和廢物的場地，因而環境效益顯著。地源熱泵的污染物排放與空氣源熱泵相比減少40%以上，與電供暖相比減少70%以上。因地源熱泵空調系統運行費用低，初次投資增加費用可在6至7年內回收，且循環系統壽命可達50年以上，在整個服務周期內的平均費用低于傳統的空調系統。
溫濕度獨立控制空調系統中，由于溫度與濕度為兩套獨立的空調控制系統，分別控制、調節室內的溫度與濕度，從而避免了常規空調系統中熱濕聯合處理所帶來的損失?？梢詽M足不**間熱濕比不斷變化的要求，克服了常規空調系統中難以同時滿足溫、濕度參數的要求，避免了室內濕度過高（或過低）的現象。對辦公樓類建筑，系統可節能30%～50%。5萬平方米以下系統初投資增加5%～10%（2年內回收），10萬平方米以上系統初投資幾乎不增加。
在提倡創建節約型社會的今天，建筑節能問題不可忽視，尤其是對于占建筑能耗50%～70%的空調系統能耗。工程投入使用后，空調系統在各季節使用效果良好，基本實現了之前設定的設計理念。各種節能技術、節能設備有機的結合和應用使本建筑成為舒適度高、能耗低的新型建筑。
參考文獻
1．潘云鋼.高層民用建筑空調設計.北京：中國建筑工業出版社
2．馬最良，呂悅.地源熱泵系統設計與應用.北京：機械工業出版社
3．王子介.低溫輻射供暖與輻射供冷.北京：機械工業出版社
建筑資質代辦咨詢熱線：18382209800
咨詢熱線：18382209800 
