大型办公建筑空调系统负荷分析与优化

大型办公建筑空调系统负荷分析与优化

0夏季偏热,最热月7月平均气温西安是温带半湿润大陆季风气候区，气候温暖，四季分明。过渡季节较短,冬夏两季时间长。过度季节气候温和,年平均气温13.0~13.4℃;夏季偏热,最热月7月平均气温25.6~26.6℃;冬季稍冷,最冷月1月平均气温-0.4~0.9℃。西安市常用于大型办公建筑制冷和供热的能源,包含天然气(一次能源)、电力和热力(二次能源)。但是以上3种能源在西安市都不同程度地出现供应紧缺情况。1冷源安装负荷和室内热环境1.1空调热源融气场分布西安市大型办公建筑的中央空调系统供冷主要以溴化锂机组和电制冷机组为主,供热主要以燃气锅炉和集中供热为主,其冷热源设备主要有下列形式:电制冷+锅炉,电制冷+集中供热,吸收式机组供冷供热。其中电制冷机以螺杆式和离心式为主,锅炉为燃气锅炉,吸收式机组主要为直然型。空调冷源装机负荷有如下特点:单位面积装机冷负荷范围较广,为92.78~169.16W/m2。其中,面积较小的建筑(15000~30000m2)单位面积装机冷负荷从92.78~152.73W/m2,平均值为117.73W/m2;面积区间在30000~45000m2和45000~60000m2的建筑,单位面积装机冷负荷分布比较集中,前者在106.18~113.42W/m2之间,后者在99.24~117.4W/m2之间,并且平均值也都稍小,分别为108.29W/m2和108.13W/m2;60000m2以上的建筑,单位面积装机冷负荷不仅波动范围较广,而且上限数值较大,从94.23~169.16W/m2,平均值则最大,为132.32W/m2。各种体量建筑的装机冷负荷平均值都超过《实用供热空调设计手册》(第二版)中办公建筑的冷负荷估算值85~100W/m2。空调热源装机负荷有如下特点:西安市大型办公建筑装机热负荷指标范围较广,从72.51~131.38W/m2,平均值为101.05W/m2,《实用供热空调设计手册》(第二版)中办公建筑热负荷估算值为60~80W/m2。可知,西安市大型办公建筑装机热负荷已经超出行业规范给定估算范围的上限值。1.2空调季节的不足,导致能源浪费在空调季节,所调查建筑办公区的平均温度在24.55~28.55℃之间,平均相对湿度在57.5%~66.74%之间;在采暖季节,所调查建筑办公区的平均温度在18.07~23.52℃之间,平均相对湿度在20.17%~30%之间;处于过渡季节的两栋建筑,其办公区的平均温度分别为22.4℃、21.7℃,平均相对湿度分别为47.8%、44.3%。在空调季节,所调研建筑中有三家建筑办公区的平均温度低于26℃,无法达到节能要求;而在采暖季节,所调研建筑中有五家建筑办公区的平均温度高于19℃,无法达到节能要求建筑的比例非常高;过渡季节的两栋写字楼是在2010年9月下旬进行调研的,当时室外气温在26℃左右,在建筑仅仅需要定时开启通风换气系统直接利用新风的情况下,由于企业管理者要求员工必须着较厚的正装,所以不得不开启中央空调并使室内温度过低。可见,西安市大型办公建筑室内空调温度以及开启时间的管理,并没有完全按照公共建筑相关节能政策来执行,这势必造成极大的能源浪费。这也说明在室内温度设置和运行管理等方面,具有非常大节能潜力。2关于空调系统的信息2.1运行能耗如图1,西安市办公建筑空调系统能耗指标为25.09~97.35kW·h/m2·a,系统运行能耗较高的是较低的3.8倍,平均值为42.97kW·h/m2·a。空调系统运行能耗占建筑能耗比例为36%~60%,差别较大。该比例的平均值为46.82%,根据资料,北京市大型办公建筑空调系统运行能耗占建筑总能耗的平均比例为30%,可见西安市办公建筑存在运行能耗过大的现象。2.2机组配比的影响由表1可知,绝大部分工程在冷冻机房设计时都应用多台机组共同负担建筑负荷,这样可以通过建筑的逐时负荷状态确定每台冷机的开闭情况,在一定程度上减少冷机运行产生的空调系统能耗。在调研的24幢办公建筑中,仅有一幢根据建筑自身负荷情况,使用不同冷量的冷机配合使用,其余建筑均单一选用一种冷量的冷机,其他项目均简单将总装机负荷均分在两个或多个同样型号的机组上。由于每栋建筑的动态负荷规律均不一样,所以选择几个同样型号机组的设计方法并不能保证系统提供的逐时冷量贴近当时的建筑负荷要求,在空调系统的实际运行过程中经常会出现一台冷机仅仅在低负荷工况运行的情况,这样无形中增加了机组的能耗。所以,机组大小的选择和配比对于系统节能有着至关重要的作用。作为对比,北京的办公建筑有30%都会按照建筑的负荷特点选择不同冷量的冷机,使机组最大限度的匹配建筑逐时负荷,并而达到节能目的。2.3vrv系统与全空气系统西安市大型办公建筑空调系统主要有以下3种,即风机盘管+新风系统、变制冷剂流量(VRV)系统和全空气系统。在使用数量上,风机盘管+新风系统所占比例最高,达到70%,VRV系统与全空气系统仅各占15%。风机盘管+新风系统由于调节的仅仅是风量,而无法减少流过末端的冷冻水用量或者仅仅将多余的冷冻水旁通掉,所以这种系统不能减少机组的能耗。全空气系统并不适合各个空调区域独立控制温湿度的要求,但是可以在室外空气焓值低于室内空气焓值时充分利用室外新风供冷,从而节省冷水机组的制冷量。VRV的室内机具有风机盘管的独立调节特性,并且通过直流变频技术(国内采用数码变频),按照建筑负荷特点改变制冷剂的流量,从而达到节能目的。2.4水泵运行能耗过高原因分析水泵运行能耗占空调系统能耗的比例非常高,根据运行状况、机组类型的不同,其实际运行能耗比例处于16%~27%之间,节能潜力大。通过调研了解到以下可能导致水泵运行能耗较高的原因:(1)所调研建筑中仅20%建筑使用了变频水泵,大部分水泵由于无法进行变频调节而经常处于低效运行状态。(2)当设计供回水温差一定时,设计负荷就决定了流量值。热负荷基数偏大,热水流量增大水泵选用偏大,加大了运行成本,浪费了电能。(3)建筑多采用开式系统。有接近一半的建筑采用了开式系统,开式系统的水泵在运行时除了要负担管路本身阻力外,还要承担由于高差产生的压力差,从而提高水泵的运行能耗。3空调系统设置的不合理通过调研可知,西安市大型办公建筑空调系统存在能耗过高的问题。而空调系统负荷过高和空调系统设置的不合理是建筑产生高能耗现状的原因。故从以上两个方面对空调系统的节能策略做出分析。3.1空调负荷节能分析3.1.1墙体发盖的质量控制当前大型办公建筑具有大量使用玻璃幕墙,以及大窗墙比建筑越来越多的趋势,应当结合建筑外形,采取适当的遮阳措施,以减少建筑太阳辐射得热量。3.1.2合理确定室内热环境参数资料表明,建筑夏季室内温度低1℃或者冬季高1℃,空调部分的工程投资增加6%,能耗加大8%。3.1.3减少照明热量通过采用节能光源,既降低了建筑能耗,又能减小照明设备的发热量,从而降低建筑空调负荷。3.1.4减少新装置的负荷在条件允许的情况下,可以使用新风换热器来完成室内热量的回收,这样可以很大程度的降低新风负荷。3.2系统设计的节能目(1)选择冷热源机组时,应当根据负荷情况合理搭配机组。使机组最大限度追踪建筑的逐时负荷特性,以达到节能目的。(2)应根据建筑使用目的、使用时间来选取合适的系统形式,并且应该尽可能的考虑过渡季节新风的利用。(3)水泵加装变频器,从而使水泵根据水系统流量的变化改变运行状态,以降低泵