□中煤科工集团重庆设计研究院 朱世伟
目前,随着我国经济的迅速发展,大体量写字楼、宾馆、办公楼、酒店等民用建筑如雨后春笋般兴起。由于这些大体量建筑具有较大的内区,而这些内区会产生大量余热,即使在冬季也表现为冷负荷,因此,对内区余热的回收利用或利用自然冷源消除余热是此类建筑空调设计必须考虑的问题。空调系统能否做到有效的节能,首先在设计上应选择合理的系统形式和合理划分系统,便于运行调节及控制。笔者认为,在大体量建筑空调系统设计中应采用如下的空调方式及设计方法:
一、空调系统形式的选择
1.水环热泵空调系统
水环热泵空调系统指小型的水——空气热泵机组利用水环并联在一起构成一个以回收建筑内部余热为主要特点的供冷供暖空调系统。它具有分散空调的本质和集中的冷却水系统,因此除具有回收热能、减少污染、利用废热的优点外,还具有分散式空调的运行灵活、便于分户计量、便于安装、占地少等优点,由于其固有的特点,大体量建筑采用水环热泵空调系统是一个很好的选择。
水环热泵空调系统显著的特点是回收余热,这就要求建筑的内区有足够余热可供回收,且建筑外区需要余热,当这两者相近时,水环热泵空调系统才能发挥它的特长,这就决定了它的使用受到建筑形式、地域差别的限制。根据笔者多年来所收集的各种文献分析,在我国华北地区和长江中下游地区的大体量建筑更适宜采用水环热泵系统。
2.集中空调系统
由于水环热泵空调系统本身的缺点(如噪声大、设备体积大),以及人们对其价值认识的不足,多数大体量建筑仍采用设置集中冷源的空调系统,末端形式为全空气空调系统或风机盘管加新风的空调系统,如何在风机盘管加新风的空调系统中合理利用自然冷源,减少能源浪费是本文中重点讨论的问题。水环热泵系统回收余热时是在制冷工况下运行的,回收余热时也要消耗一定的电能。集中空调在冬季虽然不能回收余热,但它可以利用自然冷源,承担内区冷负荷,缩短制冷机使用时间,也是节能的重要措施。
二、采用水环热泵空调系统时新风系统的设计
1.设计原则
新风系统的设计的指导思想是节能、运行灵活,便于调节,所以新风系统应内外区独立设置,系统风量宜小不宜大。
2.新风系统形式的选择
①新风换气机组。采用新风换气机有如下优点:一是可以回收冷热量;二是冬季可以防止内区送风温度过低。冬季内区虽然为冷负荷,但直接采用室外新风承担室内冷负荷可能会使人有不适感,采用新风换气机可避免这一现象;三是有助于保证空气平衡,新风换气送排风机独立设置,可根据空气平衡的需要进行调节。基于以上优点,应优先选用新风换气机作为水环热泵空调系统的新风系统。
②水环热泵机组。水环热泵机组体积较新风换气机组小,可以用于空间受到限制的建筑中。采用水环热泵机组作为新风机组时,冬季内区的新风系统也应为制热状态,保证送风温度不至过低,出风温度可以设定为14℃,自动控制。
③低噪音风机箱。低噪声风机箱将室外空气直接送入室内,应注意以下问题:一是新风负荷对室内设备选型的影响;二是冬季应避免直接吹向人体;三是冬季不易加湿,适用于对湿度要求不高的场所。
三、集中空调风机盘管加新风空调系统的设计
1.负荷特点及设计原则
大体量建筑的空调负荷有以下特点:一是外区夏季室内负荷为冷负荷,冬季为热负荷;内区冬夏均为冷负荷;二是内区的冷负荷主要与客流量有关,与季节变化无关。
根据以上特点,应按照以下原则进行空调设计:一、内外区新风系统独立设置;二、内区新风机组宜采用变风量机组,室内冷负荷由新风承担。
2.内区新风量的确定
①新风量计算。夏季新风量按满足人员需要的最小新风量计算。冬季新风量按消除内区余热所需风量计算:L=Qx/cρ(tn-to);Qx:室内显热冷负荷;tn:室内设计温度,24℃;to:送风温度。综合考虑舒适性与节能相结合,以及加湿过程对温度的要求,笔者认为,将送风温度定为14℃最为合适。
②冬季送风温度设定值对送风量的影响。冬季送风温度的设定值直接影响送风量的确定和新风机组的选择,也直接影响到节能的效果。送风温度降低可以减少送风量,但在此送风量基础上选择的新风机组使用时限就会缩短,室外温度超过这个温度后,风量就不再满足承担冷负荷的要求;反之,新风机组就会选型过大,投资提高,耗电增加,显然也是不合适的。笔者认为,冬季送风的最大风量与最小风量相差一倍左右较为合适。