办公建筑暖通空调节能设计

办公建筑暖通空调节能设计

发表时间：2017-03-17T15:23:18.097Z 来源：《基层建设》2016年第34期作者：李廷樟

[导读] 本文结合工程实例，介绍了办公建筑暖通空调设计，重点分析总结了其节能设计的难点及有效方法，为类似工程设计提供借鉴。

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摘要:在可持续发展大背景下,节能已成为人们关注的问题。而暖通空调节能设计作为建筑节能的典范，其系统的设计越来越要求从充分利用节能技术、节约能源资源等角度进行科学设计。本文结合工程实例，介绍了办公建筑暖通空调设计，重点分析总结了其节能设计的难点及有效方法，为类似工程设计提供借鉴。

关键词:暖通空调；节能设计；结构保温；冷热源配置；换热能力；冷辐射

进入21世纪以来，全球范围内提出可持续发展理论，人们更加注重对于资源的节约以及环境的保护。建筑产业作为我国的龙头产业，耗能量与日俱增。其中，建筑暖通空调系统能耗所占比例基本可以达到60%以上。从这一角度上来说，要想实现对建筑能耗的有效降低,针对建筑暖通空调系统进行节能设计是至关重要的，也是可持续发展必然的选择，然而，如何对建筑暖通空调系统进行有效的设计，是实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。下面，就结合具体的施工案例，就其中的设计方法进行相关的介绍。

1 工程背景

某工程项目设计充分考虑节能建筑理念与定位。目标是达到国家绿色建筑标识二星级标准和美国LEED认证金奖要求。

2 工程概况

本工程分别由6栋8层办公建筑和5栋8层办公建筑组成，两地块以规划一路相隔，地块分布如图1所示。

3 节能设计

3.1 围护结构保温系统

从隔热理论分析可知，采用外保温技术，建筑室内受到室外温度波动影响小，具有良好的节能效果和综合经济效益。又因空调末端采用辐射系统，与常规空调系统相比，围护结构保温和室内密闭性等性能要求更高。为此，综合比较工程所属地级市现实施的节能设计标准、德国建筑节能标准、美国LEED07标准等一系列针对围护结构的要求，并考虑辐射空调系统要求、投资造价、后期运行等因素，最终确定如表1所示的适合本工程的围护结构参数，其构造见表2。该围护结构性能结合节能技术可实现建筑节能60%。

3.3 地源热泵系统设计

3.3.1 地埋管换热器设计

地埋管换热器按冬季工况配置。根据地源井测试报告和EED软件模拟计算结果，确定采用双U25埋管。夏季放热能力取59.1W/m，冬季取热能力取37.9W/m。地埋管有效井深100m，地源井数量984口，有效埋管换热长度98400m，地源井间距5m。地埋管换热能力测试数

据如表4所示，F1地块检查井、地埋管布置分别如图3、4所示。

3.3.2 空调水系统设计

本工程E3、F1地块共计11栋办公建筑，空调水系统输送距离较远。由于空调侧各办公建筑之间末端管道阻力差距较大，且地源侧各区域间地埋管管道阻力差距也较大。因此水系统根据输送距离分别在空调侧、地源侧设置二次泵变流量系统。水系统垂直异程，水平异程，用平衡阀调节各水路水力平衡。系统流程图如图2所示。夏季，空调侧供回水温度6/12℃，地源侧供回水温度29/35℃；冬季，空调侧供回水温度45/39℃，地源侧供回水温度11/5℃。

3.3.3 土壤热平衡设计措施及运行策略

良好的地源热泵系统要求实现全年土壤取热、放热的热平衡。为实现此目标，本设计采用冷却塔辅助散热并结合土壤监测、空调系统能耗监测等方式，具体措施如下:

(1)冷却塔处理负荷能力占空调总冷却负荷的60%；

(2)分区域分别设置多口监测井(内设温度探头)，以监侧土壤的温升状况；

(3)在地源侧、空调侧分别设置能量计量系统，以记录累计取热、放热量。

实际运行中，运行策略做如下考虑:

(1)根据监测井及能量计量系统的监测结果调节冷却塔的运行；

(2)当土壤温度升高造成土壤换热器出水温度高于32℃时，开启冷却塔制冷；

(3)当前一年特殊热不平衡率超过20%时，优先开启冷却塔制冷；

(4)过渡季节尽量使用冷却塔散热。

3.4 热泵热水系统设计

本工程有400kW的生活热水需求，本次设计采用热回收机组优先旁通方案(见图2)。夏季热回收机组产生生活热水的同时，蒸发器侧可预冷其他单冷机组的回水温度，从而减少其他单冷机组的冷负荷；冬天通过阀门切换从地埋管取热。该系统设计实现以下功能:

(1)保证生活热水的温度和负荷要求；

(2)实现了冬夏季生活热水供应；

(3)夏季产生生活热水的同时预冷其他单冷机组的回水温度，从而减少其他单冷机组的冷负荷，实现最佳节能效果。

3.5 温湿度独立控制系统

本工程空调系统采用温、湿度独立控制系统。空调箱主要承担室内的湿负荷和部分显热负荷，其余显热负荷由金属冷吊顶和主动式冷梁承担。办公区空调负荷分布及空气处理如图5所示，空调风系统示意图如图6所示。

空调箱送风包含新风与回风，承担室内湿负荷、部分显热负荷和新风负荷。室内主要散湿源为人员散湿，设计除湿风量为45m3/(h•人) (其中新风量为30m3/h，回风量为15m3/h)。45m3/(h•人)的除湿风量既满足室内卫生要求、降低空调箱除湿能力要求，同时又保证室内通风换气要求。余下室内显热负荷由金属冷吊顶结合冷梁承担。

3.6 末端辐射系统

采用冷辐射空调系统的空调房间的舒适温度通常可以比传统空调高1～2℃，这样可以降低空调冷负荷，节省能源；由于冷辐射系统为自然对流和辐射传热，没有循环风机，可以节省大量风机能耗。

3.6.1 毛细金属冷吊顶设计

本工程辐射末端采用毛细金属冷吊顶，冷吊顶夏季供回水温度17/20℃，冬季供回水温度为32/29℃，所需冷热水从冷热源处通过板式换热器获得。毛细金属冷吊顶夏季供冷能力为65W/m2，冬季供热能力为50W/m2。毛细金属冷吊顶接管示意图如图7所示。

3.6.2 辐射系统的湿度控制

湿度控制直接决定了辐射系统能否安全稳定运行。本工程辐射系统湿度控制主要采用以下措施:

(1)围护结构要求:门窗气密性等级不得低于6级；

(2)电梯厅、大堂等人员进出频繁区域设置常规空调形式(3)空调箱对处理风量深度除湿，以保证室内除湿要求；

(4)送风采用低温型射流风口(如图8所示):吊顶贴覆射流，在冷吊顶表面形成一层干燥空气层，从而避免冷吊顶结露；

(5)冷吊顶表面设置露点传感器，吊顶表面出现结露风险时关闭相应水阀。