170_亞热带地区校园建筑空调系统节能技术的应用分析.doc

亚热带地区校园建筑空调系统节能技术 的应用分析 广东省冶金建筑设计研究院 吕琪铭1， 华南理工大学建筑设计研究院 黄璞洁2， 广东工业大学材料与能源学院能源工程系 王长宏3 摘要：在分析校园建筑功能和使用规律以及校园建筑空调系统的性能特点的基础上，以南方某高校新校区校园建筑空调系统为研究案例，探讨亚热带地区校园建筑空调系统中的节能环保技术与方法。研究表明：针对校园建筑的用途和结构规模不同，采用不同的空调机组可有效节能。针对校园建筑使用的时效性特点，采用变频技术合理调节新风量、冷冻水流量或冷凝水流量，可有效降低空调系统耗电量。对于校园建筑中有可能回收的热量都可以通过相关辅助设备进行回收，以达到热量再利用的目的。 关键词：空调系统节能；校园建筑；废热回收；VRV；VAV 1 概述 我国的建筑能耗约占总能耗的1/4，居能耗之首，而采暖和空调系统一直以来是建筑内部的能耗大户，相关数据显示，空调系统能耗占建筑内部能耗的50%以上【1，2】，有很大的节能潜力，所以采暖空调系统的节能问题已经迫在眉睫。与一般的公共建筑相比，校园建筑冷、热负荷有其自身的特点，它与建筑规模、使用功能、使用时段有密切关系。它的特点包括：(1) 教学楼、体育馆、图书馆以及宿舍等功能建筑存在明显地不同时使用的关系，这就要求空调系统需分区或单独设置。(2) 教学楼、图书馆等场所人员密集，因此空调系统的设计不仅要求满足室内温湿度要求，还要满足室内新风量的要求。由于该校园地处南方，过渡季节时间持续较长，因此还要求过渡季节可以长时间运行。(3) 最不利气象条件基本出现在假期，但仍有少数学生会留校学习，故应考虑空调的变频设置。采暖通风与空调系统的用能过程主要由三大部分组成：冷源和热源的能量转换，冷、热源载体（水和空气）的输送以及房间的供冷、供热过程【3】。因此，只有选用合适的冷热源，合适的系统形式，才能满足校园建筑的功能要求，最大限度地降低建筑能耗。以下将以南方某高校新校区校园建筑的空调系统为研究对象，探讨目前较为先进的节能环保技术在校园建筑空调系统中的节能方法。 2 空调冷热源 目前，校园建筑中最常用的空调制冷设备是中央冷水机组和变制冷剂流量多联分体式空调机组。其中，中央冷水机组分为水冷、风冷或蒸发冷却，它们的主要区别在于冷水机组的冷凝器形式不同。 2.1 水冷冷水机组 水冷冷水机组的冷凝器是以水作冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。冷却水可以采用自来水、江河水、湖水等。冷却水可以一次使用，也可以循环使用。当冷却水循环使用时，系统中需设有冷却塔或凉水池。在规模较大，使用时段较集中的建筑物，如图书馆、文化交流中心和体育场馆等，本设计主要采用螺杆式和离心式冷水机组。一般来说，螺杆式冷水机组适用于中等冷量空调系统，在350～1163kW的容量范围效率较高，调节性能优越；离心式冷水机组适用于冷量需求较大的场所，通常容量范围大于1163kW，单机制冷能力大、性能系数高，能效比（COP值）可达到5.1～7.0【3-4】。根据冷负荷大小，本设计基本上采用机组大小搭配方案，设备配置见表1。数据显示，单机容量越大，制冷机组效率越高。此外，部分负荷率较低时，能效比（COP值）越低，螺杆式制冷机组的30%部分负荷性能系数（COP值）优于离心机组。因此在设备配置时，应根据负荷变化，大小搭配，使主机能适应负荷的变化高效运行，降低能耗。 2.2 风冷热泵的应用 风冷式冷凝器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量。风冷式冷凝器的传热系数小，一般约为23~25W/(m2·K)。由于传热系数小，所以取较大的平均温差（△t=10~15℃），以减少传热面积。这种冷凝器的冷凝温度受环境温度影响很大。夏季的冷凝温度可高达50℃左右，而冬季的冷凝温度就很低。风冷式冷凝器完全不需要用冷却水，因此它适宜于缺水地区或不适合用水的场所。一般情况下，它不受污染空气的影响，即一般不会产生腐蚀。而水冷式冷凝器用冷却塔的循环水时，则水有被污染的可能，进而腐蚀设备。由于空气的热容远小于水的热容，所以风冷热泵制冷的能效比（COP值）明显小于水冷冷水机组，COP值一般为3.2左右【4】。但对于冬季需要供暖的建筑，因其需求热量小和供热时间短，可以根据需热量选择空气源热泵冬季供热，夏季不足的冷量可采用效率高的水冷冷水机组补足，既可省去锅炉供热设备，避免燃烧燃料产生污染废气，又可节约投资、节约能源和运行费用。所以，冬季要求供暖的建筑，如图书馆、文化交流中心，则可采用风冷热泵机组，设备配置及相关参数可见表1所示。 表1 图书馆、文化交流中心和体育场馆设备配置 参数 空调场所 图书馆 文化交流中心 体育场馆 机组类型 离心机 螺杆机 螺杆机 螺杆机 离心机 离心机 冷量配置（RT