幾種既有建筑空調(diào)系統(tǒng)改造方法分析

第第頁(yè)幾種既有建筑空調(diào)系統(tǒng)改造方法分析【摘要】當(dāng)前我國(guó)一些既有建筑由于系統(tǒng)效率低、設(shè)備老化導(dǎo)致設(shè)備出力不足，有些建筑使用功能變化等原因，其配套的空調(diào)系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，存在室內(nèi)參數(shù)無(wú)法保證、舒適性差、能耗大等問(wèn)題。針對(duì)不同的建筑特點(diǎn)，可采用加裝地源熱泵，變換冷熱源，合理利用置換通風(fēng)、自然通風(fēng)，利用自動(dòng)控制設(shè)備智能調(diào)節(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)等不同的方式進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)改造。

【關(guān)鍵詞】空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

0引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化步伐的穩(wěn)步上升，能源危機(jī)成為世界各個(gè)國(guó)家面臨的又一大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而在中國(guó)，這一危機(jī)顯得尤為嚴(yán)重。種種跡象表明，資源對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用開(kāi)始顯現(xiàn)，且差距呈越來(lái)越大之勢(shì)。能源危機(jī)不僅對(duì)人們的出行造成困擾，更對(duì)自然環(huán)境造成了極大的負(fù)擔(dān)。眾所周知，建筑能耗是國(guó)家總能耗的重要部分，在我國(guó)已達(dá)30%以上，雖然從上世紀(jì)80年代起，中國(guó)已開(kāi)始陸續(xù)頒布和實(shí)施相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，但整個(gè)建筑節(jié)能進(jìn)展仍非常緩慢。多數(shù)的既有建筑仍是威脅未來(lái)生態(tài)環(huán)境的高能耗建筑。隨著國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，既有建筑的節(jié)能改造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)范的制定提上議程，這將大大推進(jìn)整個(gè)既有建筑節(jié)能改造工作的順利開(kāi)展。所以，采用加裝地源熱泵，變換冷熱源，合理利用置換通風(fēng)、自然通風(fēng)，利用自動(dòng)控制設(shè)備智能調(diào)節(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)就顯得尤為必要。

1地源熱泵技術(shù)在既有建筑節(jié)能改造工程中的應(yīng)用

1.1地源熱泵的構(gòu)成與原理

地源熱泵系統(tǒng)指以巖土體、地下水或地表水作為低溫?zé)嵩?，通過(guò)地?zé)崮芙粨Q

圖1-1地源熱泵冬夏運(yùn)行示意圖

系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組、建筑物內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)[1]。地源熱泵冬夏季運(yùn)行示意圖詳見(jiàn)圖1-1，由圖可知，地源熱泵主機(jī)及用戶(hù)側(cè)運(yùn)行模式完全相同，所不同的只是水源側(cè)的運(yùn)行模式。

1.2地源熱泵改造實(shí)例

1.2.1項(xiàng)目背景

改造工程案例類(lèi)型為辦公建筑，總建筑面積3593O，建筑物體形系數(shù)0.256。南北朝向，主體為六層框架結(jié)構(gòu)，建筑物總高度為25m。地上一層為商鋪及大樓門(mén)廳，2-6層為辦公用房。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為240mm實(shí)心粘土磚砌體，屋面為現(xiàn)澆混凝土，以加氣混凝土砌塊做保溫層；外窗為單玻塑鋼窗，窗墻比0.24，四個(gè)立面的窗墻比分別為：東0.11，南0.29，西0.04，北0.26。

改造時(shí)辦公樓內(nèi)無(wú)中央空調(diào)系統(tǒng)，不易集中管理，改造后中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源采用可再生的地埋管地源熱泵。

1.2.2解決方案

本次負(fù)荷計(jì)算的范圍為該辦公樓的2-6層，2-6層每層22個(gè)辦公室，每個(gè)辦公室平均3人，每人新風(fēng)最為30m?/h。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，地源熱泵系統(tǒng)吸熱量與釋熱量不平衡率應(yīng)控制在10%以下，根據(jù)能耗軟件對(duì)系統(tǒng)能耗的計(jì)算，項(xiàng)目的項(xiàng)目夏季負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冬季負(fù)荷，不平衡率在59.8%左右，大大高于規(guī)范限值。為了保證地源熱泵長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，需要采取一定措施，減小冬夏吸放熱不平衡率，根據(jù)工程特點(diǎn)，本次方案將采用以下兩步來(lái)減小不平衡度，最后使其達(dá)到既定值之內(nèi)。吸放熱熱平衡解決方案：

（1）第一步：增大冬季的采暖使用面積

根據(jù)能耗計(jì)算軟件對(duì)外圍護(hù)改造后主樓的模擬，辦公樓的夏季能耗為227305kW?h，冬季能耗為93309kW?h。項(xiàng)目附近有一棟實(shí)驗(yàn)樓冬季有供暖需求，供暖面積為838O。經(jīng)過(guò)能耗計(jì)算，實(shí)驗(yàn)樓冬季負(fù)荷52705kW?h。此時(shí)冬季的供暖面積為3835O，能耗為（93309+52705）=146014kW?h；夏季的制冷面積2987O，能耗為：227305kW?h，冬夏季的負(fù)荷相差：（227305-148804）=81201kW?h，冬夏季不平衡率仍舊不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）第二步：制取生活熱水

利用地源熱泵機(jī)組的熱回收功能，回收部分在制冷時(shí)產(chǎn)生排熱量用于加熱生活熱水從而減少系統(tǒng)排熱量，同時(shí)冬季采用地源熱泵機(jī)組全熱回收功能，從土壤中吸收更多的熱量用于加熱生活熱水，以達(dá)到吸放熱平衡。

1.3經(jīng)濟(jì)性比較

本文的經(jīng)濟(jì)性比較主要分為兩個(gè)方面：初投資和運(yùn)行費(fèi)用的比較，比較對(duì)象為傳統(tǒng)水冷機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)。比較基于以下假設(shè)：①運(yùn)行收益和回收年限以分體空調(diào)系統(tǒng)作為比較基礎(chǔ)；②分體機(jī)組不使用變頻，負(fù)荷率均按100%計(jì)算，其他中央空調(diào)系統(tǒng)按度日法統(tǒng)計(jì)負(fù)荷率；③夏季開(kāi)機(jī)120天，每天10小時(shí)，開(kāi)機(jī)比為0.8，冬季開(kāi)機(jī)120天，每天10小時(shí)，開(kāi)機(jī)比為0.5。

1.4結(jié)論

通過(guò)對(duì)地源熱泵空調(diào)在工程實(shí)例分析，我們可以得出以下結(jié)論：

（1）利用地下恒定的溫度場(chǎng)作為空調(diào)的冷熱源，從節(jié)能及環(huán)保方面上較其他的空調(diào)形式有明顯的優(yōu)勢(shì)；

（2）夏熱冬冷地區(qū)，無(wú)市政熱源且冬夏季的負(fù)荷差異較大，利用地源熱泵可分解決冬季采暖難題，產(chǎn)生的廢熱可以用于制取生活熱水；

（3）本工程利用增大冬季的供暖面積來(lái)解決熱平衡問(wèn)題，不僅增大了采暖面積，而且解決部分熱平衡問(wèn)題，為類(lèi)似工程提供良好的解決方案。

2置換通風(fēng)在某車(chē)間空調(diào)改造中的應(yīng)用

對(duì)于使用年限較長(zhǎng)，原有氣流組織設(shè)計(jì)不合理的大空間廠(chǎng)房，車(chē)間，采用置換通風(fēng)空調(diào)方式具有優(yōu)越性。置換通風(fēng)的送風(fēng)速度通常為0.25m/s左右，送風(fēng)的動(dòng)量很低，所以對(duì)室內(nèi)主導(dǎo)氣流無(wú)任何實(shí)際的影響。置換通風(fēng)的主導(dǎo)氣流由室內(nèi)熱源控制，置換通風(fēng)的目的是保持活動(dòng)區(qū)的溫度和濃度設(shè)計(jì)要求，而允許活動(dòng)區(qū)上方存在較高的溫度和濃度。與混合通風(fēng)相比，設(shè)計(jì)良好的置換通風(fēng)能更加有效地改善和提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。置換通風(fēng)已經(jīng)在工業(yè)建筑、民用建筑及公共建筑中有較為廣泛的應(yīng)用。

2.1置換通風(fēng)的原理

置換通風(fēng)是一種借助空氣浮力作用的機(jī)械通風(fēng)方式?？諝庖缘惋L(fēng)速、高送風(fēng)溫度的狀態(tài)送入活動(dòng)區(qū)下部，在送風(fēng)及室內(nèi)熱源的上升氣流的共同作用相愛(ài)，將污濁空氣提升至頂部排出[2]。

置換通風(fēng)是室內(nèi)通風(fēng)或送排風(fēng)氣流分布的一種特定形式。經(jīng)過(guò)熱濕處理后的新鮮空氣，通過(guò)空氣分布器直接送入活動(dòng)區(qū)下部，較冷的新鮮空氣沿著地面擴(kuò)散，從而形成一較薄的空氣層。室內(nèi)人員及設(shè)備等內(nèi)熱源在浮力作用下，形成向上的對(duì)流氣流。新鮮空氣隨對(duì)流氣流向室內(nèi)上部區(qū)域流動(dòng)形成室內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)氣流；熱濁的污染空氣則由設(shè)置于房間頂部的排風(fēng)口排出。

2.2置換通風(fēng)的特性

傳統(tǒng)的混合通風(fēng)是以稀釋原理為基礎(chǔ)的，而置換通風(fēng)以浮力控制為動(dòng)力。這兩種通風(fēng)方式在設(shè)計(jì)目標(biāo)上存在著本質(zhì)的差別。前者是以建筑空間為本而后者是以人為本。由此在通風(fēng)動(dòng)力源、通風(fēng)技術(shù)措施、氣流分布等方面及最終的通風(fēng)效果上發(fā)生了一系列的差別。

2.3置換通風(fēng)改造實(shí)例

2.3.1項(xiàng)目背景

車(chē)間建筑主體3層，1、2層為印報(bào)車(chē)間，3層為辦公室，兩側(cè)還有5層耳房（辦公用）。印報(bào)車(chē)間1、2層前部為輪轉(zhuǎn)機(jī)車(chē)間（只有兩層），單層面積為1890O，分為東、西兩部分。輪轉(zhuǎn)機(jī)由1層穿樓板至2層，1層層高3.15m，2層梁下弦凈高為9.05m，南向外墻窗墻比為1：1.2。車(chē)間內(nèi)輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)電機(jī)及滾筒為主要發(fā)熱源，印刷機(jī)滾筒帶出的紙張碎粉末及散發(fā)的油墨為主要塵源。

原有空調(diào)系統(tǒng)是在80年代初安裝的，1，2層分設(shè)兩臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組，共計(jì)4臺(tái)，總送風(fēng)量132000m?/h，空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)噴淋室，車(chē)間內(nèi)采用上側(cè)送風(fēng)，同側(cè)下部回風(fēng)方式，回風(fēng)口帶鐵絲網(wǎng)過(guò)濾，無(wú)機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)。存在以下問(wèn)題：夏季室內(nèi)溫度降不下來(lái)，室內(nèi)空氣品質(zhì)差，工人患上呼吸系統(tǒng)疾病。

2.3.2解決方案

空調(diào)系統(tǒng)存在的問(wèn)題：①氣流組織不合理。原設(shè)計(jì)1，2層采用上側(cè)送風(fēng)、同側(cè)下部回風(fēng)，工作人員在送風(fēng)側(cè)操作，處于回流區(qū)。由于印報(bào)車(chē)間內(nèi)不斷揮發(fā)油墨和散發(fā)紙屑，回風(fēng)口附近的回流區(qū)污染物濃度比其他地方大，工作人員長(zhǎng)期處于這種空氣環(huán)境下對(duì)健康極為不利，而且2層設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的大量熱量被帶回了工作區(qū)，加大了空調(diào)設(shè)備承擔(dān)的冷負(fù)荷。②過(guò)濾設(shè)施太簡(jiǎn)單，無(wú)機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)。③自控水平低。

1層利用原送風(fēng)口上側(cè)送風(fēng)，下部回風(fēng)口取消，設(shè)在對(duì)側(cè)回風(fēng)管上，使工作區(qū)處于送風(fēng)區(qū)，清潔的空氣從主要工作區(qū)經(jīng)設(shè)備流至次要工作區(qū)，回到回風(fēng)系統(tǒng)。2層采用置換通風(fēng)方法，原底部回風(fēng)口作為送風(fēng)口，并在送風(fēng)口設(shè)低速送風(fēng)柜，低速均勻送風(fēng)，在5m（熱力分層高度以下）高處側(cè)墻上設(shè)回風(fēng)口側(cè)回風(fēng)，回風(fēng)量為送風(fēng)量的70%，在送風(fēng)口對(duì)側(cè)墻上頂部設(shè)排風(fēng)機(jī)，直排30%風(fēng)量。

2.4結(jié)論

置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)減少冷源能耗，提高了通風(fēng)效率，與常規(guī)上側(cè)送、下側(cè)回氣流組織空調(diào)系統(tǒng)相比，空調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)的冷負(fù)荷可減少30%，節(jié)能效果顯著[3]。風(fēng)系統(tǒng)由于冷負(fù)荷減少使設(shè)計(jì)送風(fēng)量減小的趨勢(shì)與送風(fēng)溫差減小造成設(shè)計(jì)送風(fēng)量增大的趨勢(shì)相差不多，能耗相差不大。

3既有空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制改造

空調(diào)耗能是建筑物耗能中的大戶(hù)，隨著能源供應(yīng)的日趨緊張及人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境、空氣品質(zhì)的要求愈來(lái)愈高，迫切要求在保持空調(diào)區(qū)域一定舒適度的前提下最大限度地降低空調(diào)能耗?？照{(diào)自控系統(tǒng)可以使建筑內(nèi)環(huán)境更舒適、設(shè)備運(yùn)行更可靠、能源利用更充分，是現(xiàn)代樓宇空調(diào)系統(tǒng)重要的組成部分。但是由于資金缺口和工程進(jìn)度等等問(wèn)題，許多已建成的商用建筑和辦公大樓的空調(diào)系統(tǒng)往往都沒(méi)有設(shè)計(jì)或安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，隨著建筑物的投入使用，會(huì)發(fā)現(xiàn)空調(diào)區(qū)域的溫、濕度波動(dòng)很大，往往會(huì)超過(guò)允許的變化范圍。

這種舊有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制改造與新空調(diào)系統(tǒng)的自控設(shè)計(jì)相比有許多不同之處，比如舊有的空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中往往遭到一些人為因素的影響，致使風(fēng)系統(tǒng)平衡遭到破壞，加裝自控系統(tǒng)前必須先對(duì)舊有空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道系統(tǒng)重新進(jìn)行平衡調(diào)整，否則自控系統(tǒng)可能達(dá)不到預(yù)期的效果；另外加裝自動(dòng)控制系統(tǒng)后對(duì)原空調(diào)系統(tǒng)的制冷、供熱和水循環(huán)系統(tǒng)都將有一定的影響；同時(shí)在改造進(jìn)程中也會(huì)遇到一些特殊的問(wèn)題，有些問(wèn)題在舊有空調(diào)系統(tǒng)的自控改造中是要特殊考慮的。

3.1改造實(shí)例

3.1.1項(xiàng)目背景

某廣播電視大樓的空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制改造的工作，該大樓的空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)初由于種種原因沒(méi)有安裝自控系統(tǒng)。隨著室外氣象條件的變化和室內(nèi)負(fù)荷的變化，空調(diào)區(qū)域的溫、濕度發(fā)生了很大的波動(dòng)，常常會(huì)超過(guò)允許的變化范圍。幾年運(yùn)行下來(lái)，每年都發(fā)生有的房間過(guò)熱有的房間過(guò)冷的問(wèn)題。很多工作室出現(xiàn)了冬熱夏冷的情況，這大大影響了工作人員的工作效率，而且對(duì)工作人員身體健康有著很大損傷，且給室內(nèi)高級(jí)機(jī)器設(shè)備的正常工作造成了一定的隱患（情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響對(duì)溫、濕度比較敏感的設(shè)備的正常工作）。

3.1.2改造方案

室溫控制是空調(diào)自控系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，它是用溫度敏感元件來(lái)控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得送風(fēng)溫度隨擾量的變化而變化。改變送風(fēng)溫度的方法有：調(diào)節(jié)加熱器的加熱量或冷卻器的冷卻量，調(diào)節(jié)新、回風(fēng)混合比或一、二次回風(fēng)比等。此廣播電視大樓的空調(diào)系統(tǒng)是由11個(gè)空氣處理機(jī)組組成的全空氣系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)組都是一次回風(fēng)系統(tǒng)，本著經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的方針，此次空調(diào)系統(tǒng)的改造采用了常用的調(diào)節(jié)加熱器的加熱量和冷卻器的冷卻量的方法以改變送風(fēng)溫度。室內(nèi)相對(duì)濕度的控制可以采用兩種方法：間接控制法（定露點(diǎn)）、直接控制法（變露點(diǎn)），此廣播電視大樓很多工作室因一些儀器設(shè)備的緣故對(duì)室內(nèi)相對(duì)濕度的要求較為嚴(yán)格，為此我們選用了直接控制法去控制室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度，即用相對(duì)濕度敏感元件，控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，直接根據(jù)相對(duì)濕度偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償室內(nèi)熱濕負(fù)荷的變化。另外還加了一些輔助控制設(shè)施以更好的完成空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

如圖3-1所示在回風(fēng)機(jī)進(jìn)口處設(shè)置了溫、濕度傳感器（AI），以測(cè)定總回風(fēng)的溫、濕度，為控制器的調(diào)節(jié)提供依據(jù)。在冷卻器的供水管路上增加了水量調(diào)節(jié)閥（AO），夏季根據(jù)室內(nèi)溫度（接近回風(fēng)溫度）和設(shè)定溫度之間的差值，自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)啟度，使室溫控制在要求的范圍內(nèi)。另外在加熱器的供水管上相應(yīng)的增加了熱水流量調(diào)節(jié)閥（AO），用于冬季的室溫控制。我們?cè)诩訚衿鞯墓┢艿郎霞友b了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（AO），以根據(jù)室內(nèi)相對(duì)濕度與設(shè)定濕度之間的差值，自動(dòng)地調(diào)節(jié)蒸汽的加濕量，以確保室內(nèi)相對(duì)濕度維持在要求的范圍內(nèi)。

3.2結(jié)論

（1）加裝自動(dòng)控制系統(tǒng)是解決舊有空調(diào)系統(tǒng)溫度超限、分布不均、局部過(guò)熱/過(guò)冷和能量浪費(fèi)的有效方法，對(duì)改善空調(diào)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量，減少能量損失，降低運(yùn)行成本有著顯著的作用。

（2）對(duì)由多臺(tái)空氣處理器組成的較大規(guī)?？照{(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自控改造時(shí)，集散式控制系統(tǒng)是應(yīng)該首選的一種控制方式，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大、傳輸方便、數(shù)據(jù)安全可靠的特點(diǎn)。

（3）自控系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)在對(duì)舊有空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道系統(tǒng)重新進(jìn)行平衡調(diào)整后進(jìn)行，不然自控系統(tǒng)可能達(dá)不到預(yù)期的效果

4總結(jié)

隨著能源供應(yīng)的日趨緊張及人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境、空氣品質(zhì)的要求愈來(lái)愈高，迫切要求在保持空調(diào)區(qū)域一定舒適度的前提下最大限度地降低空調(diào)能耗。目前我國(guó)一些既有建筑由于設(shè)計(jì)考慮不足，既有設(shè)備老化導(dǎo)致設(shè)備出力不足、使用功能變化等原因，