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智能数字化新风系统是什么,建筑设计中如何应用?戳进来一探究竟

   日期:2020-02-24     浏览:1278    评论:0    
 

作者:山东省建筑设计研究院 潘学良 李向东

引言

随着人们生活品质的提高,大家对室内环境的要求也越来越高。作为改善室内环境的集中空调系统也越来越普及。新风系统作为集中空调系统必不可少的组成部分对室内环境的舒适性起着非常重要的作用。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》( GB50736–2012)、《公共建筑节能设计标准》( GB50189–2015)等规范相关条文均明确规定了公共建筑主要房间每人所需的最小新风量;据此,设计人员在进行工程设计时,通常是按照室内人数最多时满足新风量供应进行设计。但是,实际运行中,大多数时间段室内人员都处于非饱和状态,故大多数时间段新风的供应都是超出标准的。这不仅给使用方带来了额外的经济负担,造成了严重的能源浪费,还与国家要求的节能减排大趋势相违背。#暖通设计#

本文结合工程实例,试图分析集中空调的新风节能潜力。

工程概况

项目位于山东省济南市西客站片区,包括 A、 B、C、 D 四座办公楼、裙房、地下车库,总建筑面积为197932.13m2;地下 1 层为立体车库;裙房 4 层,为商业; A、 C 座为 28 层塔式办公楼,其中 1、 2 层为商业, 3~28 层为办公,建筑高度113.85m; B、 D座为 12 层板式办公楼,其中 1 层为商业,2~13 层为办公,建筑高度 54.3m。

智能数字化新风系统

新风系统的节能潜力

办公建筑最大的特点就是人员密度相对较大且上班时间、用餐时间、加班时间停留在建筑内人员数量变化较大,且会议室使用也是不定时的。参考其他对大型办公建筑逐时、

分片统计、抽样调查统计资料,发现该类建筑的同时在室人员变化规律基本是一致的。如图 1、图 2。

图 1 在室人员实时变化曲线

图 2 办公建筑人员变化比例图

图 1 给出了某办公楼某日在室人员实时变化曲线。可见,每天平均在室人数,相当于峰值同时在室内人数的 50%;人员最少时段相当于峰值同时在室内人数的 22%。室内的人员峰值经常出现在10~11 时, 14~16 时;室内的人员谷值经常出现在12~13、 16~20 时。按照规范要求,办公室新风量应根据全部人员同时出现在建筑内进行计算,也就是按照最大人员设计新风量。但是在人员密度较小的时间段,按照最大新风量供应新风,必然造成新风冷量的浪费。

按照图 2 所示,办公建筑峰值人员为 100%,均值人员与峰值人员比例为 50%,谷值人员与峰值人员比例为 22%。且整个工作时间段在室人员数量变化频繁,基于上述数据,为集中空调系统的新风系统的变风量运行提供了数据支持。

智能数字化新风系统

智能数字化新风节能技术工作原理

智能数字化新风节能技术是通过直流电机技术、自动控制技术与空调技术相结合,实现新风系统根据室内空气的品质( VOC 或 CO2 浓度)对新风供应进行实时管理与调节,实现新风的按需分配,节省处理新风负荷的能耗,达到主机、风机、水泵的节能技术,可以实现通风系统全年运行节能 50% 左右,实现空调系统全年运行节能 20% 左右。

在该技术中可结合各种空气处理技术,实现新风的清洁、热回收以及热湿处理,为室内空气品质提供最可靠的保障。

智能数字化新风节能技术在本项目中的应用

(1)A 座、 C 座办公楼智能数字化新风系统形式

本项目 A 座、 C 座办公楼三层以上办公部分采用温湿度独立控制系统。其中新风机组采用内冷式双冷源独立除湿新风机组,每一楼层设置一台内冷式双冷源新风机组。新风从机房室外取自,排风通过管井排至屋顶。其中 3~12 层机组共用一管井,在13 层设置一台数字化节能离心风机箱,从管井抽风排至室外; 14~28 层机组共用一管井,在屋面层设置一台数字化节能离心风机箱,从管井抽风排至室外。本工程能源中心设于地下一层,为 A、 C 座提供 14/19℃ 冷水(夏季)及 55/40℃(冬季)热水。冷源采用电制冷离心式冷水机组 + 水蓄冷;热源采用高压电极式锅炉 + 水蓄热;过渡季节采用冷却塔供冷。

本系统中由于采用温湿度独立控制系统,夏季新风必须要深度除湿才能承担室内湿负荷。新风机组设有全热回收装置,新风在经全热回收装置预冷后,再经过前后两组盘管进行冷却除湿,其中前盘管为冷水盘管,夏季以 14/19℃ 高温冷水为冷媒,用于新风预冷处理;后盘管为直接蒸发盘管,用于新风深度除湿。在机组排风侧,排风在经全热回收后,再经过一个蒸发冷却系统,对排风进行二次全热回收,同时带走除湿冷源的冷凝热。排风热回收效率不小于 80%。

经除湿新风机组处理的干冷新风,设计送风参数为干球温度 20℃,含湿量 8g/kg。冬季新风经全热回收装置预热后,利用前盘管的系统热水,对新风进行加热处理。在机组排风侧,排风在经全热回收后,直接排向室外。排风热回收效率不小于70%。冬季风机盘管热媒水及新风机组热媒水采用 55/40℃ 热水,热源来自电蓄热全量蓄热系统。冬季采用带杀菌功能的循环式湿膜加湿装置进行空气加湿,加湿源为自来水。其新风系统构造如图 3。

图 3 A、 C 座办公楼新风原理图

本系统中内冷式新风机组采用数字化直流无刷EC 风机。内冷式新风机组压缩机采用可变容量压缩机,并自带控制系统。主要控制内容为:夏季:根据送风温度、湿度控制水阀开度(调节预冷水流量)和压缩机冷量调节;冬季:根据送风温度控制水阀开度调节热水流量、根据回风相对湿度控制加湿量;过渡季节:采用冷却塔供冷时,控制过程同上。当没有预冷水水源时,可独立开启压缩机进行新风除湿。根据回风 CO2 浓度控制送、回风量。数字化节能离心风机箱采用数字化直流无刷 EC 风机,并自带控制系统。主要控制内容为:根据对应内冷式双冷源新风机组的排风量的变化,自动变风量运行,以维持排风管井压力恒定。

(2)B 座、 D 座智能数字化新风系统形式

B 座、 D 座二层以上办公部分采用独立智能数字化新风系统,独立新风系统采用屋顶设置集中热回收新风机组、分层设置送风机、排风机的形式。

智能数字化新风系统

分层送、排风机均采用数字化直流无刷电机,额定风量按满足过渡季节送风需求确定,空调季节满足人员最小新风量要求,过渡季节送风量可满足最小新风量的2倍。每层回风总管处设置CO2传感器,根据 CO2 浓度控制送风机、排风机转速,排风机满足送风量的 90%。

集中转轮热回收新风机组额定风量取每层最小新风量之和,全热回收效率不小于 60%。采用表冷器夏季制冷、冬季供热,冬季采用带杀菌功能的循环式湿膜加湿装置进行空气加湿,加湿源为自来水。

集中热回收新风机组的送、排风机均采用数字化直流无刷电机,由数字化新风控制系统分别计算每层实际送、排风机的风量之和,从而进行变速调节。

集中热回收新风机组的冷热源与商业常规空调系统共用地源热泵系统。

过渡季节,屋顶热回收新风机组的转轮停止运行,同时,送、排风侧分别并联设置与热回收机组送、排风机同风量的数字化风机,该送、排风风机与热回收机组联合运行满足过渡季节加大新风量的需求。

本工程能源中心设于地下一层,为 B、 D 座提供 7/12℃ 冷水(夏季)及 55/40℃(冬季)热水。冷热源均采用地源热泵系统。

其新风系统构造如图 4 所示。

图 4 B、 D 座办公楼新风原理图

屋顶热回收新风机组、分层数字化送、排风机 均自带控制系统。主要控制内容为:热回收新风机组:根据送风温度控制冷热水流量、冬季根据回风相对湿度控制加湿量、防冻控制、根据分层风量控制总风机风量,新风电动风阀与机组联锁启闭;分层数字化送排风机:根据回风 CO2 浓度控制送、回风量,分层电动风阀与风机联锁启闭;过渡季节加大新、排风量控制。

常规新风系统及其特点

传统的办公建筑新风系统,通常设计为新风分散或集中采集、分散处理的系统形式,如图 5 所示。

图 5 传统办公建筑新风原理图

该系统具有如下特点:

( 1)新风系统多为定风量系统,当室内人员变动、新风需求变化时,无法按照实际情况进行及时调整,因此导致新风能耗居高不下。在实际工程中,为降低新风能耗,在设计时会刻意降低新风量标准(如开敞办公室等区域一般低于 30m3/ 人),有时甚至会以节能的名义关掉新风机。

( 2)为便于调节,高层办公建筑的新风系统多设计为(竖井)集中采集、分散处理的分层或分区设置模式。同时,因为设备管理需要,通常要分层或分区设置新风机房。这样,一方面增加了设备用房的面积,同时也给设备管理带来了一定困难。

( 3)现有新风系统通常只设有初效过滤器,已经远远不能适应新风品质的保障需求。按照当前北方地区 PM2.5 的超标情况,新风系统应当设置高中效( F8~F9)或高效( H10~H11)过滤器,才能使新风质量有所保障。但加装过滤器带来的管理问题和能耗增加问题,又使得用户望而却步。

总结

( 1)智能数字化新风系统可以根据室内空气的品质( VOC 或 CO2 浓度)对新风供应进行实时管理与调节,实现新风的按需分配、变风量运行。

( 2)智能数字化新风系统与自动控制技术、空调技术相结合,可以节省处理新风负荷的能耗,实现主机、风机、水泵的节能。

( 3)智能数字化新风系统与双冷源空调机组结合,不仅可以实现设备节能,而且可以实现空调末端在夏季“干工况”运行,使空调系统不再受到冷凝水和“湿表面”的困扰,可有效避免空调系统对环境的二次污染。

( 4)对于设置新风竖井的办公建筑,智能数字化新风系统采用集中处理(新风的清洁、热回收及热湿处理),分层输配的系统模式,便于设备的管理和维护。

( 5)智能数字化新风系统包含完善的智能控制系统、智能新风终端、数字化新排风输配单元及数字化新风站等。可实现新风量、新风送风温度、湿度精确控制。

 
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