新风换气机在广州超高层办公楼工程设计中的应用

闫永亮,赖伟国

(泛华建设集团有限公司广东设计分公司,广州510600)

0 引言

随着生活水平的提高,人类生存环境所受到的污染越来越严重;化工合成的室内装修材料、空调、计算机、复印机等这些污染源会挥发出多种有害气体,如甲醛、三氯乙烯、苯、甲苯等;室内不洁空气对人体的危害相当大,会引发呼吸系统、消化系统、神经内科、高血压等多种疾病。改善室内的空气品质,已成为迫在眉睫的问题。

随着市场经济迅速发展,城市化建设飞快,能源型式已经十分严峻,人们逐渐认识到节能的重要性,各种能量回收设备越来越广泛的被应用在空调系统中。

1 工程概况

本工程为广州珠江新城金穗路段A3-5地块汇美大厦项目,开工时间2007年9月,2010年元月投入使用。设计是一栋数码港式超高层办公楼建筑。地下室四层,地上三十层,建筑高度120m,总建筑面积约78000m2,空调面积约占总建筑面积的的58%。其中:地下室四层为配套汽车库和设备房;首层至三层为配套大厅、商铺、餐饮;四层为中、小型会议室;十四层为避难间和设备房;其它五层至十三层、十五层至三十层为办公标准层。

综合甲方的投资水平、建筑运营管理模式和每层建筑功能布置与国家、地方政府颁布的法规。本工程空调部分设计首层至三层采用开式膨胀水箱定压补水的闭式水冷冷水集中空调系统,制冷主机选用两台螺杆式冷水机组作为冷源,末端选用风机盘管或组合式空调柜+新风换气系统;四层至三十层采用变制冷剂流量多联分体式空气调节系统,每层共设四套空调系统,三个办公区域各设一套,公共区域独立一套系统,末端系统选用四面出风嵌入型室内机+新风换气系统。

图1 广州汇美大厦南立面效果图

2 新风换气机的特点及应用注意事项

2.1 新风换气机的分类

热回收方式比较多,但归纳起来共两大类,即全热回收装置、显热回收装置。全热回收装置即回收显热,又能回收潜热,此类装置有转轮式换热器、板翅式换热器、热泵式换热器。显热回收装置有中间热媒式换热器,板翅式显热换热器,热管式换热器。新风换气机根据热回收方式分类。

2.2 新风换气机的特点

1)通风换气:将新鲜的室外空气送入室内,同时将室内污浊的空气排到室外。新风换气机都内置空气过滤器,可有效地阻止灰尘和有害气体等污染物进入室内,保证送入室内的新风清洁干净。

2)能量回收:机器内置热交换器,将新风与排气进行了冷热交换。目前,国内的新风换气机的显热交换效率基本上都能保证在60%以上,大幅度降低了新风处理所需能量,实现了高效节能。

3)运行费用低:新风机组是向室内单向进风的一种设备,而新风换气机具有同时双向换气的特点,起到了一机两用的作用。机器利用热回收技术节能降耗,大幅度降低了运行成本。

4)排风与新风交替运行,通过经化学处理并增加了抑菌剂的芯体后,可以抵抗非典、禽流感等疾病的流行,其抑菌率可达70%以上。

5)对于板翅式换热器而言,由于是静止式换热器,能够避免噪声的污染,内部有隔音板,减少或避免了污染物从排风到新风的转移,但热效率相对较低阻力较大。装置较大,会占用较多的空间。

6)新风换气机一般接管位置固定,配管灵活性较差。由于对送风口、排风口间距有一定要求,一般≥10m;尽可能在方案设计阶段,暖通专业应密切与建筑专业配合,进风从外立面直接进风、排风通过竖井排出室外。

2.3 应用的注意事项

1)通向室外的风口应考虑防雨措施,以防雨水倒灌。

2)通向室内、外的风道应考虑设置过滤网,以保持室内空气的清洁。一般情况下累计运行150h应进行清洗,灰尘较多时可视具体情况决定,因此,设置过滤器、阀门等需经常检修、清洗的部位应预留检修孔和抽取滤网的空间。

3)热交换器芯体在运行 20000h后应进行清洗,可用真空吸尘器吸出表面浮尘,以确保进入室内空气的清洁。

4)室外进风口布置时,应避开有污浊空气的地点,或在机组中选配活性炭过滤器。

5)过渡季节不需开启换热装置,应设置旁通管道,以便过渡季节使用。

6)进排风管路的布置尽可能让两系统阻力值相近,或均设调节阀,以便控制风机的风量调节。

3 标准层空调新风系统比较

标准层面积约2000m2,分A、B、C三个办公区域。

通过节能软件计算的结果,标准层夏季逐时负荷最大时发生时刻:16∶00,夏季最大总冷负荷(含新风、围护结构、湿负荷等总的耗冷量)为320kW,夏季新风冷负荷为62.86kW,平均冷指标为160W/m2,平均新风冷负荷占总冷负荷的19.64%。

A区设计使用一台101kW的室外机,室内机共设9台14kW的四面出风嵌入型空调器+1台2000m3/h的板翅式全热新风换气机。

B区与A区空调设备配置相同。

C区设计一台61.5kW的室外机,室内机共设8台9kW的四面出风嵌入型空调器+1台1500m3/h的板翅式全热新风换气机,每层的换气量为5500m3/h。

图2 标准层空调通风平面图

3.1 采用统计方法对空调新风系统方案比较和造价比较

1)如采用全热交换器通过室内排风和室外新风进行热量交换,能够利用空调排风中的余冷减少处理新风所需的能耗,换气机按 60%效率计算,新风负荷就减少了37.72kW,通过全热交换器处理过的新风温度比室内温度稍高,多联机空调系统需要增加处理新风负荷40%的热量,平均增加12.57W/m2,整体减少了设计总容量的7.86%。从而降低系统的初投资和运行费用,提高空调系统的经济性,减少空调总造价,详见表1。

2)如采用风管式空调新风处理机把新风处理到室内工况,若将室内排气排到公共走道区然后通过洗手间排风系统排出室外,容易影响公共区域的空气卫生,引起各个区域交叉感染;空调总负荷比全热交换器方案大,空调总装机容量也大,空调总造价比较高,详见表1。

3)采用新风换气系统作为新风系统,比采用变制冷剂流量风管式空调新风系统,初期总投资节省11.72%。

表1 按同一厂家设备造价参考计算表

3.2 采用统计方法对运行费用的比较

1)标准层采用新风换气系统是不带冷源的,空调系统负荷为282.28kW;风管式空调新风处理机把新风处理到室内工况,需带有62.86kW的冷源,空调系统负荷为257.14kW,总运行费用比较详见表2。

表2 按设备额定用电量统计的运行费用表

2)采用新风换气系统作为新风系统的全年用电量,比采用变制冷剂流量风管式空调新风处理系统作为新风系统的全年用电量节省10.36%。

3.3 采用理论计算节能效果和经济效益

1)换热效率表达式及设备选型

板翅式换热器换气机的温度效率 ηt和焓效率ηh可表示为:

式 (1)、(2)中:

tw—换热前新风的温度,℃;

hw—换热前新风的焓,kJ/kg;

t′w—换热后新风的温度,℃;

h′w—换热后新风的焓,kJ/kg;

tn—换热前排风的温度,℃;

hn—换热前排风的焓,kJ/kg。

全热交换后新风参数为:

以本工程标注层办公区总风量为例计算节能效果。新风换气机采用板翅式全热换热器,总的新风量5500m3/h。

供货厂商提供的性能参数如下:

风量5500m3/h;

换热器阻力为190Pa;

温度效率为75%～76%;

夏季焓效率为50%～53%。

因此取:

温度效率ηt=75%;

夏季焓效率ηh=51.5%;

板翅式全热交换新风机耗电量为P=3.3kW。

根据中国技术中心数据资料夏季新风处理计算结果如下:

室外新风温度tw:33.5℃

室外新风焓值hw:99kJ/kg

室内回风温度tn:25℃

室内回风焓值hn:53.5kJ/kg

温度效率ηt:75%

焓效率 ηh:51.5%

换热后新风温度t′w:27.1℃

换热后新风焓值h′w:75.6kJ/kg

湿球温度tnw:27.7℃

2)夏季节能计算

未安装板翅式全热交换器前所需的新风冷负荷为:

经全热交换后,新风机组冷负荷为:

即整栋标准层回收了 (83.42-40.52)×25=1072.5kW能量,可减少功耗约412.5kW(根据中国技术中心热泵机组参数计算,得到的变制冷剂流量多联分体式空气调节的综合性能参数COP约为2.6),扣除板翅式热回收系统风机的耗电量3.3kW×25=82.5kW后,为330kW,整年的制冷运行期(当量满负荷运行时间为2500h)可节电825000kWh。电价按0.8元/kWh计,则可节约电费660000元。设备投资约5年左右就可收回。

4 结语

1)本工程标准层采用变制冷剂流量多联分体式空气调节系统,新风选用新风换气系统,比选用变制冷剂流量风管式空调新风系统的初期设备安装总投资节省了约175万元,相当于节省标准层空调设备总投资的11.72%;通过采用统计方法对实际的设备用电量和理论计算得出,新风选用新风换气系统,比选用变制冷剂流量风管式空调新风系统,整年最少可节电666250kWh,可节约电费53.3万元,约5年左右就可收回新风换气机和末端增大容量的总设备投资。

2)如果标准层采用冷水中央空调系统,空调新风选用新风换气系统,即整栋标准层回收了1072.5kW能量,扣除板翅式热回收系统耗电量后可减少功耗300.5kW,整年的制冷运行期可节电751250kWh,可节约电费60.1万元。约5年左右就可收回新风换气机和末端增大容量的总设备投资。

3)设计人员在设计实现节能和减少维护工作量的同时,更应该注重空气品质;特别是选用全热换热器时,建议在新风管路和排风管路上粗效和中效过滤器,这样会使系统阻力增加100～150Pa,选用风机时必须将这一因素考虑进去,管路上设粗效和中效过滤器对提高室内空气品质有着非常大的作用。

[1] GB50189-2005公共建筑节能设计标准[S]

[2] GB/T18883-2002室内空气质量标准[S]

[3] DBJ15-51-2007公共建筑节能设计标准(广东省实施细则)[S]

[4] 殷平.新型板式全热交换器研制—产品研制及实验[J].暖通空调,2005,35(11):56-62

[5] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(2版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[6] 孙一坚.简明通风设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998