西安某商贸城空调节能技术浅析

程凯丽 张嫄

(1.西安科技大学 陕西西安 710054； 2.上海理工大学 上海 200093)

西安某商贸城空调节能技术浅析

程凯丽1张嫄2

(1.西安科技大学 陕西西安 710054； 2.上海理工大学 上海 200093)

目前，能源问题是制约空调发展的重要因素，降低其总能耗是对研究人员提出的新要求。据有关调查，通风空调系统占总能耗的40.35%，空调季节里通风空调系统能耗约为非空调季节的3倍多。因此，必须加强制冷空调的节能技术研究，降低建筑物本身热工环境和内部设备的能耗，实现建筑物的整体节能效果。为实现空调系统的总体控制提供了理论依据，有效推进了节能减排，文章结合西安市西北商贸城的通风空调设计，对其系统进行耗能分析，通过对系统的逐时负荷、送风量以及制冷量进行定量分析，通过一系列理论计算，提出了节能措施。

公共建筑；空调节能；运行模式；负荷；系统优化

0 引言

随着我国城市化程度的不断提高，大量公共建筑和综合性建筑群的兴建，而这些建筑多配置有空调设备，使得空调系统能耗所占总能耗的比例不断增高。自20世纪70年代爆发能源危机以来，各国专家对各能源领域进行了研究。天津大学学者以香港铜锣湾综合商业大楼为对象进行了研究，统计了能源消耗并将结果与同类典型节能绿色建筑的能耗水平进行了类比；同济大学潘毅群对上海市区的甲级办公楼的新风量的现场和室内空调能耗进行了分析讨论。研究表明，公共建筑空调系统是节能潜力最大的用能领域，因此应将其作为节能工作的重点[1]。本文以西北商贸城的空调系统为例，旨在为空调系统的合理设计与科学运行管理提供有价值的数据信息，使公共建筑空调系统在低负荷下高效节能运行。

1 工程概况

所选工程实例为西北商贸城，该公共建筑为6层大型购物中心，该商场位于西安市区主要的商业中心之一的新城区，是具有代表性的大型商场。商场地下一层是大型超市的卖场(非空调)，地面5层作为专卖场，采用集中空调方式。层高4m，地面5层，总高20m。该商场总平面呈正方形，室内采用通透式玻璃幕墙，没有传统意义上的墙体，只有一些钢筋混凝土的梁柱作为承重结构。由于商场类建筑人员、照明等内热源非常大，全年能耗中空调能耗占了主要部分，本文只针对空调节能技术进行分析。在计算中，照明功率按20W/m2指标计算，且照明功率转化为冷负荷的比例取为0.8。计算人体负荷时，考虑到商业活动属于轻劳动，人体全热按120W/人计算；考虑到大型商场人员较多，对通风换气要求较高，新风量按24m3/h人计算，折合成新风换气次数大约为2.0次/h。

2 公共建筑空调系统的能耗分析

该建筑空调负荷主要包括：围护结构负荷、新风负荷、人员散热及照明负荷、设备负荷、指示灯广告牌负荷、出入口传热及渗透产生的负荷。本文将对商场的空调冷负荷进行计算，建筑的负荷计算如表1所示。

表1 夏季冷负荷结果分析统计表

基于负荷计算的结果，对空调负荷进行能耗分析如下：商场的空调设计负荷也主要包括围护结构负荷、新风负荷、人员散热与照明负荷，但其各部分的比例会随着时间段的不同出现较大的变化，明显的变化是围护结构的重要性逐渐减弱；可以认为是个稳定的值，占总负荷的10%左右，这也是符合商场类建筑负荷构成的特性。新风负荷占总负荷的1/4以上，这也是由于人员密度较大新风指标较高造成的。同时，商场配有美食城，使得早午的新风量较大，考虑采用带有热回收装置的热泵式溶液全空气机组构成一次回风系统。对于商场办公室，由于室内人员较少，照明也不是很强。这两部分所占比例不大，围护结构起主要作用。因此，必须把建筑物形式功能与围护结构综合起来考虑，降低建筑物照明和内部设备的能耗，提出高效的空调系统节能措施[2]。

3 通风空调系统节能优化策略

根据以上分析，人员及新风负荷是公共建筑总负荷变化的重要来源；若空调系统按装机容量运行，势必会造成不必要的能源浪费。因此这需要根据实际负荷需求对风量进行调节。结合公共建筑的特性和实际操作的可行性，其节能途径可归纳为以下3个方面。

3.1 围护结构节能

围护结构的得热量不仅受室外气象参数和室内空气参数的影响，而且与室内其他状态有显著的关系。因此，建筑围护结构热工性能直接影响空调的负荷和能耗。一方面，种植屋面使得屋面上种植的植物阻隔太阳光照射，利用植被茎叶的遮阳作用可有效降低屋面的室外综合温度，减少屋面的温差传热量，可有效降低室内空调系统的能耗。同时为了降低能耗，应采用节能玻璃，如热反射玻璃对建筑内部遮蔽以及帷幕作用。另一方面，采用双层皮幕墙，可以有效地减小墙系统的整体遮阳系数[3]，很强的太阳辐射被双层皮幕墙夹层中的遮阳百叶和外层幕墙吸收后，通过对流的形式重新释放到空气中，在进风口处形成负压，上部出风口形成正压，在压差的驱动下，实现了室内与室外间接自然通风，从而缩短了建筑空调的使用时间，降低了空调能耗。

3.2 新风节能技术

向室内引入新风是为了稀释各种有害气体，可有效保护人体健康。 基于以上案例分析，新风负荷在空调设计中要占到总能耗的25%甚至更高，因此需在满足卫生条件的前提下减小新风量供给。通过调节空调系统的新风量来节省能耗，在过渡季节，用焓值较低的室外新风抵补部分冷负荷；在冬季，新、回风以最小新风比混合后的焓值大于送风露点的焓值时，不用冷却减焓来调节室内湿度，可增大新风量使混合后的参数达到湿度要求；同时，可引进新风预处理系统。以上这些都是降低空调负荷的有效措施。

利用热交换回收排风中的能量是减小新风负荷的另一项措施。按照空气量平衡的原理，向建筑物中引入一定量的新风，必然要排除一定数量的室内风。显然，排风的状态与室内空气状态相同。据日本空调学会提供的计算资料表明，加装热交换排风器后，夏季8月份可节省冷量25%，冬季1月份可节约加热量50%。

3.3 分层节能技术

运行在高大公共建筑中的空调，作为人员活动的空间和进行工作的工作区需要空调，其余上部空间不需要。因此，在这类建筑物中，空气的密度随着垂直方向的温度变化而呈自然分层的现象。只要空气气流组织得好，利用合理的气流组织，既能保证下部工作区所需求的环境条件，又能节省能耗，减少空调的初投资和运行费用[4-5]。

3.3.1 分层空调区形成原理

当空调送风时，在分区空调建筑内，上下两区会因空气温度和各个内表面温度的不同而产生由上向下的热转移，由此形成非空调区向空调区的热转移负荷，如图1所示。

图1 分层回风气流示意图

3.3.2 分层空调节能优化

在进行分层空调气流组织时，首先应使用要求确定工作区的范围及空调参数。气流组织布置应合理，处理好的空气以很大的动量通过送风口喷入相对静止的空间里形成射流，当射流的行程所至要求的射程时，其温度和速度得到减弱，气流就折回；此时，应补充射流的室内循环空气，使下部空气处于回流区，非空调区则没有参与参数要求，这样节能效果非常显著[6]。同时，在开启的大门处，常常出现较强的外来气流，应加设门斗或利用大门空气幕阻止室内空气的交换达到节能目的。如西安开元商城，西安市体育馆都采用此方法进行节能，并达到了预期的效果。

4 结语

建筑空调系统的耗能在能源消耗中占很大的比例，为了在实际工程应用中使建筑空调系统正常及节能高效运行，有必要提出节能技术手段。

本文结合西北商贸城的通风空调设计，讨论了公共建筑空调系统的能耗，通过对系统的逐时负荷、送风量以及制冷量进行定量分析，通过一系列理论计算，提出了节能措施，为实现空调系统的总体控制提供了理论依据。

研究表明，节能优化后的系统不仅能够保证室内空气品质及最小新风量要求，同时节省了人工冷源的消耗，节能效果明显，因此值得广泛应用。

[1] 戴源德，陈扬华，杜海存.制冷空调节能技术讨论[J].节能技术，2001(4)：22-24.

[2] 狄育慧，梁才航，黄翔，等.棉纺织厂空调节能分析[J].棉纺织技术，2003，31(11).

[3] 范存养.大空间建筑空调设计及工程实录[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[4] 江亿.我国建筑能耗趋势与节能重点[J].建设科技，2006(7)：10-13.

[5] 周鸿昌.能源与节能技术[M].上海：同济大学出版社，1996.

[6] 钱康 .建筑空调系统节能技术措施讨论[J].制冷空调，2002，23(3)：58-59.

Analysis of air conditioning energy saving technology in Xi′an mall

CHENGKail1ZHANGYuan2

(1.Xian university of science and technology, Xi′an 710054; 2.Shanghai University of Science and Technology,Shanghai 200093)

At present, the energy issue is an important factor restricting the development of air conditioning, reducing its total energy consumption is a new demand for researchers proposed;according to the survey, ventilation and air conditioning system accounts for 40.35% of total energy consumption, air conditioning season ventilation air conditioning system energy consumption is about three times as much for the air conditioning season.So we must strengthen the refrigeration and air conditioning energy conservation technology research, reduce energy consumption of the building thermal environment and the internal equipment, implement the structure of the overall energy saving effect.Based on the ventilation and air conditioning design of Xi'an Northwest Commercial City, this paper analyzes the energy consumption of the system by the quantitative analysis of the system's hourly load, air volume and cooling capacity, through a series of theoretical calculations, energy-saving measures; To achieve the overall control of air-conditioning system provides a theoretical basis for the effective promotion of energy-saving emission reduction.

Public buildings; Air-conditioning energy saving; Operation mode; load; System optimization

程凯丽(1992.12- )，女。

E-mail:1830803537@qq.com

2016-12-28

TU83

A

1004-6135(2017)03-0096-03