深圳建科大楼复合式节能空调系统设计

周俊杰 吴大农

深圳市建筑科学研究院股份有限公司

深圳建科大楼是深圳建科院融合了“本土化、 低成本、 低资源消耗、 可复制” 的绿色建筑理念自行研究策划、 自主设计的绿色办公建筑。是首批国家财政部、建设部可再生能源示范项目。是深圳市第一批建筑节能和绿色建筑示范项目以及深圳市可再生能源利用城市级示范工程项目。是国家第一批可再生能源建筑应用示范项目、 全国首个 “百项绿色建筑与百项低能耗建筑示范工程” ，通过国家绿色建筑设计三星级标识、 国家绿色建筑运行评价三星级标识评审。

1 项目概况

本工程总建筑面积 18169m2， 地下 2 层， 地上 12层， 总建筑高度57.9m， 是集实验、 研发、 办公、 学术交流等于一体的多功能综合建筑。大楼空调总面积9300m2， 夏季冷负荷为 1100 kW， 采用分散+集中， 多种节能技术融合的复合式空调系统。

2 空调系统

2.1 冷源系统

建科大楼冷源主要采用了水环式空调系统， 风冷多联式空调系统以及利用雨水池换热的水源热泵系统。 其中地下1层至地上1层实验室， 采用水源热泵式空调系统， 夏季冷负荷为25 kW， 通过在雨水回收池中设置盘管， 利用景观及人工湿地循环系统进行换热 （见图 1）， 提供温度较低的循环冷却水， 从而提高末端机组的能效比， 达到节能效果。

图1 景观水池为水环式空调冷却水降温

地上 9 层南区，11 层南区分别为院部和专家公寓，采 用风冷变频多联空调系统，夏 季冷负荷为72 kW。风冷式变频多联空调的综合部分性能系数较高，适 应该区域经常处于低负荷工况下的特点。

地上 2 层至 12 层的其他区域采用分散集中式水冷中央空调系统，夏 季冷负荷为 1003 kW，冷 却塔采用闭式，置 于屋顶，各 层采用高效高温水冷冷水机组，提供16℃冷冻水。

2.2 节能技术应用

建科大楼复合式空调系统应用了多种节能空调技术， 包括全热回收新风系统、 高温风机盘管、 热泵驱动溶液除湿净化新风系统、 辐射冷却吊顶系统、 冷梁系统、 置换通风系统等。

全热回收新风系统利用对排风进行全热回收后的冷量预冷新风。热泵溶液除湿新风系统， 除对排风进行热回收， 控制室内环境的湿度外， 热泵溶液除湿机组制冷工况能效比为4.5 W/W，可大幅降低新风处理系统的能耗。高温风机盘管、 辐射冷吊顶 （见图 2）、冷梁系统等末端设备均在干工况下运行， 在改善室内卫生环境的同时，可以提高制冷机组的蒸发温度， 从而提高制冷机组的能效比。置换通风系统 （见图 3） 在提高室内空气品质前提下， 提高了送风温度， 同时通过变风量控制， 减少了风机能耗。

图2 冷辐射毛细管席

图3 报告厅置换通风地板送风口

3 自动控制设计

建科大楼空调系统配备了完善的自动控制系统，对通风与空调系统 （包括冷水机组、 冷却塔、 冷却水泵、冷冻水泵、 风机盘管、 全热交换器、 空气处理机组、 溶液新风机组等） 进行全自动控制。在控制逻辑的设计中，除了常规的冷却塔、 主机等设备的运行监测、 启停控制外， 还设计了各种节能运行方式， 比如冷却水系统的节能运行模式， 可根据冷却水供水温度控制冷却塔的运行频率， 通过监测冷却水供、 回水温差值， 自动控制冷却水泵变频运行。集中新风系统变频控制，可根据大楼平时上班、 加班等不同模式， 以及室内的 CO2浓度水平， 控制各新风机组风机变频运行， 在保证足够的新风量节能的同时减少新风系统的输配能耗和新风负荷。其他如地板送风系统变风量控制、全新风自动控制等等。另外，建科大楼设计有室内空气质量和热舒适自动控制系统， 能耗分项计量实时监测系统， 保证空调自动控制系统的有效运行。

4 难点与创新

1） 系统合理划分。建科大楼的建筑功能多， 使用情况复杂， 不同时段空调冷负荷变化大， 空调系统的划分应适应不同建筑区域的使用特点。通过对多种系统方案的对比分析， 设计最终采用了上述复合式空调系统， 不同功能区域采用了不同的空调方式， 使得建科大楼的中央空调系统接近于分散式空调系统， 比一般中央空调系统更灵活、 节能。

2） 建筑空间利用。建筑空间的有效利用可以大幅降低土建成本， 建科大楼除首层和五层外其他建筑层高为3.6m。 设计采取了多种空间利用的措施， 例如， 风机盘管等末端设备利用梁与梁间的空间， 与土建配合预留楼板管线槽， 管线穿梁位置预留套管， 风管布置简化， 进行综合管线排布等， 通过采取上述措施， 保证了建筑空间高效的利用。

3） 桌面工位送风系统。桌面工位送风是一种新颖的空调送风方式， 即将清洁、 低焓值的空气直接送入室内工作人员人员的呼吸区， 工作人员可以控制送风量、 送风方向等参数， 来调节工作区域内污染物浓度，使人感觉空气新鲜通透。但是这项技术目前国内应用很少， 存在不少应用问题， 例如， 目前可实现风向控制的桌面送风口，压力损失在220～400 Pa，风口阻力过大， 会导致选择末端小风机的电耗、 噪声偏大。经过研发工程师的反复研究， 改为采用“万向钢骨塑料伸缩管” 直接替代高阻力的转向送风口， 大大降低风口的阻力并解决了隔震问题。通过采用隔声箱送风模块（内含直流小风机） 的方式， 安装在桌面下线槽内主风管的两侧， 解决了末端送风风机噪声问题。

4） 系统调试。建科大楼空调系统除了验收阶段进行的调试和节能验收外， 通过大楼的监测系统， 在运行阶段对各空调系统运行情况进行监测， 及时发现系统运行问题， 并采取运维措施。例如， 在试运行阶段，发现部分区域室内湿度偏高， 经过测试排查发现溶液除湿新风系统送风量不足， 诊断后发现存在新风机送风出口电动阀、 管道井内防火阀未完全开启， 风量调节阀开关与控制信号开关相反， 温湿度传感器数据异常等问题， 通过调试使得系统正常运行。另外， 通过分析历史监测数据， 运维小组可不断优化不同工况下的运行控制策略， 真正实现运行阶段节能。

5 运行情况

1）运 行能耗

建科大楼于2009年竣工，2010年投入正式运营，全年空调总能耗为 2.95 万 kWh，约占建筑总能耗的21%，低 于同类非政府办公建筑的35～60%，2010 年耗电量指标为33.3 kWh/(m2· a )，2011年空调系统能耗更降低为17.2 kWh/(m2· a )，仅 为当地同类建筑的40.6%，见图 4。

图4 2011年建科大楼与当地同类建筑平均能耗水平比较

2） 舒适性评价

业主对室内人员每天对室内环境的投票进行统计， 得出空调季节 （2010年4 月～10 月） 的室内人员对室内热舒适性、 噪声、 空气清新度的评价结果如下图 5所示， 可以明显看出， 室内人员对室内环境的总体评价良好。

图5 2010年4月～10月室内环境评价投票统计

6 结论

深圳建科大楼空调系统将多种空调领域的节能技术和建筑进行有机地结合， 对夏热冬暖地区办公建筑的绿色空调系统设计进行了有益的探索和实践。建科大楼空调系统经过实际运行的检验， 系统的运行情况良好， 运行能耗水平低， 则室内人员对环境质量评价较高。

截止目前， 深圳建科大楼获得的标识和奖项累计达到30项。主要标识和奖项及节能减排效果如下。

1）国家绿色建筑设计评价标识三星级（最高等级）项 目。

2）国家级第一批民用建筑能效测评标识（三星级）项 目。

3）2011年全国绿色建筑创新奖。

4）2011 年度全国优秀工程勘察设计行业奖建筑工程一等奖。

5）2013 年获绿色设计国际大奖——— 绿色建筑类金奖。

6）年 度用电量为 44.4 kWh/m2， 与 深圳市其他办公楼相比节能60%，相 当于每年节能412.7吨标煤。

7）每 年减少CO2排放1097.85吨。

参考文献

[1] 袁小宜,叶青,刘宗源,等.实践平民化的绿色建筑——— 深圳建科大楼设计[J].建筑学报,2010,(1):14-19.

[2] 罗春燕,田智华,夏春海,等.第一批民用建筑能效测评标识项目(三星)——— 深圳建科大楼能效测评分析[J]. 建设科技,2009,(12):30-31.

[3] 郭永聪,刘雄伟,张欢深.深圳建科大楼室内环境满意度影响因素的显著性研究[J].建设科技,2014,(13):58-60.