1、 37 现代物业Modern Property Management2019年颁布的GB/T513502019近零能耗建筑技术标准明确了超低、近零和零能耗建筑定义及关键指标参数。建筑能效是关键的约束指标之一。通过建筑被动式设计最大幅度降低建筑供暖、空调、照明需求，通过主动技术措施最大幅度提高能源设备与系统效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒适室内环境，满足能效指标。基于性能化的设计为实现建筑能效指标提供了基础保障，能源系统的实际运行是能效是否达标的关键。因此，实现超低能耗、近零能耗建筑的能耗和室内环境指标要求，暖通空调系统高效运行是关键。近几年近零能耗建筑的理论和实践研究在中国得到
2、了快速发展，现阶段近零能耗建筑的相关研究多以居住建筑为主，且聚焦于建筑气密性、新风系统、除湿的研究；相对而言，针对近零能耗公共建筑的研究相对较少，已开展的研究多以工程案例、技术体系介绍、经济性分析为主，涉及到近零能耗公共建筑建筑能耗分析，能源系统设计，运行维护管理的研究较少。从设计角度讲，复合系统的节能高效毋庸置疑，但与此同时，暖通空调系统运行维护管理变得复杂，亦为暖通空调系统节能高效运行提出挑战。本文以办公楼项目的暖通空调系统为主要研究对象，详细阐述了冷热源和末端系统的配置及运行组合，为低能耗办公建筑暖通空调系统设计与运行提供参考。1 办公楼建筑空调系统形式特点建筑空调系统形式特点，如夏热冬
3、暖地区高层办公楼建筑全年存在供冷需求，存在对机械新风调控能力要求高、末端多采用全空气变风量系统、末端冷水系统需采用多次板式换热器水系统的特点。对机械新风调控能力要求高。如夏热冬暖地区为例，全年通过机械新风系统满足室内人员卫生需求，对机械新风全年不同时段运行调控要求较高，夏季合理供应机械新风量，控制好室内CO2浓度和避免过量供应导致的新风冷负荷与风机能耗的增加。在过渡季阶段为了实现低能耗，通过机械新风系统满风量运行，实现能源节约。末端多采用全空气变风量系统。对于办公楼，空调末端大多采用VAV系统，其系统运行控制思路主要通过合理控制好VAV BOX运行状态、系统静压设定值、送风温度设定值等参数，实
4、现低能耗目标。末端冷水系统需采用多次板式换热器水系统，主要以高层办公室为例，处于承压要求，采用了多次板式换热器水系统进行运行控制，在实际运行过程中为了提升整体运行性能，需要实现二次侧或三次侧末端直连水系统高效运行、板式换热器运行性能、一次水系统整体的高效联动。2 低能耗办公楼暖通空调系统优化实例分析2.1 夏热冬暖地区办公楼暖通空调系统优化配置2.1.1 工程概况某办公楼项目位于我国夏热冬暖地区，建筑总面积低能耗办公楼暖通空调系统优化配置分析毛凯（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 5 1 0 0 1 0）摘 要：暖通空调系统能耗约占普通办公建筑运行总能耗的5 0%，高能耗问题日益凸显，
5、相对于照明、插座和建筑其他能耗，暖通空调系统节能潜力较大。基于此，本文以我国南方和北方地区两个办公楼建筑暖通空调系统为研究对象，通过实际工程项目实测研究及文献对比分析，对办公楼建筑空调系统的系统形式、关键特性、运行过程中存在的关键问题进行分析，并在分析基础上，以实际运行数据和建筑负荷特点来制定暖通空调系统低能耗运行策略。研究表明在超低能耗、近零能耗能源系统设计过程中要因地制宜，通过技术分析比较，找到适合于本项目的暖通空调系统运行方式。关键词：办公楼；暖通空调系统；能耗建筑；节能；优化运行 作者简介 毛凯（1994-），女，研究生，湖南娄底人，研究方向：暖通空调设计。38 设施设备 Facili
6、ties&Equipment约为16平方米，为超高层办公楼。与一般超高层公共建筑不同的是，本项目空调冷源设置在30层设备层，冷却塔设置于60楼的天台上，冷水系统采用一次泵变流量设计，末端风系统采用VAV系统。现结合该办公楼项目空调系统运行情况进行现场测试分析，以对其进行低能耗节能优化改造。2.1.2 空调系统优化分析末端风系统运行典型问题。结合测试结合分析，本项目实际室温基本处于过冷状态，风量及冷量过量供应，从而产生能源的浪费。以本项目的44层高层风系统为例，末端共计54个VAV BOX，其中41%的VAV BOX处于过冷状态，由于室温设定值过低，导致部分VAV BOX风阀全开，系统判断“风量
7、不够”，但系统基本都处于大流量小温差状态，风系统运行能耗严重浪费。需要结合室外气温和实际供冷需求调整室温设定值，避免风系统运行能耗增加，同时根据负荷变化进行自动调整VAV系统的静压设定值，有效降低供冷量，实现低能耗目标。空调水系统存在的典型问题。本项目将冷源设置于30层设备层，有效避免设置多次板换水系统带来的各类问题。但结合测试调查发现，还是存在运行性能不佳的问题。在测试过程中发现本项目高、低区冷水温差，冷却水温差低于设定值，系统处于大流量小温差运行状态，主要是由于空调水系统缺乏合理的运行调控逻辑导致的。因此，在本次的系统优化中需要尽可能在中间层设置集中冷源系统，同时对于末端直连冷水系统和冷却
8、水系统，为了避免导致系统大流量小温差、末端空调箱水阀开度普遍偏小等问题，水泵需要根据供冷或排热需求调节台数和频率，以实现能耗的降低。另外对于空调系统低能耗运行，还需要明确低能耗的办公楼空调系统的低能耗优化配置需要贯穿空调系统各个环节，突破单个系统的节能的思维，促进室内环境、空调风系统、水系统到冷源系统各个系统的相互影响、相互关联和耦合。2.2 北方地区办公楼暖通空调系统优化配置2.2.1 工程概况某建筑为1栋4层建筑积4025m2的办公建筑。建筑一首层为会议室、大厅、设备间、数据机房和少量办公室，二层至四层南侧主要为办公室，北侧包含少量办公室，其余为会议室，茶水间和设备间。全楼80%的办公室朝
9、南，每层约1000m。该建筑集科研、实验和实际使用于一体。采用高性能建筑保温隔热体系，高性能外窗，无热桥和高气密性设计。建筑设计热工目标为:夏季单位面积空调负荷40W/m2，冬季单位面积供暖负荷15W/m2。设计阶段能耗目标为：全年供冷、供暖和照明总能耗小于25kWh/(m2a)。2.2.2 建筑暖通空调系统优化设计基于科研和实验定位，本建筑拟通过一系列的科研和实验，为我国超低能耗/近零能耗建筑建设提供有价值的基础数据和设计参考，推动超低/近零能耗建筑在中国的发展。综合考虑实验、示范功能和能耗目标，暖通空调系统设计采用以多种可再生能源与常规能源系统搭配的复合系统。建筑在夏季采用太阳能空调系统（
10、太阳能集热系统+吸收式冷机系统组成)+地源热泵系统+水冷多联机系统+溶液除湿机组的方式联合供冷，冬季为太阳能集热系统产生的热水直接供暖+太阳能辅助地源热泵供暖相结合的方式。在不同工况下，部分系统互为备用。暖通空调系统冷热源设备构成为:屋面布置中高温太阳能集热器，提供建筑供冷供暖所需热源。1台制冷量为35.2kW的单效吸收式制冷机组，1台制冷量为50kW的低温冷水地源热泵(下述GSHP1)，1台100kW的高温冷水地源热泵机组(下述GSHP2)。2套水冷多联机系统，1台溶液式除湿机组。另外能源系统分别设置了蓄冷、蓄热水箱，可以有效降低由于太阳能不稳定带来的不利影响。建筑的末端系统多样且各层不同。
11、建筑首层全部为多联机末端，建筑的四层为多联机与水环热泵末端。建筑的二层采用直流无刷风机盘管之外，配置地板辐射供冷供暖末端，两系统可同时使用亦可互为备用。建筑的三层采用温湿度独立控制的顶棚辐射+新风热回收系统，另设置风机盘管作为备用。建筑的每层设置新风系统，其中首层和四层设置全热回收新风系统，二层采用溶液式除湿新风机组承担整层新风负荷和部分房间负荷。冷热源和末端系统设计旨在保证良好室内品质的同时，实现建筑高舒适度和系统整体节能要求。本项目设计和建设时间非常有限，设备供货周期不可控，部分互为备用系统设备选型有些许差异。如果本建筑实际运行负荷满足设计要求，则SAAC、GSHP1可满足一层楼房间供冷需
12、求。近零能耗建筑建立了完善的能耗管理系统和建筑楼宇控制系统，对建筑设备运行参数、各设备能耗数据进行了计量与记录。夏季供冷工况下，三层温湿度独立控制的顶棚辐射+新风系统按控制逻辑运行，即控制系统实时计算室内露点温度，控制结露风险。当顶棚辐射系统供水温度低于露点温度时，关闭分区辐射板冷冻水循环泵，只开启新风系统除湿，当辐射系统供水温度高于露点温度后辐射系统才恢复正常供冷。吸收式冷机为日本矢崎公司赞助的低温热源吸收式制冷机组，70热水即可驱动该设备运行，88热水驱动该设备时，机组制冷效率可达0.7左 39 现代物业Modern Property Management右，与其他吸收式冷机相比，该设备具
13、有驱动热源温度低，制冷效率高等特点。暖通空调系统匹配方式。基于科研、实验和使用等功能定位，该暖通空调系统设计较为复杂。夏季工况暖通空调系统配置和运行逻辑为:一层:水冷多联机组为一层功能区供冷，2台新风热回收设备提供新风，新风设备冷源由SAAC或GSHP1提供。二层:风盘和地板辐射两种末端方式。当为风机盘管系统时，太阳能空调系统或GSHP1提供部分房间冷负荷，溶液除湿机组承担新风负荷和楼层部分房间负荷，当采用地板辐射系统时，GSHP2提供高温冷水，同时溶液除湿设备为该楼层提供新风。GSHP2同时为三层温湿度独立控制系统提供高温冷水。四层大会议室和一间典型房间采用水环热泵机组供冷，其余房间采用水冷
14、多联机组供冷，2台新风热回收设备分别为四层办公区域和会议室提供新风。本项目能源系统和末端方式多样，通过管路间阀门切换，实现不同冷热源和末端系统匹配，组成不同供冷组合模式。供冷工况下，冷热源和末端组合可变和不变模式共存，其中红色虚线框为可切换冷热源和末端配置组合的区域。本文聚焦夏季工况下冷源和末端可灵活匹配系统的运行分析，即对SAAC、GSHP1、GSHP2系统及对应的首层、四层新风系统，三层顶棚辐射+新风系统，二层风盘和地板辐射系统的运行进行论述，首层和四层水冷多联系统为固定系统，这里不讨论。从管路连接上看，SAAC系统可供应首层、四层新风、二层风盘、三层顶棚辐射和新风系统；GSHP1可供应首
15、层、四层新风和二层风盘；GSHP2可供应三层顶棚辐射和新风及二层房间地板辐射系统。三层温湿度独立控制系统较为复杂且为自控控制模块，这里简要介绍。系统中自带混水系统，分为三个自带电动调节阀的支路，一路供应辐射吊顶系统、一路供应风盘系统，一路链接至除湿设备(自带压缩机组)。高温冷水从机组出来后，直接进入混水中心，通过调节流量，来满足各系统要求。3 总结超低能耗、近零能耗建筑将是未来建筑节能发展方向，暖通空调系统的设计和运行是实现建筑超低及近零能耗指标的关键。项目暖通空调系统的实际运行经验为超低、近零能耗建筑暖通空调系统运行提供以下参考:1）在办公楼暖通空调设计阶段，需要对全年逐时供冷负荷进行精确计
16、算，据供冷需求、室外气象的变化，针对性调节运行控制策略及相应控制参数的设定值，从而实现供冷季不同工况的高效运行。2）太阳能空调系统在本项目供冷季工况得到充分利用，且利用效果较好。地源热泵系统运行稳定，且可较好服务于不同末端系统形式。3）综合考虑了多种可再生能源系统利用方式，供冷季运行过程中，进行不同运行模式探讨，基于逐年的用户反馈，运行数据，最终确定了供冷季较为优化的运行模式。暖通空调系统优化运行是一项长期的工作，且需要不断调试才能达到较为理想的运行结果。超低能耗建筑能源系统运行管理要注重系统调试并进行精细化管理。4）对于空调系统低能耗运行，需要明确空调系统从室内环境、空调风系统、水系统到冷源
17、系统是相互影响、相互关联和耦合，贯穿空调系统各个环节。5）超低能耗、近零能耗建筑能源系统设计过程要因地制宜，通过技术分析比较，找到适合于本项目的暖通空调系统方式。参考文献：1徐伟,刘志坚,陈曦,等.关于我国“近零能耗建筑”发展的思考J.建筑科学,2016,32(04):1-5.2梁俊强,刘珊,马欣伯.推动我国净零能耗建筑发展的思考及建议J.建设科技,2019(18):8-11.3李德英,王艺霖,邓琴琴,等.近零能耗建筑围护结构节能适宜性评价体系研究J.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2020,36(01):131-139.4 孙 德 宇,徐 伟,余 镇 雨.全 寿 命 周 期 寒 冷地 区 近 零 能 耗 居 住 建 筑 能 效 指 标 研 究 J .建 筑 科学,2017,33(06):90-95,107.5雷婷,文远高,洪学新.(近)零能耗建筑在夏热冬冷地区发展的思考J.建筑节能,2016,44(05):55-59.6清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度研究发展报告2021(城镇住宅专题)M.北京:中国建筑工业出版社,2021:39-40.7 肖小野.大连某超高层建筑暖通空调系统设计J.建筑热能通风空调,2017,36(1):92-95.
