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公共建筑節(jié)能設計與應用--暖通空調
2020-10-12 瀏覽次數:438
一、公共建筑種類:
1、辦公建筑:寫字樓、辦公樓、行政大樓等。
2、商業(yè)建筑:商場、百貨大樓、銀行、交易中心等。
3、旅游建筑:賓館、酒店、娛樂會所等。
4、科教文衛(wèi)建筑:科技館、博物館、醫(yī)院、大劇院、體育館等。
5、通訊建筑:程控交換機房、數據中心等。
6、交通運輸建筑:機場、車站、地鐵等。
二、基本術語:
1、透明幕墻:可見光可直接透射入室內的幕墻。非透明玻璃幕墻。
2、窗墻比:窗戶洞口面積與房間立面單元面積之比。
3、體形系數:f=建筑物外表面積/建筑物體積。
體形系數與建筑造型有關,體形系數越大,傳熱損失也就越大,故建筑外形盡可能簡單,減少過多凹凸面設計。
4、綜合部分負荷性能系數(IPLV):(《公共建筑節(jié)能設計標準》(GB50189-2015))
基于冷水機組在各種負荷下運行時間比例,進行加權計算的綜合部分負荷運行效率。
IPLV=1.2%×A+32.8%×B+39.7%×C+26.3%×D(4.2.13)
式中:A——100%負荷時的性能系數(W/W),冷卻水進水溫度30℃/冷凝器進氣干球溫度35℃;
B——75%負荷時的性能系數(W/W),冷卻水進水溫度26℃/冷凝器進氣干球溫度31.5℃;
C——50%負荷時的性能系數(W/W),冷卻水進水溫度23℃/冷凝器進氣干球溫度28℃;
D——25%負荷時的性能系數(W/W),冷卻水進水溫度19℃/冷凝器進氣干球溫度24.5℃。
5、可見光透射比:透過透明材料的可見光(380~780納米)光通量與投射在其表面上的可見光光通量之比。太陽光譜300~2500納米。
6、遮陽系數(Sc):通過玻璃的太陽輻射與通過3mm厚普通無色透明平板玻璃的太陽幅射(630w/m2)的比值,用來表示玻璃遮檔或抵御太陽輻射的能力。
遮陽系數越小,阻擋太陽輻射的性能越好。
普通玻璃的遮陽系數較高約在0.9左右,所以要對玻璃進行表面加工,如LOW-E鍍膜玻璃等低輻射玻璃。
鍍膜玻璃:表面鍍Ag,Cr氧化物等,對紅外高反射,對紫外低透射,而可見光透光率較高,將太陽光過濾成冷光源,遮陽系數較低,但傳熱系數較高,故不單獨使用。雙層百葉中空玻璃:Sc為0.15~0.9。
三、建筑熱工設計
《公共建筑節(jié)能設計標準》(GB50189-2015)圍護結構熱工設計要求:
1、對于嚴寒及寒冷地區(qū),室內外溫差較大,體形系數應≤0.4,以減少傳熱損失。
2、對于以冬季供熱為主的嚴寒地區(qū)空調建筑,主要解決圍護結構的保溫問題,對傳熱系數要求較高;而對遮陽系數不作要求,適當提高遮陽系數反而能提高冬季太陽輻射熱量,有利于節(jié)能。
3、對于以夏季供冷為主的夏熱冬暖地區(qū),主要解決圍護結構的隔熱問題,對外窗的遮陽系數有較高要求。當外氣溫度較低時,由于建筑內部得熱較大,過低傳熱系數反而不利于房間直接向室外散熱,故對傳熱系數要求相對寬松。
4、對于寒冷地區(qū)及夏熱冬冷地區(qū),既有夏季制冷又有冬季制熱,故應同時考慮保溫和隔熱問題,對傳熱系數和遮陽系數均需要求。
5、窗的保溫隔熱性能比外墻要差得多,對于嚴寒及寒冷地區(qū),室內外溫差傳熱的熱量損失占主導地位,需減少窗的傳熱系數以控制溫差傳熱,其要求高于南方地區(qū)。對于夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū),空調期間太陽輻射引起負荷為主要矛盾,故對遮陽系數要求高于北方地區(qū)。
隨著建筑技術發(fā)展,填充惰性氣體的雙層中空玻璃傳熱系數可由常規(guī)單層玻璃的6.0w/(m2.k)降為1.5w/(m2.k)。
6、窗墻比應≤0.7,當窗墻比<0.4時,玻璃可見光透射比需≥0.4,以免影響房間采光。
7、夏熱冬暖、夏熱冬冷和寒冷地區(qū),制冷負荷大的建筑應設外部遮陽。
8、屋頂水平面太陽輻射最大,相應建筑能耗較大,透明部分面積不應大于屋頂總面積的20%。
9、外窗可開啟面積不小于窗面積的20%,以便于透氣。圍護結構熱工性能權衡判斷:當所設計的建筑體形系數、窗墻比、傳熱系數等熱工性能指標不能達到本標準要求時,通過不斷調整設計參數及采暖空調設備效率,并計算能耗,最終使所設計建筑全年能耗不大于參照建筑能耗。
參照建筑:進行熱工性能權衡判斷時,作為計算HVAC能耗用的假想建筑。參照建筑的形狀、大小、朝向及內部空間劃分和使用功能應與實際建筑相同,但熱工參數,體形系數,窗墻比等應符合本標準。當窗墻比大于規(guī)定值時,人為減少窗面積,多余部分用外墻替代。當體形系數大于標準值時,人為減少外立面面積(作絕熱面處理)。
四、采暖通風與空氣調節(jié)設計
(一)采暖
1、采暖方式:熱水采暖和蒸汽采暖。
2、蒸汽采暖缺陷:
a.熱能效率:供熱管網存在蒸汽跑冒滴漏損失,尤其由于管網壓降和散熱造成凝結水損失,熱效率降低20%~40%。
b.衛(wèi)生:管道和散熱器溫度高,灰塵積聚后會發(fā)生生化現象而產生異味而污染空氣,舒適感差,且易燙傷人。
c.供熱品質:熱媒溫度調節(jié)性差,供熱品質低。
d.穩(wěn)定性:室內干燥,且蒸汽比熱容小,熱惰性低,熱力工況失調時室溫波動較大。
3、公共建筑集中采暖應采用熱水作為熱媒。
4、常用熱媒工況:95℃/70℃,85℃/60℃,地板輻射供水溫度一般為35℃~70℃。
(二)通風和空氣調節(jié)
1、空調區(qū)域劃分原則:運行時間、溫度、濕度要求等使用條件不同空調區(qū),不應劃分在同一空調風系統(tǒng)中,以便于調節(jié)和運行管理。
2、全空氣空調系統(tǒng)適用場合:房間面積或空間較大,人員較多,或有必要集中進行溫濕度控制的空調區(qū)。如商場、影劇院、餐廳、展覽館、體育館、候車(機)廳等無需分區(qū)來控制溫度空調場所。
全空氣系統(tǒng)特點:
a.可對空氣溫濕度、潔凈度和噪聲進行集中處理,設備集中,便于維修管理。
b.易于改變新、回風比例,必要時采用全新風運行以獲得最大節(jié)能效益。
五、新風系統(tǒng)
1、空調系統(tǒng)新風比確定
過大的新風機比顯然將增加空調機組的負荷和能耗,而新風比過小時部分房間的新風量又難以得到保證。
Y=X/(1+X-Z),修正后系統(tǒng)總新風量在總送風量中比例
Z=Voc/Vsc,房間最大新風比
Voc:最大新風比房間所需新風量
Vsc:最大新風比房間所需送風量
X=Von/Vst,修正前的系統(tǒng)總新風量在總送風量中比例
Vot=Y*Vst,修正后總新風量
2、在人員密度較大且變化較大房間,宜采用新風比需求控制,即根據所檢測的CO2濃度(700~1000ppm)自動控制新風量大小,既符合衛(wèi)生標準,又節(jié)約能耗。
計算舉例:
可知:
Z=33.3%
X=19.7%
Y=X/(1+X-Z)=22.8%
所需新風量Vot為:Vot=Y*Vst=3092m3/h
新排風全熱回收裝置設有集中排風系統(tǒng),且符合以下條件時應設全熱回收裝置,且熱回收效率不低于60%。
a.送風量≥3000m3/h的直流式空調系統(tǒng),且新排風溫差≥ 8℃。
b.設計新風量≥4000m3/h的空調系統(tǒng),且新排風溫差≥ 8℃。
c.設有獨立新風和排風系統(tǒng)。
空氣過濾器選用要求:
a.粗效過濾器初阻力≤50Pa,終阻力≤100Pa。
b.中效過濾器初阻力≤80Pa,終阻力≤160Pa。
c.全空氣空調系統(tǒng)應能滿足全新風運行需要。
送風系統(tǒng)輸送功耗:
送風系統(tǒng)單位風量的功耗Ws應不大于下表限值:
Ws=P/(3600ηt),w/(m3/h)
P:風機全壓,Pa
ηt:包括風機,電機和傳動系統(tǒng)在內的總效率
目的:限制空調送風系統(tǒng)的作用半徑,避免功耗過大。
空調冷凍水系統(tǒng)輸送能效比:
單位冷量的水泵功率ER應不大于以下限值:
ER=0.002342H/(△t·η)
H:水泵揚程,m
△t:進出水溫差,℃
η:水泵工作點的效率
目的:降低管道輸配能耗,最遠環(huán)路總長限在200~500m。
制冷輸送能效比按36m揚程,70%水泵效率,5℃供回水溫差。
流量控制方式:
(1)定流量系統(tǒng)
特點:
a.空調水系統(tǒng)和控制簡單。
b.水系統(tǒng)流量不能調整。
適用場合:
a.空調負荷較穩(wěn)定場合。
b.系統(tǒng)小,且各空調水回路阻力較接近系統(tǒng)。
(2)變流量系統(tǒng)
特點:空調水系統(tǒng)可以進行變流量控制。
適用場合:
a.空調負荷變化較大場合。
b.各環(huán)路水阻力較為接近的空調系統(tǒng)。
(3)二次泵變流量系統(tǒng)
適用條件:空調系統(tǒng)較大,阻力較高,各環(huán)路負荷特性或壓力損失相差懸殊。二次泵宜根據流量變化采用變流量調節(jié)方式。
六、采暖和空調系統(tǒng)冷熱源
1、鍋爐
a.鍋爐房單臺鍋爐的容量能確保高峰和低谷熱負荷均能高效運行。
b.鍋爐臺數不宜少于2臺,中小建筑滿足檢修需要時可設1臺。
c.鍋爐熱效率應符合以下指標:
鍋爐類型 |
熱效率(%) |
燃煤(類煙煤) |
78 |
燃油、燃氣蒸汽、熱水鍋爐 |
89 |
2、冷水機組
a.冷水機組臺數和容量選擇應考慮空調負荷的全年變化,滿足季節(jié)和部分負荷要求。
b.空調冷負荷大于528kw時,不宜少于2臺。
c.冬季或過渡季節(jié)時應考慮冷卻塔提供冷凍水。
d.滿載能效比不應低于下表限值: