区域供冷能源环境下建筑内的空调形式研究

安自成

平安不动产有限公司广东深圳518000

摘要：近年各大城市大力兴建土木，各类CBD、开发区、自贸区、大学城、旅游度假村的不断涌现，出现了一大批建筑群，这类建筑往往位置比较集中，功能比较统一，比较适合设置区域供冷，如珠海的横琴新区、深圳前海自贸区、广州珠江新城CBD、广州大学城等均设置了区域供冷。区域供冷因其供冷半径较大，供冷距离较长通常都采用大温差供、回水来节能输送能耗，如珠海横琴新区采用的供回水温度为：4/12℃，深圳前海采用的供回水温度为：2.5/12℃。对于空调系统来说4℃及其以下的冷冻水供水温度是十分优质的空调冷源，而我们一贯沿用常规的做法采用7/12℃的供回水温度，这种能源环境下是否仍然可行？大温差的系统温差多少技术经济较好？还有那些空调末端形式可以采用。

关键词：区域供冷；能源环境；空调形势研究

引言

目前深圳前海总体规划集中冷站10个，集中供冷项目的总体规模大约40多万RTH，供冷服务面积达2000万平方米，基本覆盖了前海商业建筑面积的90%，是目前全国规划最大的区域供冷群。前海区域供冷的建筑功能主要为商业、办公和酒店。我们以实际项目中有此功能的区域为模板，虚拟一幢包含以上3大功能地处前海区域，采用区域冷站供冷的建筑进行课题研究，以2#冷站（已运行）提供的2.5/12℃冷源作为外部一次能源参数。

该建筑概况如下：建筑总面积为：48648㎡，建筑高度：115.7m；共27层。地下一层（h=5.7米）。其中：地下一层（部分设备房），1~3层为商业；5~14层为办公；16~27层酒店；4，15层为避难层（兼设备层）；

该建筑的空调系统分别按以下4种方案设计和技术经济比较。4种方案分别是：区域冷源常规空调系统（1方案）、大温差空调系统（2方案）、全空气诱导辐射空调系统（3方案）、RCF系统（辐射换热天花板和新风系统）（4方案）。

1~3方案概况（表二）

一．区域冷站常规空调系统

常规空调系统主要是指供回水温差为标准5℃或接近5℃的空调系统，本方案针对区域冷源环境下的常规系统指供回水温差为6℃。针对有集中冷源的常规空调形式主要有风机盘管加独立新风系统和全空气空调系系统。

（一）风机盘管加独立新风系统

风机盘管加独立新风空调系统是指由风机盘管承担室内冷（热）负荷，新风经过冷（热）处理以满足室内空气卫生品质要求的空调系统。

风机盘管加新风系统优点（与全空气系统相比）：

1．控制灵活，具有个别控制的优越性，可灵活地调节各房间的温度，根据房间的使用状况确定风机盘管的启停；

2．风机盘管机组体型小，占地小，布置和安装方便，甚至适合于旧有建筑的改造；

3．容易实现系统分区控制，冷热负荷能够按房间朝向，使用目的，使用时间等把系统分割为若干区域系统，实施分区控制；

风机盘管加新风系统缺点（与全空气系统相比）：

1．因机组分散设置，台数较多，维修管理工作量大；

2．室内空气品质比较差，很难进行二级过滤且易发生凝结水渗顶事故。

（二）全空气空调系统

全空气空调系统是指空调房间的室内负荷全部由经过集中处理的空气来负担的空调系统，根据送风量是否可变以及是否采用回风又可分为全空气定风量系统，和全空气变风量空调系统，以及直流式空调系统。

全空气空调系统的特点：

1.有多种处理功能和较强的处理能力，尤其具有较强的除湿能力；

2.适用于冷负荷密度大，潜热负荷大或对含尘浓度严格的场所。其中：a.全空气定风量空调系统：适用于空间较大，人员较多，房间允许温室度波动范围小的的空调区，对于多个房间的热湿负荷变化相似，各房间温湿度波动范围较宽泛的空调区可共用系统；b.全空气变风量系统：适用于各房间负荷变化不一致，需要分别调节室内温度且室内空气品质要求较高的共用空调系统；c.全新风（直流）系统空调：适用于室内散发有害气体或污染气体不能使用循环空气或工艺要求采用新鲜空气的场所，如厨房，变电所等。

3.其设备主要集中在机房内，维修方便，且不影响空调房间的使用，

4.风系统有较大的风管及需要空调机房，在建筑层高较低，面积紧张的场所受限。

二．大温差空调系统

大温差空调系统理论上是指供回水温温差大于5℃的空调系统。本方案为采用5/13℃，温差为8℃的冷水系统。

大温差空调系统的特点：

1.水流量相比常规空调小，水泵型号及耗电量相比常规空调小，水泵运行更节能；

2.理论上可减小阀门型号，减少管材，但要根据流量、比摩阻、管速、系统阻力平衡及水泵扬程控制核定；

三.全空气诱导辐射空调系统

全空气诱导辐射空调系统原理是：通过一次回风在空调机组里汇合新风，把通常16℃的送风温度降低至13℃送至室内末端全空气式诱导辐射单元内，二次回风为全空气式诱导辐射单元，通过送风压力诱导室内空气混合，混合后的中温空气（19℃）冷却辐射层，通过从开孔的面板进行热辐射和整流送风。二次送风的诱导量为（2：1）；过渡期可通过一次侧空气的风量（或者温度）的控制，自动调节二次送风的诱导量（3：2）使室温调解更简单。

全空气诱导辐射原理图示：

该系统具有以下主要优点：

1）诱导辐射单元为全空气送风形式，无需担心凝露和漏水问题

机组利用送风压力诱导室内的高温空气和13℃的低温新风进行混合，将混合后的19℃空气通过整流面板送出，不会导致室内结露和漏水；

2）高效热辐射

辐射功能可降低压阻、并使冷热传达效果远。热辐射（电磁波）不会随距离而衰减，在有温差的区域进行热传导，即使是吊顶也能发挥其有效作用，在防止太阳辐射上也能保持良好的平衡；

3）低噪、无风感、无温差感

利用空调的送风压力诱导室内空气混合，混合后的中温空气加热或者冷却辐射层。通过从开孔的面板进行热辐射和整流送风，形成降低气流感和减少温差感的舒适空间。送风风速为0.2~0.8m/s，噪声为39dB（A）。

1）配管系统，并和照明一体化，大幅节省设备安装费用；

2）寿命长，耐久性好，维护成本低，可节约后期维护运行成本。

四．RCF系统（辐射换热天花板和新风系统）

RCF系统原理：RCF系统是辐射换热天花板+新风系统。

辐射换热天花板是一种以辐射换热为主，对流换热为辅的传热元件。它吸收人体以及周围壁面的热辐射，降低它们的表面温度；同时与贴近辐射板面的空气进行自然对流换热，降低空气温度。空调冷水7/12℃或热水45/40℃通过辐射板，调节辐射板表面温度为夏季18~23℃，冬季表面温度为27~35℃。辐射板边缘与中心温差不超过1.5℃。

新风通过具有双级表冷器的新风机，将室外高温高湿的新风处理到低温低湿状态送进室内，新风吸收了室内人员或其他散湿量后排出室外，以保证室内的相对湿度。

RCF是辐射换热+新风的温湿度独立控制空调系统，它具有当今温湿度独立控制系统所有优点，辐射换热天花板解决了毛细管和冷梁设备靠被动提高水温至室内露点温度以上来防止结露的问题，直接供7℃水，控制辐射板面温度18℃以上并可根据个人需求调节板面温度。很好的解决目前温湿度控制系统冷源不同源，室内控制开窗等问题。同时辐射换热还具有以下的特点：

1）传递速度是光速，推动力是绝对温度4次方的差；

2）传热不受任何介质，省去了送风的能耗，辐射换热没有高度的影响；

3）辐射换热是发生在两个表面之间，室内空气被视为透明的，换热具有主动追踪热源的特点，效率很高。

4）具有两次能源转换，是粒子运动传递热量，“势能”的存在，决定了在夏季供冷的节能机理。

五．各方案技术经济比较

1）系统换热及循环水泵部分

方案3与1或2在入户水水换热器和系统循环泵一致；

方案1供回水温度7/13℃和方案2的5/13℃比较，方案2的流量比方案1的少25%，但选择板换的对数平均温差降低30%，假定换热系数不变的情况下，换热面积增加30%，板换初投资增加30%左右。

循环水泵扬程方案2比方案1减少6mmH2O，水泵功率分别为22kw/台和37kw/台，相差15kw/台，初投资费用减少18%左右，水泵运行费用大幅减低。

板换、水泵设备主要参数及价格（表七）

注：深圳空调运行天数210天，负荷率平均70%，电价按峰、平谷平均计算0.92元/kw.h

设备初投资方案2比方案一多6.5万，运行费用每年节约6.1万，一年多可回收。

六．结论

通过方案1~4的技术经济比较，得出以下结论：

1）在前海区域提供夏季供水温度2.5/12℃，系统达到9.5℃的温差能源调节下，用户侧应尽量采用大温差的系统和相应设备，节省运行费用；

2）方案1（7/13℃）和方案2（5/13℃）分别为6和8℃大温差供回水系统，虽设备、管路系统初投资费用相差不大，但水泵能耗降低较多且会随系统最不利管段管长的增加，能耗下降越明显，运行费用节省约多；

3）方案3水系统与方案2一样，末端采用辐射+诱导的方式送风，每层风柜送风量较全空气系统减少50%，风机能耗减少60%，且室内无动力，无水管，无冷凝水吸出，人体无吹风感，舒适度提升，运行维护费降低，是一个较好的末端形式。

4）方案4的水系统采用不同功能区水系统串联，温差梯级利用，如自控设置合理，各功能段水泵变频配合调节到位，可很好实现用户侧的大温差供水方式。方案4的供水模式，同样适用于其他温湿度控制系统和为了保证整个系统实现大温差的方式。

参考文献：

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