建筑空調系統(tǒng)運行情況分析

建筑空調系統(tǒng)運行情況分析

近年來，大型綜合性購物中心在全國迅速擴張。由于購物中心建筑的完整性和員工密度的比例隨時間的推移而差異很大，這種類型的建筑空調設計經常出現。有一個大駱駝皮的現象，導致空調的高能耗。本文采用實際調研測量及TRNSYS軟件模擬分析相結合的方式進行研究,對西安立豐購物廣場一次回風定風量空調系統(tǒng)的夏季、冬季建筑空調負荷進行模擬,與空調設計負荷進行對比分析,發(fā)現空調設計所存在的問題,提出空調節(jié)能運行方案。1空調冷源設計立豐購物廣場位于西安市金華南路,共13層(地下3層和地上10層),層高5m,總建筑面積為121842m2(地下38030m2,地上83812m2),建筑體積為514455m3,體型系數0.06。地下3層～地下2層為停車場,地下1層～1層為沃爾瑪超市,2層～5層為百盛購物商場,6層為游樂場,7層～8層為餐飲區(qū),9層為電影院,10層為健身中心。該建筑地下1層～6層及9層影院設置中央空調系統(tǒng),采用四臺離心式制冷機組和兩臺溴化鋰吸收式制冷機組作為空調冷源。其中溴化鋰吸收式制冷機組服務于超市,一用一備,運行冷機額定冷量為3516kW,備用冷機額定冷量為1582kW;離心式制冷機組服務于商場,三用一備。單臺冷機額定冷量為2954kW,冷凍水額定供回水溫度均7℃、12℃。建筑7層、8層和10層空調系統(tǒng)由各商家自主安裝,故進行空調系統(tǒng)模擬時不予考慮。2建筑空調負荷模擬分析2.1建筑能耗仿真模型結合商場空調、通風系統(tǒng)分區(qū)情況,建立建筑能耗仿真模型,依據設計資料設置其外圍護結構參數,如表1所示。各區(qū)域人員、設備內擾的設置基于實際調研結果。2.2實測氣象參數與軟件所使用的數據分析室外氣象參數采用的是原程序中的西安的氣象數據,即基于1952～1975年的TMY-2氣象數據庫中西安地區(qū)的氣象參數。由模擬結果可知:周五、周六室外溫度較低,在16～27℃之間,其余5天溫度較高,在21～38℃之間。而實際測量結果則周三溫度較低,為陰雨天氣,其余6天為晴天或多云情況,溫度較高。表明實測氣象參數與軟件中所用氣象數據存在偏差。根據對比可以看出,室內溫度實測和模擬值在空調開啟時都為25℃左右,模擬值比較穩(wěn)定,實測值由于人流密度變化等而有波動。由于測量儀器數量限制,僅實測了每天10:00～18:00整點時刻的室內逐時溫度;軟件模擬則得出了7月20號～7月26號全天的室內溫度(圖1),在空調不運行時,軟件默認恢復到26℃的夏季室內空調設計溫度。2.3冷凍水供、回水溫度值模擬時,軟件默認制冷機運行時冷凍水供水溫度接近8℃,回水溫度隨負荷變化而改變。且制冷機停運時供、回水溫度均默認為12℃。實測則以2小時為間隔,測量了每日制冷機運行時10:00～20:00的冷凍水供、回水溫度值。將7月20號～7月26號共7天冷凍水的供、回水溫度的模擬值(圖2)與實測結果(圖3)進行對比,表明模擬結果冷凍水供、回水溫差約為3℃左右,而冷凍水供、回水溫度的實測值較高,供水溫度為10℃左右,回水溫度為14℃左右。供回水溫差較大,在3℃～5℃之間。冷凍水溫模擬值比較穩(wěn)定,而實測值則波動較大,這主要是實際室外氣象參數的波動和人員密度的波動所造成。2.4提升空調系統(tǒng)的陣風溫度整個夏季空調季空調制冷系統(tǒng)的運行狀況及能耗模擬結果如圖4所示:空調系統(tǒng)送、回風溫度的模擬值與實測值基本吻合,送風溫度為21℃,回風溫度(室內溫度)為25℃左右(空調停運時的送風溫度默認為室外新風溫度,回風溫度則默認為停機當時的室內溫度)。實測送風溫度為20.3℃,室內溫度為26℃左右。由于制冷機選型過大,導致制冷機冷凍水供、回水溫差在4℃左右,如圖5。制冷機組COP較低,運行時COP為3.8左右,比4.45機組額定COP值低。2.5月內空調系統(tǒng)運行情況模擬結果顯示,該商場設計裝機容量全年使用比例如圖6所示:空調制冷系統(tǒng)部分負荷率低于30%的運行時間占總運行時間的2%;負荷率為30%～40%的占24%;40%～50%的占45%;50%～60%的占19%;60%以上的占10%。最熱日平均實際容量只有設計裝機容量的71%?！按篑R拉小車”情況嚴重,且由于主機選型過大造成與之匹配的冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、末端風機設備及管路設置均超出實際需求,導致空調系統(tǒng)未處于最佳性能狀態(tài)下運行,能效較低。其中節(jié)假日空調運行時間主要分布在部分負荷率50%～60%及60%以上;工作日空調運行時間主要分布在部分負荷率50%以下。3節(jié)能方案的模擬3.1玻璃屋頂變換據實測知中庭屋面采用導熱系數λ=2.8W/(m2·K)的雙層中空玻璃中庭溫度在27℃～31℃之間。將中庭玻璃屋面替換為導熱系數λ=1.3W/(m2·K)的Low-E玻璃,即可有效削弱太陽輻射及傳熱對商場內部區(qū)域溫度環(huán)境的影響,整個夏季節(jié)能1.75×104kWh。如圖7所示:同時各中庭所在區(qū)域溫度降低2℃左右。室內溫度由于空調的啟停而呈上下波動的狀態(tài),上部峰值為空調開啟狀態(tài)下的室內溫度,下部為空調停止運行后的室內溫度。3.2內回風混合擋土墻內溫度波動通過建筑空調負荷模擬可知,由于建筑外圍護結構保溫較好,冬季商場內部區(qū)域負荷很小。只輸送20%新風和室內回風混合就可以滿足室內18℃的要求,由于內部區(qū)域外圍護結構少,且該建筑外圍護結構保溫效果好,內部人員、照明散熱量可以抵消部分熱負荷。如圖8所示溫度波動上部峰值為開啟空調時室內溫度,下部峰值為關閉空調時室內溫度。該商場營業(yè)時間為8:00～22:00時,采取該方案后空調系統(tǒng)冬季節(jié)能9.16×104kWh。4空調負荷計算偏大的原因分析1)空調設計負荷偏大:實際調研表明商場人員密度工作日為0.12～0.16人/m2,節(jié)假日人員密度為工作日的近兩倍。由于商場類建筑越來越多,故商場內人員密度也就有所減小。設計計算時人員密度取值過大是導致建筑空調負荷計算偏大的原因之一。2)制冷機組供冷能力選擇過大:實際調研和模擬情況均顯示制冷機組冷凍水供、回水溫差只有4℃左右,這是由于空調設計負荷過大導致的。因此,在設計階段應該對建筑地理位置、人員流量等因素進行詳細分析。3)商場中庭溫度過高:其實測溫度