某寫字樓變風量及能源與環境協調控制系統

    一、客戶介紹

    某寫字樓是廣州的國際超甲級寫字樓,配套了商務餐飲、商務會所、高級會議中心、環景大廳等功能。大樓標高309.4m,地下六層、地上七十一層,總建筑面積214355㎡,其中地上建筑面積為169243㎡,地下建筑面積為45112㎡。

    二、實施單位

    南方電網綜合能源有限公司相關單位

    三、案例詳情

    1、 技術原理及適用領域

    該寫字樓空調系統采用溫濕度獨立控制空調方式,利用冷輻射板(內區房間)和主動冷梁(外區房間)控制房間溫度、VAV新風系統控制房間絕對含濕量,實現了冷凍水的大溫差、梯級利用,大大提高系統能效。此外,新風系統采用了房間絕對含濕量控制的VAV系統,房間絕對含濕量反映了房間的人流密度,VAV新風系統真正實現了需求化通風,新風機采用壓力控制變頻系統,降低新風冷卻除濕能耗的同時減少風機的運行能耗。適用大型商業建筑,公共建筑等。

    2、 商業模式

    工程模式

    【項目亮點】

    該寫字樓提出的“零能耗”設計理念大打“節能牌”,綜合運用風力發電、太陽能發電、輻射制冷結合變風量置換通風、高性能幕墻、日光感應及人員感應控制等先進技術,是國際上首座綜合運用這些技術的超高層建筑。

    3、 節能服務具體內容及項目實施情況

    3.1 基于絕對含濕量VAV控制的柔性中央空調系統設計

    3.1.1 冷熱源系統

    本工程制冷系統總裝機冷負荷為15964KW,由3組共6臺640RT的大溫差串聯冷水機組制冷系統以及2臺螺桿式熱泵機組提供,冷水進出水溫度為16/6℃;大樓59至71層辦公樓的空調總裝機冷負荷為1872KW,新風處理冷源由帶全熱熱回收溶液除濕新風機組提供。

    本工程供熱系統總裝機熱負荷為2000KW,由二臺284.5RT的螺桿式水冷熱泵冷熱水機組提供,熱水進出溫度為34℃/39℃;大樓59至71層辦公樓的空調總裝機熱負荷為453KW,由帶全熱回收的風冷熱泵式溶液除濕新風機組提供。

圖2 冷熱源系統原理圖



圖3 主要設備表

    3.1.2 干式末端系統

    本工程9F-70F辦公區域的空調系統采用溫、濕度獨立控制的柔性空調系統。新風承擔室內的全部濕負荷和部分顯熱負荷,其余顯熱負荷由冷輻射板和主動冷梁承擔。本工程的空調系統分內、外區系統,外區采用主動冷梁、內區采用金屬吊頂冷輻射系統,外區主動冷梁可以及時的捕獲外圍護結構的得熱和滲透進來的熱濕空氣,并加以處理,確保內區冷輻射板的安全運行。

圖4 冷輻射板

圖5 主動冷梁

    冷輻射空調系統房間的舒適溫度通常可比傳統空調高1-2℃,這樣可以降低空調冷負荷,節省能源消耗;由于冷輻射系統為自然對流和輻射傳熱,沒有循環風機,可以節省大量的風機能耗;另外溫、濕度獨立控制系統使用冷凍水的品位高低分明,冷輻射板和主動冷梁的供回水溫度為16/19℃,為大溫差冷凍水系統和冷凍水梯級利用系統創造了條件,大大提高了系統綜合效率。

    3.1.3 VAV新風系統

    本工程新風采用VAV地板置換送新風空調系統,VAVBOX的送風量由房間絕對含濕量確定。另外采用壓力控制的排氣系統,控制房間的正壓。

圖6 VAV地板置換新風系統示意圖

圖7 VAV新風系統控制原理圖

    VAV新風系統采用雙級靜壓控制策略。第一級:樓層變風量控制,根據新風VAV閥門開度調節樓層電動風閥開度(變靜壓控制策略);第二級:新風機組變頻控制,根據新風管靜壓變化調節新風機組風機頻率(定靜壓控制策略)。

圖8 新風壓力無關VAV濕度控制模式

圖9 新風VAV變靜壓控制策略邏輯圖

    3.2 空調系統運行效果

    3.2.1 新風對房間含濕量控制的穩定性測試

    當室內濕度發生變化時,測試VAV風量控制室內絕對含濕量的穩定性。

    先將房間濕度處理到10.8g以下,當室內人員密度發生變化時,室內濕負荷也發生相應變化。開啟VAV并將室內絕對含濕量設定為10.8g,觀察并記錄房間溫濕度變化、VAV閥門開度以及風量變化情況。

    下午14:20,觀測房間內無人,此時溫度為24.4℃,含濕量為10.4g。14:30房間內陸續有人進入,房間濕負荷升高,15:30以后室內人員陸續走出房間,房間濕負荷降低,檢測這段時間內房間溫、濕度的變化情況,整理于圖9;通過電腦終端觀察各新風box的閥位狀態,整理于圖10。

圖10 房間溫度、含濕量、相對濕度變化曲線

圖10顯示:在房間濕負荷升高又降低的變化過程中,房間的干球溫度和絕對含濕量基本保持恒定,房間含濕量一直保持在設定值10.8g以下,達到了恒溫恒濕的設計要求。

圖11 新風box的閥位和風量變化

    從圖10可以看出,當房間人員增多導致濕負荷升高后,房間含濕量有上升趨勢,此時新風box及時響應,增大閥位開度,新風量隨之增大,很好地穩定了室內的絕對含濕量,使得室內含濕量一直保持在10.8g左右;當15:30房間內的人員陸續走出房間后,房間濕負荷變小,box閥位和新風量也相應的減小了。

    3.2.2 新風除濕過程測試

    對除濕新風系統的新風狀態進行測試,整理得夏季新風的除濕處理過程如下圖:室外高溫、高濕氣體經新風機組內置的帶熱回收熱泵預冷除濕后,由新風機組內冷盤管進一步降溫除濕后,利用內置熱泵的熱回收加熱升溫后,達到送風狀態送入室內,承擔房間全部濕負荷與部分冷負荷。

圖12 實測新風機的新風處理過程

    3.2.3 空調房間熱舒適性驗證測試

    本工程VAV系統運行效果較優,空調房間溫度和濕度均能滿足舒適性需求,尤其對于9~70F采用溫濕度獨立控制系統的辦公區域,房間濕度可準確控制在限定值以下,房間干球溫度可控制在設定值上下0.3℃范圍內。圖13為13層辦公區域各房間參數的控制界面截圖,表1為測試房間白天空調時間內溫、濕度數據。

圖13 大樓13層控制界面截圖

    由表1可看出,測試房間的設定絕對含濕量上限為12g/kg干空氣,實際室內絕對含濕量在10.5~11.7g/kg之間,均未超過設定上限值;室內干球溫度設定值為26℃,實測室內干球溫度全天在25.7~26.3℃之間波動,即干球溫度在設定值±0.3℃范圍內波動。