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夏热冬冷地区商业建筑全年冷热负荷实测数据分析与探讨

发表日期:2021/1/12 11:13:02 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

1  工程概况

某商业建筑位于湖北省黄冈市,地处夏热冬冷地区,地下一层,地上五层,地下一层主要为设备用房,地上主要为室内步行街、主力店、餐饮、健身、儿童业态、影城及超市等。建筑高度 23.9 m,建筑面积约 10.1万m2 ,其中,地上建筑面积约9.4万m2 ,冷源采用3台制冷量为4 219 kW的电制冷离心式冷水机组及1台制冷量为1 364 kW的电制冷螺杆式冷水机组,热源采用2台供热量为3 500 kW的真空热水锅炉。夏季空调室外计算干球温度为35.5 ℃,夏季空调室外计算湿球温度为28.0 ℃,冬季空调室外计算干球温度为 -2.5 ℃,冬季室外计算相对湿度为74%。

2  商业建筑空调通风系统实测数据整理分析

商业建筑竣工验收合格后,于2018年6月22日正式开业运营,对从2018年7月至2019年3月的共9个月的数据进行整理分析,涵盖了商业建筑空调通风系统制冷、供暖主要季节,整理如下:

2.1  商业建筑内部空调季节室内温、湿度数据整理分析

结合人员热舒适性及节能因素,商业建筑空调室内计算参数(温、湿度):夏季:26 ℃,≤65%;冬季:18 ℃,≥30%。

为实时监测商业建筑内温湿度,在步行街区域设计6个温湿度监测点(图1),测点布置要求:1)传感器设置在客流密集区域或主要面客区,不得设置在客流冷区或通道里;附近不得有灯箱或发热设备;不得设置在角落等空气流动差的地方;2)传感器安装位置距离地面1.6~2 m,距离送风口边缘直线距离大于4 m,并调整送风口格栅角度,不能直吹传感器。具体测得数据见表1、表2。

图1  步行街温、湿度监控点位示意图

表1  温度点位实测数据平均值   单位:℃

表2  湿度点位实测数据平均值     单位:℃

从表1和表2可看出:商业建筑内空调季节(冬夏季)温、湿度满足人员舒适性要求,从实际空调效果来看,冷热水机组、室内末端、空调风水系统的整体设计是合理的。分析数据可以看出,湿度在7、8、9月份偏高,究其原因为:

1)商业建筑刚刚建成,围护结构内存储水份未完全干涸,不断散湿;

2)开业期间,客流量较大,人员潜热负荷大,一段时间之后,湿度逐渐下降,趋向于设计值。

2.2  商业建筑内部卫生舒适性(新风量、CO2)数据整理分析

根据不同业态面积及人员密度,设计总人数:16 122人,屋面均匀布置11台组合式新风处理机组,通过竖向新风管道将新风送至各层商铺,设计总新风量:32.5万m3/h,同时为提高商业建筑内人员舒适性,并维持空调区域微正压,并通过风平衡计算,在屋面各采光顶处均匀布置15台低噪声柜式离心排风机,总排风量:19.14万m3/h。

为实时监测商业建筑内部空气品质,在步行街区域设计6个CO2浓度值监控点位,并与所在区域内新风机组、排风机组联动,位置布置在温、湿度监测点位附近,实测数据见表3。

项目各点位CO2浓度均在浓度限值范围(2 000 mg/m3)以内,新风量设计合理,室内空气品质较高,满足人员舒适性需求。通过客流量统计分析,各月客流量人数不一,其中7月、8月客流量较多,11月、12月客流量较少,且各周周末人数较多,原设计新风机组时考虑成本因素,新风机组设计定频,建议:新风机组设置变频,并与各区域CO2监控点位联动,满足人员舒适性前提下,实时改变新风量,以节能新风机组耗电量。

表3  CO2浓度值监控点位实测数据平均值       单位:mg/m3

2.3  商业建筑年度能源消费数据整理分析

通过对大量实测数据整理,商业建筑制冷、供暖空调主要季节能源消费清单见表4。

表4  主要季节能源消费清单

根据数据可得出结论:主要空调季节内,耗电、耗气能源总消费7月份最多,8月份次之,10月份最小。

7、8月份夏季室外气温高,空调进入制冷模式,且客流量较大时,处理室外新风能耗也较大,故能源消耗也是最多的;10月份过渡季节(秋季)时,利用冷却塔免费制冷及全新风运行,能耗最低,约为9月份能耗的33%;11月份之后,商业建筑进入供暖模式,其中12月份、次年1月份能耗最大。整个空调期间,供暖模式能源消费相对于制冷模式能源消费要小,季节月平均消费,供暖模式约为制冷模式的:59.4%。

2.4  商业建筑单位建筑能耗数据整理分析

制冷、供暖空调期内,单位建筑能源消费见表5。

表5  制冷、供暖空调期内,单位建筑能源消费

由表5可见,制冷季节,7月份单位建筑能耗费最高,为6.41元/m2,平均制冷能耗费为4.15元/m2;供暖季节,12月份单位建筑能耗费最高,为3.63元/m2,平均供暖能耗费为2.53元/m2,供暖季平均能耗费约为制冷季平均能耗费的60.9%。7月—9月份制冷期单位面积总能耗为12.46元/m2,11月—次年3月份供暖期间单位面积总能耗为12.66元/m2(供暖季水泵、末端等设备耗电费用与耗气费用之和),10月份能耗费最低,为0.63元/m2,采用免费冷及全新风运行时,对于商场建筑具有明显的节能优越性。

2.5  商业建筑暖通空调单项耗电量数据整理分析

暖通空调用电设备中,冷冻站(冷水机组、水泵、冷却塔等)能耗占比最大,超过了整个暖通空调系统总能耗的三分之二(70.6%),因此,合理设计冷冻站系统成为整个暖通系统节能的关键所在。

受业主经济条件限制,冷水机组采用定频机组,如初投资许可时,建议部分冷水机组设置变频,可提高冷水机组部分负荷下的适用性,节省运行费用。

2.6  商业建筑冷水机组运行数据整理分析

商业建筑冷水机组选型上通过3台离心机加1台螺杆机的配置,可有效增加冷水机组在部分负荷时的匹配率,各台冷水机组运行数据见表6。

表6  各台冷水机运行数据

商业建筑内冷负荷变化较大,大部分时间处于10%~70%负荷区间,占整个制冷季节运行时间的90%左右,因此,合理选用冷水机组的装机容量、台数、匹配方式,对于制冷机节能运行是非常重要的。

2.7  室外焓值与冷却塔免费冷系统数据整理分析

商业建筑不设置内外分区,免费冷系统采用2台板式换热器,单台换热量:2 300 kW,约占商业建筑冷负荷的30%,冷却塔免费供冷系统主要用于过渡季采用风机盘管+新风的商铺,主力店、影院、超市等大空间节能运行方式采用全新风工况运行。

10月份室外空气平均焓值明显低于室内设计焓值,可作为冷却塔免费供冷的主要季节,其中,10月份实测耗电量最低,约为9月份能耗的33%,由此可见过渡季采用冷却塔免费冷及全新风运行节能的显著性。

3  实测调研

商业建筑在空调季节期内室内环境及空气品质均能满足人员舒适性要求,其中,运行初期,受围护结构及客流量影响,室内相对湿度较大,之后正常。

商业建筑在空调季节期内7月份耗电费用最大;12月份耗气量最大,供暖季平均能耗费约为制冷季平均能耗费的60.9%。7月—10月份制冷期单位面积总能耗为13.09元/m2,11月—次年3月份供暖期间单位面积总能耗为12.66元/m2,冬、夏空调季节运行费用相对较低。

冷冻站(冷水机组、水泵、冷却塔等)能耗占比最大,超过了整个暖通空调系统总能耗的三分之二(70.6%);冷负荷变化较大,大部分时间处于:10%~70%负荷区间,约占整个制冷季节运行时间的90%左右。因此,根据负荷分布特性,合理配置冷水机组,设计完善的制冷机组群控策略是提高制冷机组运行效率,降低空调系统运行能耗的重要手段。

商业建筑不同区域及业态(如餐饮、零售、主力店等)的照明、设备负荷、人员密度差异很大,为满足各租户使用需求,空调末端总冷量相对冷水主机装机容量可适当放大,系数为1.3~1.5,以保证各业态不同机组运行工况下的使用效果。

冷水机组如采用变频技术,可提高机组在部分负荷下的适用性,节省运行费用。过渡季采用冷却塔免费冷系统及全新风运行,节能效果较为明显。商业建筑现场实测数据较为全面,涵盖了制冷、供暖主要季节,通过实测数据整理分析,得出以上结论,对于商业建筑建筑,具有一定的代表性及可借鉴性。



本文选自《制冷与空调》2020年11月刊47-50页;作者:余红海  张秀平  王汝金  黄世山  毕功华  高峰  王辉;未经许可,不得转载


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