南京青奥中心暖通空调系统节能设计

郭友明;柏文

【摘 要】介绍了南京青奥中心项目暖通空调系统设计采取的主要节能措施,重点对空调冷热源方案进行了节能性对比分析,阐述了在主要设备选型,超高层塔楼空调水系统分区,空调水系统运行等环节节能设计的考虑,并介绍了热回收,分层空调,全新风运行等节能措施在该项目中的应用. 【期刊名称】《建筑热能通风空调》 【年(卷),期】2017(036)009 【总页数】5页(P95-98,46)

【关键词】节能;冷热源;余热利用;水系统分区;热回收;分层空调;全新风运行 【作 者】郭友明;柏文

【作者单位】深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司;深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司 【正文语种】中 文

南京青奥中心是2014年南京青奥会重点配套项目之一，总用地面积52020.86 m2，总建筑面积约48万m2，由会议中心及两栋超高层塔楼组成，会议中心总建筑面积约19.34万m2，总高度46.90 m。地上6层，地下2层（局部设夹层），包括一个1967座的大会议厅，一个507座的音乐厅，4个面积1000～1800 m2的多功能厅和57个中小会议室，另配有贵宾厅、大堂、中央大厅、商业、展览、餐饮、厨房及地下车库等功能。两栋超高层塔楼总建筑面积约28.66万m2，其中

塔1地上共58层，高255.20 m，主要功能为会议酒店和酒店式公寓，塔2地上共68层，高314.5 m，主要功能为办公和五星级酒店。两栋塔楼共用一栋五层裙房，裙房高27.5 m，主要功能为酒店大堂、办公大堂、餐厅、包间、多功能厅、厨房、商业、SPA、健身房、游泳池等。塔楼地下共三层，最低-13.2 m，主要用作汽车库，机电设备用房，酒店及办公后勤配套用房等。

青奥片区内设有区域能源中心，以电厂余热蒸汽为能源，可为包括青奥中心在内的各单体建筑提供空调冷热源。故本项目可采用余热利用方案，也可自建冷热源，需对比分析决定。

各区域空调计算冷热负荷列于表1。采用负荷频率表法计算全年空调负荷，该法首先对室外空气干球温度进行分析统计，得到不同干球温度频率数，然后计算出各室外温度下的空调冷负荷或热负荷，之后累计计算出全年空调冷负荷和热负荷。具体计算公式见文献[1]。

取供暖至供冷的室外转换温度为12℃，夏季空调室外计算温度为34.8℃，冬季空调室外计算温度为-4.1℃。会议中心，考虑15h使用空调（7:00～22:00），办公考虑11 h使用空调（7:00～18:00），酒店及公寓，考虑全天24 h使用空调，取用文献[2]的南京地区全年逐时气象参数整理得温频参数，计算得到各区域全年制冷、制热负荷如表2。

余热利用方案，制冷考虑采用蒸汽驱动溴化锂吸收式制冷机组，制热采用汽-水板式换热机组，以下简称方案一。自建冷热源方案有多种，以最为常见，也较为适合本项目水冷冷水机组+锅炉为例，以下简称方案二。为计算两个方案全年能耗，对主要能耗设备进行选型，如表3～4。计算分析时暂不考虑室内侧能耗。 采用当量满负荷运行时间法计算各主要设备的全年能耗，计算公式见文献[1]。两种方案涉及到电、蒸汽、天然气三种能源，为便于比较，均折算为标准煤，标准煤发热量取29300 kJ/kg。电厂发电效率取0.35，电网的输配效率取0.97[3]。天然

气发热量取35577 kJ/m3。抽取蒸汽减少发电量按抽汽、凝汽的比焓差与抽汽量之乘积，再乘以转换效率计算。抽汽状态为1.0 MPa，凝汽按常规低压电厂低压凝汽机组排汽状态0.05 MPa取值，转换效率为汽轮机相对内效率与机械效率之乘积，相对内效率按文献[4]取为88%，机械效率取为98.5%，经计算，每抽取1 t蒸汽，损失发电量115.3 kWh，折合标准煤41.7kg。折算后的各主要设备全年能耗如表5～6。

可见各区域方案一的制冷及制热能耗均比方案二低，其相对节能率如表7。可见方案一节能特性较明显，因此推荐采用余热利用方案。最终实施方案中，除因酒店管理公司运营管理的要求，五星级酒店冷源采用电制冷机组外，会议中心，塔楼办公，会议酒店冷热源以及五星级酒店热源均采用余热利用方案。实施方案全楼能耗及节能率如表8。

空调水系统分区是超高层建筑空调系统节能设计的关键之一。如果分区过多，势必增加中间换热次数，造成能源利用效率降低，研究表明，每增加一级换热，供冷效率下降20%左右[5]。因此在安全可靠的前提下，应尽量减少中间换热次数。 最终确定的分区方案为：塔1的1～25层为低区（含地下室及裙房），26～58层为中区。塔2的6～25层为办公低区，26～35层为办公中区，36～41层为酒店中区，42～68层为酒店高区。以塔2五星级酒店为例，图1为其空调水立管示意图，可见对于五星级酒店中区，制冷站冷水在25层换热后提供夏季和过渡季节空调冷水，蒸汽在25层换热后提供冬季和过渡季节空调热水；对于五星级酒店高区，制冷站冷水在25层换热后，通过加大立管和换热机组的承压能力，供至41层水平管，再提供42～68层夏季和过渡季节空调冷水。蒸汽在41层换热后提供冬季和过渡季节空调热水。其余各区空调空调供回水方案为：塔1低区，能源中心冷热水在地下室换热后提供夏季空调冷水和冬季空调热水，辅助能源站冷水直接提供过渡季节冷水，蒸汽在地下室换热后提供过渡季节热水；塔1中区，能源中心冷

热水供至11层，换热后的冷、热水通过加大立管和换热机组的承压能力，供至26层水平管道，再供至27～58层使用，辅助能源站冷水在26层换热后提供过渡季节冷水，蒸汽在地下室换热后，在26层再次换热提供过渡季节热水；塔2办公低区能源中心冷热水在地下室换热后提供夏季空调冷水和冬季空调热水，辅助能源站冷水直接提供过渡季节冷水，蒸汽在地下室换热后提供过渡季节热水。塔2办公中区，能源中心冷热水在11层换热后，提供夏季空调冷水和冬季空调热水，辅助能源站冷水在11层换热后提供过渡季节空调冷水，蒸汽在11层换热后提供过渡季节空调热水。

可见，优化设计后，除塔1中区过渡季节热水之外，其余所有分区空调冷热水最多仅经过一次中间换热，利于节能运行。

超高层建筑空调水输送距离大，适当加大供回水温差，有利于减少输送能耗。本工程空调末端侧设计供回水温度7℃/13.5℃，供回水温差为6.5℃，按水泵功率与流量的三次方成正比的理论，相比常规空调系统供回水温差为5℃，可节省输送能耗约45%。

空调水系统采用变流量系统，风机盘管回水管路设计有电动二通通断阀，空调机组设比例积分调节阀，空调冷、热水泵根据室内负荷的需求，变频运行，节约输送能耗。冷水进、出水主管间设压差旁通阀。

塔楼酒店客房以及公寓新风在避难层空调机房内处理后通过竖井送至各层，而卫生间排风通过竖井在避难层收集后排出，具有应有热回收新风系统的良好条件。会议中心五层、六层会议室，总面积大，人员密集，新风量大，因此也设计有热回收新风系统。室外新风经过滤后，通过转轮，与排风进行热交换，换热之后的新风再处理到送风参数，全热回收焓效率在60%以上，可节约新风能耗60%左右。会议中心多功能厅，餐厅等场所，人员密集，新风量大，条件允许时也设计为热回收型全空气系统，新风与排风热交换后，与回风混合，再处理至送风参数。

大会议厅总高度27 m，音乐厅总高度15 m，大会议厅入口门厅总高度27 m，中庭公共区域总高度37.8 m，会议酒店入口大堂总高度10 m，五星级酒店入口大堂总高度20 m，且门厅，中庭，大堂等场所或顶部为玻璃天窗，或四周有大面积玻璃幕墙，空调负荷较大，由于气流热浮升作用，热量将聚集在顶部，将增大向人员活动区以辐射和对流方式转移的冷负荷。设计时采取的主要措施：①采用分层空调，仅对人员活动区域进行空调，与全室空调相比，可以有效降低设备的容量，设计时空调设备供冷量按全室冷负荷的70%考虑，大会议厅，音乐厅采用座椅送风，其余场所在底部一层的高度设喷口送风。②顶部设机械排风，夏季开启排风机将大堂顶部的滞留热量及时排出，考虑排风量不能过大，否则将对空调区气流起卷吸作用而增大空调负荷，设计参考文献[1]，按非空调区换气次数3次/h计算排风量，排风系统单独设置困难的场所，用排烟风机兼做平时排风使用，风机变频控制，平时按空调排风风量运行，火灾时切换至最大风量。③塔楼主要出入口采用旋转门，且设置门斗，次要出入口均设计热风幕，减小冬季冷风侵入。

在过渡季节，室内外温差较小，围护结构负荷较小，但对于多功能厅，餐厅等场所，由于照明、人员以及食物等散热，还存在一定的室内负荷需要消除，如能引入室外新风作为免费冷源，就可减少过渡季节制冷设备开启时间。根据文献[6]推荐的舒适性空调的室内设计参数范围，冬季室内设计温度最低可采用18℃，相对湿度可采用30%，此时室内空气焓值为27.981 kJ/kg·干；夏季室内设计温度最高可采用28℃，相对湿度最大可采用65%，此时室内空气焓值为68.223 kJ/kg·干。理论上，当室外空气焓值高于68.223 kJ/kg·干时，应尽量减小新风量，并开启空调制冷，当室外空气焓值低于27.981 kJ/kg·干时，应尽量减小新风量，并开启空调制热。当室外空气焓值介于此二值之间时，可引入室外新风消除室内余热，如果新风量足以满足消除室内余热的通风量要求，即可完全关闭空调制冷。然而对于冬季和夏季，室外空气焓值介于此二者之间的时刻较少，分布也不连续，因此全新风运行仅考虑

在过渡季节，南京地区过渡季节一般为4月，5月，10月，11月，对文献[2]提供的南京全年逐时气象参数进行统计，可得到4，5，10，11月室外新风焓值分布表如表9，可见过渡季节有约76%的时间可利用新风消除室内余热，鉴于此，本工程会议厅，音乐厅，多功能厅，餐厅，门厅，大堂，商业等采用全空气系统的场所，在新风口和新风管设计时，均考虑全新风运行的要求，对于会议厅，音乐厅，多功能厅等相对密闭的场所，设置排风系统，以保证全新风运行时室内处于微正压。 1）地下汽车库设CO浓度探测装置，排风风机设变频控制，根据CO浓度控制排风量。

2）所有空调系统补水点设计量装置。空调系统按使用区域进行划分，并设计量装置。

3）选择较高效率的水泵和风机，控制风系统的作用半径，确保水泵的耗电输冷（热）比，风机的单位风量耗功率满足国家和地方相关节能规范的要求，减少输送能耗。

1）南京青奥中心项目空调冷热源利用电厂余热，节能效果明显，实施方案与冷水机组+锅炉的方案相比，全年节能率约20%。

2）本项目超高层建筑除塔1中区过渡季节热水之外，其余所有分区空调冷热水最多仅经过一次中间换热，有利于节能运行。

3）合理采用大温差，热回收，分层空调，全新风运行等节能措施，可以为降低空调系统能耗做出贡献。

【相关文献】

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[2]中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社,2005

[3]王小芝,李雅昕,张旭.某办公大楼空调冷热源方案比较[J].制冷空调与电力机械,2007,28(1):37-40 [4]郑体宽.热力发电厂(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2010

[5]王丽.烟台某超高层建筑空调设计[J].制冷与空调,2015,29(3):283-285

[6]电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2005