某写字楼变风量及能源与环境协调控制系统

    一、客户介绍

    某写字楼是广州的国际超甲级写字楼,配套了商务餐饮、商务会所、高级会议中心、环景大厅等功能。大楼标高309.4m,地下六层、地上七十一层,总建筑面积214355㎡,其中地上建筑面积为169243㎡,地下建筑面积为45112㎡。

    二、实施单位

    南方电网综合能源有限公司相关单位

    三、案例详情

    1、 技术原理及适用领域

    该写字楼空调系统采用温湿度独立控制空调方式,利用冷辐射板(内区房间)和主动冷梁(外区房间)控制房间温度、VAV新风系统控制房间绝对含湿量,实现了冷冻水的大温差、梯级利用,大大提高系统能效。此外,新风系统采用了房间绝对含湿量控制的VAV系统,房间绝对含湿量反映了房间的人流密度,VAV新风系统真正实现了需求化通风,新风机采用压力控制变频系统,降低新风冷却除湿能耗的同时减少风机的运行能耗。适用大型商业建筑,公共建筑等。

    2、 商业模式

    工程模式

    【项目亮点】

    该写字楼提出的“零能耗”设计理念大打“节能牌”,综合运用风力发电、太阳能发电、辐射制冷结合变风量置换通风、高性能幕墙、日光感应及人员感应控制等先进技术,是国际上首座综合运用这些技术的超高层建筑。

    3、 节能服务具体内容及项目实施情况

    3.1 基于绝对含湿量VAV控制的柔性中央空调系统设计

    3.1.1 冷热源系统

    本工程制冷系统总装机冷负荷为15964KW,由3组共6台640RT的大温差串联冷水机组制冷系统以及2台螺杆式热泵机组提供,冷水进出水温度为16/6℃;大楼59至71层办公楼的空调总装机冷负荷为1872KW,新风处理冷源由带全热热回收溶液除湿新风机组提供。

    本工程供热系统总装机热负荷为2000KW,由二台284.5RT的螺杆式水冷热泵冷热水机组提供,热水进出温度为34℃/39℃;大楼59至71层办公楼的空调总装机热负荷为453KW,由带全热回收的风冷热泵式溶液除湿新风机组提供。

图2 冷热源系统原理图



图3 主要设备表

    3.1.2 干式末端系统

    本工程9F-70F办公区域的空调系统采用温、湿度独立控制的柔性空调系统。新风承担室内的全部湿负荷和部分显热负荷,其余显热负荷由冷辐射板和主动冷梁承担。本工程的空调系统分内、外区系统,外区采用主动冷梁、内区采用金属吊顶冷辐射系统,外区主动冷梁可以及时的捕获外围护结构的得热和渗透进来的热湿空气,并加以处理,确保内区冷辐射板的安全运行。

图4 冷辐射板

图5 主动冷梁

    冷辐射空调系统房间的舒适温度通常可比传统空调高1-2℃,这样可以降低空调冷负荷,节省能源消耗;由于冷辐射系统为自然对流和辐射传热,没有循环风机,可以节省大量的风机能耗;另外温、湿度独立控制系统使用冷冻水的品位高低分明,冷辐射板和主动冷梁的供回水温度为16/19℃,为大温差冷冻水系统和冷冻水梯级利用系统创造了条件,大大提高了系统综合效率。

    3.1.3 VAV新风系统

    本工程新风采用VAV地板置换送新风空调系统,VAVBOX的送风量由房间绝对含湿量确定。另外采用压力控制的排气系统,控制房间的正压。

图6 VAV地板置换新风系统示意图

图7 VAV新风系统控制原理图

    VAV新风系统采用双级静压控制策略。第一级:楼层变风量控制,根据新风VAV阀门开度调节楼层电动风阀开度(变静压控制策略);第二级:新风机组变频控制,根据新风管静压变化调节新风机组风机频率(定静压控制策略)。

图8 新风压力无关VAV湿度控制模式

图9 新风VAV变静压控制策略逻辑图

    3.2 空调系统运行效果

    3.2.1 新风对房间含湿量控制的稳定性测试

    当室内湿度发生变化时,测试VAV风量控制室内绝对含湿量的稳定性。

    先将房间湿度处理到10.8g以下,当室内人员密度发生变化时,室内湿负荷也发生相应变化。开启VAV并将室内绝对含湿量设定为10.8g,观察并记录房间温湿度变化、VAV阀门开度以及风量变化情况。

    下午14:20,观测房间内无人,此时温度为24.4℃,含湿量为10.4g。14:30房间内陆续有人进入,房间湿负荷升高,15:30以后室内人员陆续走出房间,房间湿负荷降低,检测这段时间内房间温、湿度的变化情况,整理于图9;通过电脑终端观察各新风box的阀位状态,整理于图10。

图10 房间温度、含湿量、相对湿度变化曲线

图10显示:在房间湿负荷升高又降低的变化过程中,房间的干球温度和绝对含湿量基本保持恒定,房间含湿量一直保持在设定值10.8g以下,达到了恒温恒湿的设计要求。

图11 新风box的阀位和风量变化

    从图10可以看出,当房间人员增多导致湿负荷升高后,房间含湿量有上升趋势,此时新风box及时响应,增大阀位开度,新风量随之增大,很好地稳定了室内的绝对含湿量,使得室内含湿量一直保持在10.8g左右;当15:30房间内的人员陆续走出房间后,房间湿负荷变小,box阀位和新风量也相应的减小了。

    3.2.2 新风除湿过程测试

    对除湿新风系统的新风状态进行测试,整理得夏季新风的除湿处理过程如下图:室外高温、高湿气体经新风机组内置的带热回收热泵预冷除湿后,由新风机组内冷盘管进一步降温除湿后,利用内置热泵的热回收加热升温后,达到送风状态送入室内,承担房间全部湿负荷与部分冷负荷。

图12 实测新风机的新风处理过程

    3.2.3 空调房间热舒适性验证测试

    本工程VAV系统运行效果较优,空调房间温度和湿度均能满足舒适性需求,尤其对于9~70F采用温湿度独立控制系统的办公区域,房间湿度可准确控制在限定值以下,房间干球温度可控制在设定值上下0.3℃范围内。图13为13层办公区域各房间参数的控制界面截图,表1为测试房间白天空调时间内温、湿度数据。

图13 大楼13层控制界面截图

    由表1可看出,测试房间的设定绝对含湿量上限为12g/kg干空气,实际室内绝对含湿量在10.5~11.7g/kg之间,均未超过设定上限值;室内干球温度设定值为26℃,实测室内干球温度全天在25.7~26.3℃之间波动,即干球温度在设定值±0.3℃范围内波动。