作者：山東省建筑設(shè)計研究院 潘學(xué)良 李向東
引言
隨著人們生活品質(zhì)的提高，大家對室內(nèi)環(huán)境的要求也越來越高。作為改善室內(nèi)環(huán)境的集中空調(diào)系統(tǒng)也越來越普及。新風(fēng)系統(tǒng)作為集中空調(diào)系統(tǒng)必不可少的組成部分對室內(nèi)環(huán)境的舒適性起著非常重要的作用?！睹裼媒ㄖ┡L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（ GB50736–2012）、《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（ GB50189–2015）等規(guī)范相關(guān)條文均明確規(guī)定了公共建筑主要房間每人所需的最小新風(fēng)量；據(jù)此，設(shè)計人員在進(jìn)行工程設(shè)計時，通常是按照室內(nèi)人數(shù)最多時滿足新風(fēng)量供應(yīng)進(jìn)行設(shè)計。但是，實(shí)際運(yùn)行中，大多數(shù)時間段室內(nèi)人員都處于非飽和狀態(tài)，故大多數(shù)時間段新風(fēng)的供應(yīng)都是超出標(biāo)準(zhǔn)的。這不僅給使用方帶來了額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，還與國家要求的節(jié)能減排大趨勢相違背。#暖通設(shè)計#
本文結(jié)合工程實(shí)例，試圖分析集中空調(diào)的新風(fēng)節(jié)能潛力。
工程概況
項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市西客站片區(qū)，包括 A、 B、C、 D 四座辦公樓、裙房、地下車庫，總建筑面積為197932.13m2；地下 1 層為立體車庫；裙房 4 層，為商業(yè)； A、 C 座為 28 層塔式辦公樓，其中 1、 2 層為商業(yè)， 3~28 層為辦公，建筑高度113.85m； B、 D座為 12 層板式辦公樓，其中 1 層為商業(yè)，2~13 層為辦公，建筑高度 54.3m。
新風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能潛力
辦公建筑最大的特點(diǎn)就是人員密度相對較大且上班時間、用餐時間、加班時間停留在建筑內(nèi)人員數(shù)量變化較大，且會議室使用也是不定時的。參考其他對大型辦公建筑逐時、
分片統(tǒng)計、抽樣調(diào)查統(tǒng)計資料，發(fā)現(xiàn)該類建筑的同時在室人員變化規(guī)律基本是一致的。如圖 1、圖 2。
圖 1 給出了某辦公樓某日在室人員實(shí)時變化曲線?？梢?，每天平均在室人數(shù)，相當(dāng)于峰值同時在室內(nèi)人數(shù)的 50%；人員最少時段相當(dāng)于峰值同時在室內(nèi)人數(shù)的 22%。室內(nèi)的人員峰值經(jīng)常出現(xiàn)在10~11 時， 14~16 時；室內(nèi)的人員谷值經(jīng)常出現(xiàn)在12~13、 16~20 時。按照規(guī)范要求，辦公室新風(fēng)量應(yīng)根據(jù)全部人員同時出現(xiàn)在建筑內(nèi)進(jìn)行計算，也就是按照最大人員設(shè)計新風(fēng)量。但是在人員密度較小的時間段，按照最大新風(fēng)量供應(yīng)新風(fēng)，必然造成新風(fēng)冷量的浪費(fèi)。
按照圖 2 所示，辦公建筑峰值人員為 100%，均值人員與峰值人員比例為 50%，谷值人員與峰值人員比例為 22%。且整個工作時間段在室人員數(shù)量變化頻繁，基于上述數(shù)據(jù)，為集中空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)的變風(fēng)量運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)支持。
智能數(shù)字化新風(fēng)節(jié)能技術(shù)工作原理
智能數(shù)字化新風(fēng)節(jié)能技術(shù)是通過直流電機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)與空調(diào)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)空氣的品質(zhì)（ VOC 或 CO2 濃度）對新風(fēng)供應(yīng)進(jìn)行實(shí)時管理與調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)的按需分配，節(jié)省處理新風(fēng)負(fù)荷的能耗，達(dá)到主機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)全年運(yùn)行節(jié)能 50% 左右，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行節(jié)能 20% 左右。
在該技術(shù)中可結(jié)合各種空氣處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)的清潔、熱回收以及熱濕處理，為室內(nèi)空氣品質(zhì)提供最可靠的保障。
智能數(shù)字化新風(fēng)節(jié)能技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用
（1）A 座、 C 座辦公樓智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)形式
本項(xiàng)目 A 座、 C 座辦公樓三層以上辦公部分采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)。其中新風(fēng)機(jī)組采用內(nèi)冷式雙冷源獨(dú)立除濕新風(fēng)機(jī)組，每一樓層設(shè)置一臺內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)機(jī)組。新風(fēng)從機(jī)房室外取自，排風(fēng)通過管井排至屋頂。其中 3~12 層機(jī)組共用一管井，在13 層設(shè)置一臺數(shù)字化節(jié)能離心風(fēng)機(jī)箱，從管井抽風(fēng)排至室外； 14~28 層機(jī)組共用一管井，在屋面層設(shè)置一臺數(shù)字化節(jié)能離心風(fēng)機(jī)箱，從管井抽風(fēng)排至室外。本工程能源中心設(shè)于地下一層，為 A、 C 座提供 14/19℃ 冷水（夏季）及 55/40℃（冬季）熱水。冷源采用電制冷離心式冷水機(jī)組 + 水蓄冷；熱源采用高壓電極式鍋爐 + 水蓄熱；過渡季節(jié)采用冷卻塔供冷。
本系統(tǒng)中由于采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，夏季新風(fēng)必須要深度除濕才能承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷。新風(fēng)機(jī)組設(shè)有全熱回收裝置，新風(fēng)在經(jīng)全熱回收裝置預(yù)冷后，再經(jīng)過前后兩組盤管進(jìn)行冷卻除濕，其中前盤管為冷水盤管，夏季以 14/19℃ 高溫冷水為冷媒，用于新風(fēng)預(yù)冷處理；后盤管為直接蒸發(fā)盤管，用于新風(fēng)深度除濕。在機(jī)組排風(fēng)側(cè)，排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后，再經(jīng)過一個蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，對排風(fēng)進(jìn)行二次全熱回收，同時帶走除濕冷源的冷凝熱。排風(fēng)熱回收效率不小于 80%。
經(jīng)除濕新風(fēng)機(jī)組處理的干冷新風(fēng)，設(shè)計送風(fēng)參數(shù)為干球溫度 20℃，含濕量 8g/kg。冬季新風(fēng)經(jīng)全熱回收裝置預(yù)熱后，利用前盤管的系統(tǒng)熱水，對新風(fēng)進(jìn)行加熱處理。在機(jī)組排風(fēng)側(cè)，排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后，直接排向室外。排風(fēng)熱回收效率不小于70%。冬季風(fēng)機(jī)盤管熱媒水及新風(fēng)機(jī)組熱媒水采用 55/40℃ 熱水，熱源來自電蓄熱全量蓄熱系統(tǒng)。冬季采用帶殺菌功能的循環(huán)式濕膜加濕裝置進(jìn)行空氣加濕，加濕源為自來水。其新風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)造如圖 3。
本系統(tǒng)中內(nèi)冷式新風(fēng)機(jī)組采用數(shù)字化直流無刷EC 風(fēng)機(jī)。內(nèi)冷式新風(fēng)機(jī)組壓縮機(jī)采用可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，并自帶控制系統(tǒng)。主要控制內(nèi)容為：夏季：根據(jù)送風(fēng)溫度、濕度控制水閥開度（調(diào)節(jié)預(yù)冷水流量）和壓縮機(jī)冷量調(diào)節(jié)；冬季：根據(jù)送風(fēng)溫度控制水閥開度調(diào)節(jié)熱水流量、根據(jù)回風(fēng)相對濕度控制加濕量；過渡季節(jié)：采用冷卻塔供冷時，控制過程同上。當(dāng)沒有預(yù)冷水水源時，可獨(dú)立開啟壓縮機(jī)進(jìn)行新風(fēng)除濕。根據(jù)回風(fēng) CO2 濃度控制送、回風(fēng)量。數(shù)字化節(jié)能離心風(fēng)機(jī)箱采用數(shù)字化直流無刷 EC 風(fēng)機(jī)，并自帶控制系統(tǒng)。主要控制內(nèi)容為：根據(jù)對應(yīng)內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)機(jī)組的排風(fēng)量的變化，自動變風(fēng)量運(yùn)行，以維持排風(fēng)管井壓力恒定。
（2）B 座、 D 座智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)形式
B 座、 D 座二層以上辦公部分采用獨(dú)立智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)，獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)采用屋頂設(shè)置集中熱回收新風(fēng)機(jī)組、分層設(shè)置送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)的形式。
分層送、排風(fēng)機(jī)均采用數(shù)字化直流無刷電機(jī)，額定風(fēng)量按滿足過渡季節(jié)送風(fēng)需求確定，空調(diào)季節(jié)滿足人員最小新風(fēng)量要求，過渡季節(jié)送風(fēng)量可滿足最小新風(fēng)量的2倍。每層回風(fēng)總管處設(shè)置CO2傳感器，根據(jù) CO2 濃度控制送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，排風(fēng)機(jī)滿足送風(fēng)量的 90%。
集中轉(zhuǎn)輪熱回收新風(fēng)機(jī)組額定風(fēng)量取每層最小新風(fēng)量之和，全熱回收效率不小于 60%。采用表冷器夏季制冷、冬季供熱，冬季采用帶殺菌功能的循環(huán)式濕膜加濕裝置進(jìn)行空氣加濕，加濕源為自來水。
集中熱回收新風(fēng)機(jī)組的送、排風(fēng)機(jī)均采用數(shù)字化直流無刷電機(jī)，由數(shù)字化新風(fēng)控制系統(tǒng)分別計算每層實(shí)際送、排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量之和，從而進(jìn)行變速調(diào)節(jié)。
集中熱回收新風(fēng)機(jī)組的冷熱源與商業(yè)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)共用地源熱泵系統(tǒng)。
過渡季節(jié)，屋頂熱回收新風(fēng)機(jī)組的轉(zhuǎn)輪停止運(yùn)行，同時，送、排風(fēng)側(cè)分別并聯(lián)設(shè)置與熱回收機(jī)組送、排風(fēng)機(jī)同風(fēng)量的數(shù)字化風(fēng)機(jī)，該送、排風(fēng)風(fēng)機(jī)與熱回收機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行滿足過渡季節(jié)加大新風(fēng)量的需求。
本工程能源中心設(shè)于地下一層，為 B、 D 座提供 7/12℃ 冷水（夏季）及 55/40℃（冬季）熱水。冷熱源均采用地源熱泵系統(tǒng)。
其新風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)造如圖 4 所示。
屋頂熱回收新風(fēng)機(jī)組、分層數(shù)字化送、排風(fēng)機(jī) 均自帶控制系統(tǒng)。主要控制內(nèi)容為：熱回收新風(fēng)機(jī)組：根據(jù)送風(fēng)溫度控制冷熱水流量、冬季根據(jù)回風(fēng)相對濕度控制加濕量、防凍控制、根據(jù)分層風(fēng)量控制總風(fēng)機(jī)風(fēng)量，新風(fēng)電動風(fēng)閥與機(jī)組聯(lián)鎖啟閉；分層數(shù)字化送排風(fēng)機(jī)：根據(jù)回風(fēng) CO2 濃度控制送、回風(fēng)量，分層電動風(fēng)閥與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖啟閉；過渡季節(jié)加大新、排風(fēng)量控制。
常規(guī)新風(fēng)系統(tǒng)及其特點(diǎn)
傳統(tǒng)的辦公建筑新風(fēng)系統(tǒng)，通常設(shè)計為新風(fēng)分散或集中采集、分散處理的系統(tǒng)形式，如圖 5 所示。
該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
（ 1）新風(fēng)系統(tǒng)多為定風(fēng)量系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)人員變動、新風(fēng)需求變化時，無法按照實(shí)際情況進(jìn)行及時調(diào)整，因此導(dǎo)致新風(fēng)能耗居高不下。在實(shí)際工程中，為降低新風(fēng)能耗，在設(shè)計時會刻意降低新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)（如開敞辦公室等區(qū)域一般低于 30m3/ 人），有時甚至?xí)怨?jié)能的名義關(guān)掉新風(fēng)機(jī)。
（ 2）為便于調(diào)節(jié)，高層辦公建筑的新風(fēng)系統(tǒng)多設(shè)計為（豎井）集中采集、分散處理的分層或分區(qū)設(shè)置模式。同時，因?yàn)樵O(shè)備管理需要，通常要分層或分區(qū)設(shè)置新風(fēng)機(jī)房。這樣，一方面增加了設(shè)備用房的面積，同時也給設(shè)備管理帶來了一定困難。
（ 3）現(xiàn)有新風(fēng)系統(tǒng)通常只設(shè)有初效過濾器，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)新風(fēng)品質(zhì)的保障需求。按照當(dāng)前北方地區(qū) PM2.5 的超標(biāo)情況，新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)置高中效（ F8~F9）或高效（ H10~H11）過濾器，才能使新風(fēng)質(zhì)量有所保障。但加裝過濾器帶來的管理問題和能耗增加問題，又使得用戶望而卻步。
總結(jié)
（ 1）智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)空氣的品質(zhì)（ VOC 或 CO2 濃度）對新風(fēng)供應(yīng)進(jìn)行實(shí)時管理與調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)的按需分配、變風(fēng)量運(yùn)行。
（ 2）智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)與自動控制技術(shù)、空調(diào)技術(shù)相結(jié)合，可以節(jié)省處理新風(fēng)負(fù)荷的能耗，實(shí)現(xiàn)主機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能。
（ 3）智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)與雙冷源空調(diào)機(jī)組結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)能，而且可以實(shí)現(xiàn)空調(diào)末端在夏季“干工況”運(yùn)行，使空調(diào)系統(tǒng)不再受到冷凝水和“濕表面”的困擾，可有效避免空調(diào)系統(tǒng)對環(huán)境的二次污染。
（ 4）對于設(shè)置新風(fēng)豎井的辦公建筑，智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)采用集中處理（新風(fēng)的清潔、熱回收及熱濕處理），分層輸配的系統(tǒng)模式，便于設(shè)備的管理和維護(hù)。
（ 5）智能數(shù)字化新風(fēng)系統(tǒng)包含完善的智能控制系統(tǒng)、智能新風(fēng)終端、數(shù)字化新排風(fēng)輸配單元及數(shù)字化新風(fēng)站等。可實(shí)現(xiàn)新風(fēng)量、新風(fēng)送風(fēng)溫度、濕度精確控制。