南京某办公楼新风系统设计与节能分析

江苏省洁能缘环境科学有限公司 李贺 王建忠

江苏省建筑设计研究院有限公司 王瑛 孙菁 吴滨

摘要：本文简要介绍了南京某办公楼的空调设计，冷热源采用风冷热泵机组，针对该工程新风量较大的特点，着重介绍了该项目的新风系统，对排风热回收设备进行了选型，采用了转轮式全热换热器，并对其进行了节能性和经济性分析。

关键词： 新风系统 转轮式全热交换器 节能

Abstract: This paper presents the air conditioning system design of Nanjing office building, and the project adopts air cooling heat pump device as heat and cold source. On account of the characteristic of large fresh air requirement, it emphasizes the fresh air system, and chooses the type of air-to-air energy recovery ventilation equipment. The wheel air-air enthalpy exchanger is adopted in the project. Also the energy saving and economic of this system are analysed in the paper.

Keywords: fresh air system, wheel air-air enthalpy exchanger, energy saving

1.工程概况

南京某办公楼位于南京河西中央商务区，总用地面积为13300㎡。办公楼位于地块东侧，建筑总高度为126.10m。地上建筑面积43500㎡，其中通信机房建筑面积7500㎡（空调系统另设）。地下两层，为汽车库及设备用房；地上共28层， 5~9层为通信机房，13层为避难层，28层为多功能厅，其余楼层为办公和会议。

2.空调负荷计算

2.1.室内、外设计计算参数：

室内：夏季干球温度25℃，相对湿度60%，焓55.8kJ/kg

冬季干球温度20℃，相对湿度40%，焓35.0kJ/kg

新风量30 m3/h.p，人均面积指标8 m2/p

照明采用暗装在空调房间吊顶玻璃罩内的荧光灯，照明功率密度指标13W/ m2

每人一台计算机250W，每层一台打印机300W，每层一台复印机500W

室外：夏季干球温度35℃，湿球温度28.3℃，焓91.5kJ/kg

冬季干球温度-6℃，相对湿度73%，焓-1.7kJ/kg

2.2.围护结构计算参数:

（1）外窗（包括透明幕墙）:

（2）屋顶：防水保温不上人平屋面，浅色面砖贴面，太阳辐射热吸收系数ρ= 0.50

传热系数 K=0.676W/（m2·K）

（3）外墙：

南面和北面干挂花岗石保温钢筋混凝土墙，传热系数 K=0.87W/（m2·K）

东面和西面干挂花岗石保温页岩多孔砖或钢筋混凝土墙，传热系数 K=0.864W/（m2·K）

2.3.负荷统计与分析

本楼采用HDY-SMAD暖通空调负荷计算及分析软件计算结果如下：

夏季最大总冷负荷(含新风/全热)为3972kW

夏季最大室内冷负荷为1988kW 

夏季新风冷负荷为1984kW

冬季最大总热负荷(含新风/全热)为-3107kW

冬季最大室内热负荷为 -784kW

冬季新风热负荷为 -2323kW

夏季总湿负荷为 697.1kg/h 

冬季总湿负荷为 492.7kg/h

空调负荷计算冷指标为110.3 W/m2

空调负荷计算热指标为86.3 W/m2

夏季新风冷负荷占总冷负荷的近50%；冬季新风热负荷占总热负荷的近75%。冬季负荷计算时，已扣除冬季得热修正系数0.1。维护结构采取节能措施后，其冷、热负荷明显降低。本工程由于人员较多，总新风量相对较大，新风负荷占总负荷的分额相对较高，新风能耗占空调总能耗的分额相对较高，因此新风系统的节能设计尤为重要。

3.空调新风和排风系统设计

大楼每层设新风机组，标准层每层新风量为7000 m3/h，十九层以上设计新风量66000 m3/h。大楼由于5—9层为通信机房，受建筑条件限制，排风竖井不能贯通，10层以上办公楼每层设排风机，每层排风量为4250 m3/h，总设计排风量为63750 m3/h，排风经由排风竖井上屋面。在屋面设能量回收机组，排风对新风进行预处理后排出，新风经能量回收机组进行预处理后进入新风竖井。过渡季时，打开新风和排风竖井上的电动阀进风，或开窗通风，关闭能量回收机组，其余各层新风机组直接采用室外新风，新风量应比排风量大约3.5%，以避免排风漏入新风。新风和排风系统流程示意如图。

4.能量回收机组设计选型

4.1 空调排风热回收装置的选型：

空调系统中的排风热回收装置按空气换热器的种类可分为板式（板翅式）、转轮式、热管式、热泵式等，按回收能量的性质则可为显热回收和全热回收。这些热回收装置因工作原理的不同而适用于不同的场合。

4.1.1板式(板翅式)

这种类型的显热回收装置多以铝箔为主,全热回收装置则以纸质等具有吸湿作用的材料为间质,使用效果的好坏主要取决于换热间质的类型和结构工艺水平。全热交换器效率较显热高,空气阻小,作用寿命长。适用于小风量或分区域设置热回收装置的场合。

4.1.2热管式

以热管束为换热器，用于显热回收。应用工质相变进行传热，在较小的温差下也能获得较大的传热量，非常适合于空调送排风小温差类型的换热系统。多在各类集中设置热回收装置的中小规模公共建筑中使用。

4.1.3转轮式

显热型的芯体材质多为铝箔,全热回收器芯体材质则已发展到分子筛芯体。转轮式热回收装置的特点是工艺比较成熟，适用于大型及特大型公共建筑中设置热回收装置，特别是大风量下结构尺寸相对较小。在3m/s的面风速下，最高换热效率可达80%。

4.1.4热泵式

其工作原理是将空调排风冷(热)量作为低温冷(热)源,利用热泵来获取高品位热能。这种类型的热回收装置效率高,不需要提供集中冷热源,减少了空调水管路系统，适用于小风量及分层设置热回收装置的场合。

针对以上各种热回收型式的比较并结合本工程的实际情况，采用转轮式全热回收装置，可以取得很好的节能效果。

4.2. 转轮能量回收机组选型

机组设计新风量为66000 m3/h，排风量为63750 m3/h。机组配置初效过滤器、转轮热交换器、及送、排风机段，风机电机功率为30KW,转轮驱动电机功率为0.75KW，机外余压为350Pa。图示如下：

5.节能分析

5.1.能量回收计算

空气能量回收装置的焓效率与温度效率是其最重要的技术指标，全热换热器的换热效率和回收能量按公式（1）和公式（2）计算：

η=100× (h1-h2)/ (h1-h3) （1）

q=ρV (h1-h2)/3600 （2）

式中- η—装置焓效率，%；

h1—新风进口空气焓值，kJ/kg；

h2?—出口空气焓值，kJ/kg ；

h3—排风进口空气焓值，kJ/kg。

q—机组热回收量，W；

V—风量，m3/h；

ρ—空气的密度，kg / m3。

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005第5.3.14条要求，排风热回收装置（全热和显热）的额定热回收效率不应低于60%。本设计以焓效率为指标，制冷时焓效率应大于60%，制热时焓效率大于65%。由于设计新风量与排风量并不相等，应采用排风量作为能量回收的计算风量。在设计工况下，转轮能量回收装置制冷时可以回收冷量436kW，占总冷负荷的约11%；制热时可以回收热量532kW，占总热负荷的约17%；全部用于预冷预热新风。

5.2.对冷热源设备选型的影响

本工程空调冷热源采用风冷热泵机组，同时使用系数0.85，冷负荷为3376kW,热负荷为2641kW。采用转轮能量回收机组利用排风预处理新风，回收的冷量为436kW，热量为532 kW。需配制冷量为2940Kw,供热量为2109 kW。根据南京冬季气象参数，要求热泵机组：夏季室外环境温度35℃时，提供7℃/12℃的冷水，冬季室外环境温度-6℃时，提供45℃/40℃的热水。以同一型号的风冷热泵机组，制冷量876 kW，制热量525 kW计算。未采用转轮能量回收机组时，需5台机组；采用转轮能量回收机组后，设计选用4台机组，系统总供冷量为3504 kW,总供热量为2100 kW。

未采用转轮能量回收机组时，热泵机组加水泵初投资约490万元；采用转轮能量回收机组后，热泵机组加水泵初投资约392万元，转轮能量回收机组约15万元，合计约407万元。

采用转轮能量回收机组后，冷热源部分初投资节约约83万元。

5.3. 配电量比较

采用转轮能量回收机组前后，空调系统总配电量统计对比如下表：

采用转轮能量回收机组后，总配电量节省约269 kW，约占暖通总配电量的15%。暖通配电量约占总配电量的58%，采用转轮能量回收机组后，节省的配电量约占总配电量的10.35%。

以《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005的设计参数为标准规定值，全年能耗下降到50%计算，通过采用转轮能量回收机组，空调系统的节能贡献率提高了约5.17%，空调系统的节能贡献率由原20%提高到25%。

5.4.运行费用分析

南京地区正常气候状态下，空调夏季运行四个月，冬季运行三个月，每月按22个工作日，每天运行九小时，满负荷率按70%计，办公空调电价按0.88元/ kWh计，空调系统总用电量及运行费用对比如下表：

采用转轮能量回收机组后，空调年运行费用节省约22.2万元。转轮回收机组年运行费用7.5万元，转轮回收机组的初投资一年就可回收。

6．结论

本工程设计中，采用转轮能量回收机组利用排风预处理新风，节约了冷热源初投资，降低空调系统总配电量约15%，降低项目总配电量的10.35%，提高节能贡献率5%，具有良好的节能效果！

设计中新风量按人员最多计算，建议采用新风变频装置，根据室内CO2浓度检测值增加或减少新风量。排风变频装置应同时使用，以保持房间的正压，降低能耗。