引言

　　我国公共建筑用能占城镇建筑非采暖用能的48%，每年消耗约2 400亿度电。公共建筑中央空调系统的耗电量占其总电耗的40%〜60%。如何降低公共建筑空调系统的能耗对于整个建筑的节能有至关重要的作用。全国人大机关办公楼设计以《绿色建筑评价标准》为依据，在投资较低的情况下，采用了多项适宜的绿色节能技术，确保各个系统在安全、可靠的前提下，力求经济，体现了节能、环保、可持续发展的设计理念。

　　冷源采用冰蓄冷系统

　　本工程空调(新风)机组冷源采用部分负荷蓄冰、双工况主机与蓄冰装置串联、主机上游的蓄冰供冷系统，蓄冰装置采用蓄冰盘管，内融冰。冰蓄冷空调的原理就是根据冰的蓄热特性，尽可能利用非峰值时期的电力，使冷水机组在满负荷条件下运行，将空调系统所需的制冷量蓄存在冰中，当建筑出现空调负荷时，使用蓄存在冰中的冷量满足空调系统的需求。

　　冰蓄冷系统有以下特点：

　　(1) 冰蓄冷系统可以转移高峰电力负荷。冷水机组在夜间电力低谷时间运行，蓄存冷量，白天电力高峰时间用蓄冷量来供应空调负荷，少开或不开冷水机组。通过转移冷水机组用电时间的方法，起到了转移高峰电力负荷的作用。

　　(2) 冰蓄冷系统可以降低电气设备容量和制冷设备的容量。采用冰蓄冷设备，冷水机组的容量小于常规空调系统，相关设备如冷却塔，水泵等的容量也会随之减小，相应的电气设备如变压器等的容量也会减小。

　　(3) 冰蓄冷技术的使用降低了空调系统的运行费用。实施峰谷电价的地区，采用低谷电越多，运行费用越节省。

　　(4) 冰蓄冷系统的初投资和常规空调系统相比较，略有增加。采用冰蓄冷设备会增加一部分初投资，但是由于电气和冷水机组的容量比常规空调系统小，空调输配系统可以采用冷冻水大温差，空调系统水泵容量也随之减小。综合来看，冰蓄冷空调系统初投资于常规空调系统相比略有增加。

　　根据《北京市电网峰谷分时销售电价表》，夏季北京峰谷电价比大于3:1有利于在北京地区采用冰蓄冷系统。本工程使用性质主要为办公，负荷比较集中且负荷发生在用电高峰时期，夜间负荷相对较小。同时本工程为新建建筑，地下室有合适的空间布置蓄冰装置。结合以上特点，经过技术经济比较决定冷源采用冰蓄冷系统。

　　输送系统采用冷冻水大温差

　　所谓冷冻水大温差是针对常规系统而言，是指冷冻水供回水温差大于5℃的空调水系统。《公共建筑节能设计标准》规定：“冷水机组的冷水供、回水设计温差不应小于5℃。在技术可靠、经济合理的前提下宜尽量加大冷水供、回水温差。”近年来许多研究结果表明：加大冷冻水供回水温差对输送系统减少的能耗大于由此导致的设备传热效率下降所增加的能耗，因此对于整个空调系统来说具有节能效益。本工程采用冰蓄冷系统作为空调冷源，蓄冰装置出水温度3℃，经过板式换热器变成水温为5℃的冷冻水供水，空调(新风)机组冷冻水系统采用8℃供回水温差。采用冷冻水大温差输送系统减少了水管的截面积，竖向管井面积得以压缩，各处吊顶内水管所占的空间也相应减少，为提高吊顶标高创造了条件。

　　温湿度独立控制系统

　　温度和湿度调节是空调系统的两大功能，夏季空调的作用是对空气进行降温和除湿处理，其中除湿的能耗占空调总能耗的30%〜50%。在空调系统中，对空气的降温处理仅要求冷源的温度低于空调房间的干球温度，对于空气的除湿处理要求冷源低于房间空气的露点温度，并都需要考虑相应的传热温差和介质输送温差。

　　例如：空调系统夏天要求办公室干球温度为26℃，相对湿度60%，对应空气的露点温度为17.7℃，此时房间干球温度与露点温度相差较大，对空气的降温和除湿处理要求的冷源温度也相差很大。考虑5℃传热温差和5℃介质输送温差，仅考虑降温，冷源温度为16℃即可，若兼顾考虑除湿，系统的冷源温度需要为7.7℃，两个冷源的要求差异较大。传统的空调系统基本都是采用一个冷源对空气进行降温和除湿，因而造成能源品位的浪费。另外当建筑物实际需要的显热潜热比在较大范围内变化时，传统的空调系统往往不能满足实际需要。一般情况下均通过牺牲对湿度的控制仅满足室内温度的要求来实现，这样会造成室内湿度过高或过低。

　　温湿度独立控制系统是通过不同的系统分别控制空调系统室内的温度和湿度。由新风机组承担室内全部潜热负荷和部分显热负荷，室内剩余显热负荷由显冷设备承担。该系统将室外新风除湿后送入室内，可用于消除室内余湿，并满足室内新鲜空气的要求。同时可以使用16〜20℃高温的冷水，通过显冷设备来消除室内显热。可采用的显冷设备一般包括干式辐射末端(如：冷辐射吊顶)和干式风机盘管机组。采用该系统既可以避免采用一个冷源对空气进行降温和除湿时为了调节相对湿度进行再热而导致的冷热抵消，采用高温冷源消除室内显热，使冷源设备的效率大幅度提高。该系统对于热、湿的处理过程可分别实现优化控制，对建筑物室内环境节能具有重要的意义。

　　同时，由于风机盘管不承担潜热负荷即风机盘管在干工况下运行，可以避免冷凝水因集水盘堵塞造成漏水的现象，避免冷凝水水盘滋生细菌产生污染的问题。其次，由于室内显热由风机盘管承担，新风机组的送风量仅为系统所需新风量，新风机组尺寸要小于处理相应面积负荷的空调机组尺寸，机房面积相应减少，风道所需截面积也大为减少，吊顶高度得以提高。

　　模拟技术的应用

　　为了解决冷源方案选择问题，利用建筑能耗模拟软件DeST计算建筑的全年逐时负荷，并按不同冷源系统确定不同方案的设备容量，接着根据全年逐时冷负荷计算供冷季冷源侧的全年运行能耗，然后根据电力部门颁布的峰谷差价与冷源侧运行能耗计算各方案的初投资与运行费，最后分析和比较各方案的技术性和经济性，最终确定了冷源方案。

　　建筑各层使用功能主要是办公及会议，且建筑天花布局方案已经确定，如何设置空调送、回风口，如何布置新风、排风口，确保房间内温度、风速的均匀性成为暖通设计要解决的首要问题。为此采用计算流体力学软件PHOENICS，对典型房间的温度、速度场进行模拟，调整各种风口的大小及位置，既满足房间舒适度要求，又满足建筑天花布局的美观要求。

　　太阳能热水加热系统

　　太阳能是一种储量巨大、无污染的可再生能源。利用太阳能加热生活热水是一种最直接的利用太阳能的措施。设置太阳能集热器需要与建筑专业协调配合，不影响建筑立面，位置日照条件好，不受朝向影响，不易受到遮挡，可以充分接受太阳辐射。本工程在建筑屋面设置U型管防冻太阳能热水加热系统，可全年对生活热水进行预热，充分利用太阳能资源，并作为市政热网检修期的备用热源(电锅炉作为辅助热源)。节省热水加热能源，降低运行费用。可避免由于设置锅炉对建筑物和环境产生的不利影响及增加的能耗。每年可节省约240MWh的加热量。

　　总结

　　全国人大机关办公楼采用冰蓄冷系统比常规冷源系统减少冷源侧设备用电量：17.3%，采用双冷源系统比常规冷源系统增加初投资：12.8%，每年节省运行费用：23.1%。采用冷冻水大温差输送系统，减小了竖井面积，提高了吊顶高度。采用温湿度独立控制空调系统，风机盘管干工况运行无冷凝水，避免冷凝水盘处滋生细菌，同时采用温湿度独立控制系统缩小了机房面积，减小了送风管道截面，提高了吊顶高度。采用能耗模拟软件辅助设计，模拟全年建筑物逐时负荷变化，为系统能耗分析提供了必要的数据。采用计算流体力学软件模拟房间内温度、速度场的变化，作为与建筑天花配合的指导依据。采用U型管防冻太阳能热水加热系统每年可节省约240MWh的加热量。

　　主要设计人：张铁辉、林伟、杨扬、刘强、贾洪涛、陈媛、牛满坡、苏建松

　　设计时间：2007年〜2008年

　　摄影：杨超英

　　作者：杨扬，北京市建筑设计研究院 4M1工作室工程师

　　张铁辉，北京市建筑设计研究院 副总工程师 4M1工作室室主任、室总工程师教授级高级工程师

　　收稿日期：2011年5月