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北京某办公楼温湿度独立控制空调系统的冷水温度选取浅析杨嫒茹许东晟（东南大学建筑设计研究院有限公司，南京）摘要：温湿度独立控制空调系统具有明显的节能效果，但完全由高温冷源处理室内显热负荷而不考虑湿负荷，在实际工程中具有不确定性。本文在此基础上，结合工程应用实际，利用某建筑性能分析平台计算该建筑物的全年逐时负荷，对比了种冷水供回水温度 、下的空调年能耗量和碳排放量，最终选取 作为该项目的冷水供回水温度。关键词：温湿度独立控制；节能；年能耗量；碳排放量；冷水温度杨嫒茹，女，年生，硕士研究生，高级工程师 江苏省南京市四牌楼号东南大学建筑设计研究院有限公司 ：收稿日期：引言建筑运行能耗中暖通空调能耗所占比例最大，减少暖通空调能耗是减少建筑运行能耗的关键。为了减少暖通空调能耗，众多提高空调系统能效的技术和方法研究中，温湿度独立控制空调系统（简称 ）是目前公认的节能技术之一，较常规的热湿耦合空调系统更节能的研究成果频出。但是目前典型的 系统都是基于显热处理和潜热处理完全分开的研究，干式风机盘管和辐射顶板是 系统中常用的类空调显热末端，而潜热处理通常采用溶液调湿系统或者冷冻除湿。显热处理仅仅处理全部或者部分室内显热负荷，因此供回水温度通常都比较高，通常 即可满足夏季房间温度 的要求（传热温差和介质输送温差）。张涛等人通过研究对比得出，选取干式风机盘管时推荐的冷水设计供回水温度为 ，但是并未提到潜热处理的能耗和相关参数。因为要处理潜热负荷和新风负荷，所以新风冷源的温度也会比较低，比如 ，研究人员提出冷水机组以 出水、采用水侧大温差三级运行来实现温湿度独立控制。因为新风系统处理的水温比较低，所以新风的送风温度比较低，送风温度约为 ，室内的露点温度为 ，为了避免吹风感，提高舒适性，可以采用诱导型低温风口送风，还可以采用置换送风方式等等。这种系统相比于常规的空调系统无疑是节能低碳的，但是新风系统独立使用冷热源，完全处理潜热负荷和新风负荷，的高温冷源仅仅处理室内显热负荷，在实际工程实践中往往具备诸多不确定性，比如办公区的使用单位和房间分隔经常变化，新风口往往按照设计时一步安装到位，后期很少改动，这就可能导致后期有部分房间新风量不足或者没有新风。办公区新风系统可能经常不开或间歇开启。如果直接按照常规的 来设计，房间后期的空调室内设计参数很难得以保证。将 系统运用到实际工程项目中，寻找合适的冷水温度来处理空调负荷，具有一定的研究意义。建筑信息及空调系统概述本文以北京某办公楼为例，采用非高温的 系统，以某性能分析平台为基础，研究冷水在温差不同时的综合能耗和碳排放量，以期对后期工程实践提供设计参考。项目位于北京市海淀区学院南路，地上层、局部层，地 下层。总 建 筑 面 积 ，其 中 地上 ，地下 。建筑总高度 （室外地坪至屋面高度），室内外高差 ，为多层民用建筑。层主要功能为科技成果展厅、会议室、数字化模拟流程演示厅等，层为研发室、研讨室和产品展示室等，层为研发中心。地下建筑主要功能为设备用房与机动车库等。本工程设置集中空调系统，由螺杆式冷水机组提供空调冷水，由市政热水系统通过板式换热器提供空调热水。其中，会议室、研发中心、研讨室、活动中心等房间均采用风机盘管机组加新风空调系统，新风空调机组均采用热泵式溶液调湿机组。新风负荷由热泵式溶液调湿机组承担，室内冷负荷由水冷螺杆式冷水机组承担，室内热负荷由市政热网承担。理论模型及空调全年负荷计算目前全年动态负荷的计算主要利用建筑能耗模拟软件，目前主流的软件分析如表所示。利用建筑性能平台建立的模型进行全年负荷分析，结果如表和图所示。冷水温度选取常规热湿耦合的空调系统要同时对空气进行降温和除湿，因此冷源温度不仅要低于房间空气的干球温度，还要低于房间空气的湿球温度。正常空调房间夏季的房间温度为，相对湿度为，此时的露点温度为 ，传热温差和输送温差均按照 来考虑，冷水温度一般在 左右，因此常规热湿耦合空调系统的水温一般选取 。系统采用干式风机盘管时的冷水供回水温度一般为 。因此本文冷水温度在 之间权衡选取。据调查，目前市场上常规冷水机组制取的冷水温度范围在 之间，进出水温差一般在 之间；而高温冷水机组提供的冷水温度比普通冷水机组高，可以在 之间，但为了避免机组运行过程中产生的热量对空调制冷暖通空调 年第 卷增刊表建筑能耗模拟软件对比国外国内、和 等 鸿业建筑性能分析平台特点主要模拟目标是建筑和系统长周期的动态热特性（往往以为时间步长），采用的是完备的房间模型和较简单的系统模型及简化的或理想化的控制模型，适用于模拟分析建筑物围护结构的动态热特性，模拟出全年的空调动态负荷，进而模拟建筑物的全年运行能耗基于“分阶段模拟”的理念，实现了建筑物与系统的连接，使之既可用于详细分析建筑物的热特性，又可以模拟系统性能，较好地解决了建筑物和系统设计耦合的问题以 为内核进行二次开发的全年动态负 荷 分 析 软 件，可 计 算 建 筑 物 全 年 逐时冷热负荷，用于优化空调设备运行策略配置；支持创建空调系统并进行能耗模拟计算，可输出不同设备的逐月能耗数据和逐时能耗数据，支持不同空调系统方案能耗对比，进而优化空调系统方案缺点建筑模型及设置较为复杂，对使用者的专业知识要求比较高，须经过专门的培训界面较为简陋、上手操作体验差、用户交互有待提升、不能与现今主流的 模型相结合表全年负荷计算结果负荷类型最大值最大时刻空调面积面积指标（）冷负荷 月日：热负荷 月 日：冷负荷（不含新风）月日：热负荷（不含新风）月日：新风冷负荷 月日：新风热负荷 月 日：夏季设计日冷负荷 月 日：冷负荷（不含新风）月 日：新风冷负荷 月 日：冬季设计日热负荷 月 日：图全年负荷分布制冷效果的影响，进出水温差相对较小，控制在 之间。由于高温冷水机组需要应对高温环境的制冷需求，因此其设备构造相对于普通冷水机组来说更为复杂，需要更多的散热组件、控制部件和压缩机等，以确保机组稳定运行，设备价格较高。因此为了减少设备初投资，冷水机组尽可能采用普通冷水机组。结合目前市场上主流的空调设备厂商，根据调查，、是常用的供回水温度。与低温空调水温相比，这几种温差具有较高的效率和稳定性，可以满足一般商业和办公场所的需求，确保空调系统的正常运行和舒适性。因此本文选取的冷水供回水温度为 、，同时选取大温差 来进行对比研究，研究这种温度工况下的夏季空调能耗量及碳排放量。由于本文仅是通过计算夏季空调能耗来探求合适的冷水温度，因此冬季工况的能耗情况及计算不在本文讨论范围之内。全年空调能耗计算如前所述，本文采用的是非高温的 系统，研究其夏季的空调冷源能耗，因新风采用溶液除湿，新风负荷可以完全由溶液除湿机组承担，并且新风机组可以独立运行，因此冷源可以不考虑新风负荷。根据全年负荷计算，夏季设计日的室内冷负荷为 ，以此为依据进行设备选型和系统计算。根据全年负荷计算，选择台螺杆式冷水机组，冷却塔供回水温度均为常规的 。空调系统主要设备的性能参数如表所示。根据某建筑性能分析平台计算，得出全年空调系统年能耗和单位面积碳排放量，如表和图所示。对比方案和方案可以看出，供回水温差越大，系统的 越大，年能耗越小；对比方案和方案可以看出，当供回水温差一定（均为）时，提高冷水供水温度能够提高系统 ，降低系统能耗，但是影响效果并不明显，这暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷表空调冷源主要设备性能参数空调方案冷水机组冷水泵闭式冷却塔冷却水泵供回水温度额定工况制冷量 额定流量（）扬程冷却水流量（）风机功率额定流量（）扬程方案 方案 方案 表全年空调系统年能耗和单位面积碳排放量对比类型方案方案方案冷却设备能耗（）风机能耗（）冷源设备能耗（）水泵能耗（）年能耗（）建筑面积 单位面积年能耗（）暖通空调运行碳排放量 单位面积年碳排放量（）图空调能耗对比一结论也与张涛等人对干式风机盘管的研究结果相同。种水温对实际的空调能耗影响很小，在左右，因此具体冷水温度的选取，需要进行合理的调节和控制，以达到最优的制冷效果和节能效果。考虑到冷水温度越高，对设备要求越高，初投资也越高；同时温差的冷水可以在保证制冷效果和舒适度的前提下，提高制冷效率、节约能源、避免设备故障和控制空气湿度，本项目最终选取了 作为冷源的供回水温度。目前项目已经竣工验收，通过业主反馈，项目运行良好，房间的温湿度均在设计范围内。结语温湿度独立控制空调系统（）将室内温度和湿度解耦处理，能有效提高空调系统的能源利用效率，但是完全由高温冷源（）处理室内显热负荷，而不考虑室内潜热负荷和新风负荷，在实际工程中具有诸多不确定性。本文以某性能分析平台为基础，对比发现 、种供回水温度对实际项目的空调能耗影响不大，推荐项目设计的冷水供回水温度为 。参考文献：李兆坚，江亿我国广义建筑能耗状况的分析与思考建筑学报，（）：林坤平，徐宏，周潇儒第届花卉博览会主场馆空调系统设计暖通空调，（）：邢巧云温湿度独立控制空调系统的节能效果及其工程实例暖通空调，（）：吴延奎，朱树园非供暖季不同末端空调系统综合能耗的计算分析方法浅析暖通空调，（）：嵇潇烽，吴玲娜，张光玉干式风机盘管与辐射顶板的能效分 析 及 优 化 浙 江 理 工 大 学 学 报，（）：潘云钢基于溶液调湿处理新风的温湿度独立控制系统与常规空调系统设计能耗的比较分析暖通空调，（）：张涛，刘晓华，江亿温湿度独立控制空调系统设计运行参数分析 建筑科学，（）：舒志成，张光玉基于冷水大温差的温湿度独立控制系统研 究 建 筑 热 能 通 风 空 调，（）：贺永良 高层办公建筑新风系统调查与设计分析建筑热能通风空调，（）：空调制冷暖通空调 年第 卷增刊