重庆市公共建筑节能75%设计技术路线及冷源系统节能指标研究

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2005年我国全面实施《公共建筑节能50%设计标准》,取得显著的节能效果。重庆市在建筑节能设计标准编制和实施方面的工作处于全国前列:2006年实施了重庆市公共建筑节能50%设计标准,近期将施行重庆市公共建筑节能65%设计标准。公共建筑的节能要求将会进一步提高,实现公共建筑节能75%成为趋势。本文重点关注两个问题:一是公共建筑如何设计才能实现节能75%的目标,即公共建筑节能75%设计的技术路线;二是公共建筑空调冷源系统节能设计问题。本文首先从公共建筑的能耗构成及影响能耗的主要设计因素之间的内在联系出发,分析探讨公共建筑节能实现节能75%设计目标的技术路线。通风空调系统和照明系统的能耗直接受到节能设计水平的制约,且占公共建筑总能耗的主要部分;围护结构热工性能对暖通空调系统、照明系统的能耗产生直接的影响,本文以节能50%设计标准作为比较的基准,建立商业、宾馆、办公三种典型公共建筑模型进行动态能耗模拟,分析外墙、屋面、外窗(或幕墙)的热工参数变化对降低建筑的冷热耗量贡献及其实现的技术难度,得出了合理的围护结构热工参数限值要求:外墙、屋面K取0.9W(/m2·℃)、0.5W(/m2·℃)、外窗K取2.1W(/m2·℃)、采用活动外遮阳(冬季Sc取0.73,夏季Sc取0.22),采用该参数限值可降低重庆公共建筑空调冷热耗量9%;过渡季节合理通风平均可降低15%的空调冷热耗量;采用最先进照明器具,可降低照明功率50%64%,从而可降低8%的空调冷热耗量。以上3项节能设计措施,共降低32%的空调冷热耗量。由此分析,暖通空调系统节能的能效需要提高36%,才能实现节能75%设计的目标。冷源系统设计能效亦需提高36%。本文调研了120栋重庆市公共建筑的冷源系统设计情况,结果显示目前冷源系统节能设计的重点主要是设备选型,冷源系统在运行期的节能设计很少体现。造成上述现象原因在于目前节能设计标准中有关冷源系统的节能设计指标主要是针对设备本身的制约,或只是针对设计工况的要求,不能有效引导设计人员对冷源系统进行全运行周期的节能设计,没有修正工程实际运行条件对冷源系统能效的影响,也不能衡量设计者通过对冷源系统的综合节能设计对运行节能的贡献。因此需要提出新的设计指标来完善现有指标体系。本文首先对影响冷源系统能效的因素进行分析,得出了冷水主机能效、运行模式以及冷源系统辅机能效是影响冷源系统能效的主要因素。冷却水温度对冷机运行能效影响很大,且随运行条件而变化。本文以“冷却塔+冷水机组”系统形式为例,通过模拟和MATLAB编程计算得出了重庆地区公共建筑在全运行周期下的冷却水温度,并通过实验对计算方法进行了验证。本文结合冷源影响因素,提出公共建筑制冷季节冷源系统设计能效比SCOPLV指标。SCOPLV可以有效保障冷源系统包括主机、辅机在内的耗能设备在全运行周期内的能效水平,并考虑了运行条件、设计方案对冷源能效的影响,切实保证冷源系统在全周期内节能运行。本文提出了SCOPLV指标的计算方法,并结合节能75%对冷源系统的节能要求,采用MATLAB程序编程计算,得出重庆市公共建筑制冷季节冷源系统SCOPLV的设计限值,并通过实例计算演示了SCOPLV指标的计算、使用过程。通过对重庆市公共建筑制冷季节冷源系统SCOPLV限值实施的可行性分析,冷源系统要实现节能75%的目标,需要满足以下几点要求:①冷水机组能效在节能50%标准基础上提高36%,目前已有新型螺杆式机组的能效可到达该要求,离心式机组与理论要求值差距也不大(15%);②采用如冷却水泵变频调节等技术,实现冷源输送能效WTFCWLV≥34;③根据冷机的性能变化特性和运行周期的负荷变化情况优化系统运行模式;④设计者提高设计水平,针对不同项目特点,选择冷源的最优形式,结合系统形式修正冷源能效,使设计达到节能要求。
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