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【摘 要】 建筑暖通空调系统能耗所占比例基本可以达到60%以上。从这一角度上来说，要想实现对建筑能耗的有效降低，针对建筑暖通空调系统进行节能设计是至关重要的。本文通过上海某办公项目，介绍了该节能办公楼暖通空调的节能设计：冷热源采用地源热泵，空调系统采用带全热交换器新风机组加无级调速无刷直流风机盘管系统及地板送风变风量空调系统；对比分析了采用这些系统对节能减排的意义。
【关键词】 暖通空调；节能设计；地源热泵；带全热交换器新风机组
1 工程概况和系统设计要点
1.1工程概况
本项目位于上海某高新技术开发区，建筑面积3224m2，另有草坡下使用面积1349m2，共4层，主要功能是用于行政办公，该建筑总高度为21.35m。室内底层采用半地下结构，且围护结构全部被绿化草坡覆盖，建筑下部的室内热工环境与地下空间相仿。
1.2空调系统节能设计要点
空调系统节能设计，主要有：
（1）使用专门暖通空调负荷计算及分析软件进行负荷计算；
（2）空调冷热源采用地源热泵；
（3）空调末端采用带全热交换器新风机组+无级调速无刷直流风机盘管+地板送风变风量系统。
2 冷热源系统节能设计
本工程冷热源采用地源热泵。主机选用高效热回收型RTWD070螺杆机组，制冷量270kW，冬季制热量307.8kW，能效比为5.3。
室外地埋管系统采用立埋的埋管方式，采用单U型管埋地换热器，竖井埋孔管长10360m，选取竖井深度80m，共64口80m的钻井。本系统以水作为冷热交换载体，通过水在埋设于土壤中的换热管道与热泵机组间的循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组。然后通过地源热泵机组给室内供冷、供热，标准状况下，夏季空调冷水供回水温度7～12℃，冬季空调热水供回水温度45～40℃。
3 空调系统节能设计
本工程2层采用地板送风变风量空调系统，其余3层采用全热交换器新风机组+无级调速无刷直流风机盘管系统。
3.1带全热交换器新风机组
空调系统采用全热交换器以后，可以明显降低整个空调系统的耗电量，当全热交换器的全热交换效率达到75%时，空调系统的总能耗平均可以减少25%～30%，节能效果十分明显。
在我国，按照《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）的5.3.14，即建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时，宜设置排风热回收装置。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%：
（1）送风量大于或等于3000m3/h的直流式空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于8℃；
（2）设计新风量大于或等于4000m3/h的空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于8℃；
（3）设置独立新风和排风的系统。
因此本工程采用全热交换器进行排风热回收，取消独立的排风系统，同时本工程将全热交换器与新风机组组合为一台带热回收装置的新风机组（即全热交换器新风机组），解决了全热交换器体积过大、不易布置的难题，高效节能而且低噪，从而全面降低建筑能耗。另外本工程选用的全热交换器新风机组采用高分子复合膜（国际上最先进的全热交换器的材料）作为热质交换材料，热交换效率可达73%。
本工程采用全热交换器进行排风热回收，通过测量计算，夏季回收冷量为61kW，冬季回收热量为50kW。这意味着可以减少地源热泵主机相应的装机容量，减少主机的一次投资，进而减少配套水泵及地埋管的一次投资，另外可以减少主机及水泵的运行费用。
因为本工程新风量较小，节能减排量相对较小，现以上海地区新建100000m2空调面积的办公楼为例，以常规新风机组和节能产品全热交换器新风机组比较两种末端方案的一次投资、年耗电量及二氧化碳的排放量。
按照公共建筑節能标准，夏季室内空气设计参数：温度25℃，相对湿度50%；人员密度4m2/人，人均新风量30m3（/h·人）。热回收效率取70%，计算结果显示采用节能产品全热交换器新风机组进行排风热回收后，夏季回收冷量7067kW（2010RT），冬季回收热量5826kW（1657RT）。地源热泵机房及室外埋管等造价约为3300元/kW，机房能效比约为3.2，（此两项取经验值），则主机房一次投资可减少2332万元，耗电量可减少2208kW，假定年运行时间为180d，每天运行10h，则年耗电量可减少3974400kWh，减少量为系统总耗电量的30%，折算为二氧化碳的排放量约为3962t。可见其对节能减排的意义。
3.2无级调速无刷直流风机盘管机组
本工程采用无级调速无刷直流风机盘管机组，其主要特点是采用无刷直流永磁电机，同时配备自动控制装置，实现风机盘管机组的无级调速（普通温控器为三档调速）。电机为单相220V输入，直流运行，本工程选用产品国家检测报告显示，该机组在高速运行时，较国家标准规定的耗电量低30%～50%，低速（50%转速）时，较国家标准规定的耗电量低75%～90%，节能效果极为明显。
目前风机盘管机组仍然是中国中央空调系统使用最广的产品。目前国内风机盘管一年的产量基本保持在100万台左右，如果按每台平均耗电120W计算，一年平均运行100d，每天12h，一年仅风机盘管机组将消耗电量14亿4千万kWh。若考虑采用该节能产品，则年耗电量至少可减少一半，即7亿2千万kWh，折算为二氧化碳的排放量约为71784t。
3.3地板送风变风量空调系统 3.3.1地板送风系统类型简介
目前地板送风空调系统有三种形式：
（1）有压地板送风，如图1所示。送风方式：部分室内回风与空调机组处理过的空气先混合，然后通过内走廊下部的主风管送到各个房间架空地板入口，通过地面旋流风口送出。
（2）无压地板送风，如图2所示。送风方式：空调机组处理过的空气通过内走廊下部的主风管送到各个房间架空地板入口，室内部分空气通过二次回风口进入变风量风机盒（末端动力装置）与通过架空地板下部进入的冷风混合后由地板送风口送出。
（3）风道地板送风（由于一次投资过高，已经很少使用）。
3.3.2工程系统介绍
本工程采用无压地板送风变风量系统，如图3所示，且采用动力型变风量末端装置，这种系统可以由使用者通过桌面或墙面上的温控器任意调节。末端装置由于安装在单块地板上可以随意变换位置，突显人性化方案，且动力型变风量末端装置采用的是无级调速无刷直流电机，其效率高、调节性能好、节能效果明显。室外新风通过全热交换器新风机组进行排风热回收后与空调柜机送风一起送至地板架空内，地板下布置末端动力装置（变风量风机盒），变风量风机盒将地板架空，内空气通过旋流风口送至人员工作区。
控制系统采用总风量控制法。用户在室内温控器上输入设定温度。室内温控器检测室内温度，与设定温度进行比较，当检测温度与设定温度有差值时，温控器改变变风量风机盒风机的转速，调节送入室内的风量，直到室内温度接近设定温度为止。随着室内温度接近设定温度，变风量末端装置的风机逐渐转为低速运转。室内温控器在调节变风量风机盒风机转速的同时，通过双绞线，以串行通讯的方式（通讯协议为RS485协议），将信号传入系统控制器。系统控制器通过RS485总线对本单元内各温度控制器的数据进行采集，并计算出本单元所需总风量，然后通过变频器调节空调机组风机的转速，使空调机组的总风量等于变风量末端装置的风量之和，达到变风量和控制房间温度的目的。
4 结语
（1）冷热源采用地源热泵，能效比高，减少了锅炉和冷却塔等设备一次投资及运行费用；减少自然资源的消耗，且室内的热量转移到地下土壤中存放，实现节能减排。
（2）全热交换器新风机组，将全热交换器和新风机组合二为一，便于布置；采用全热交换器进行排风热回收，可以减少空调系統的总负荷，从而减少主机的装机容量，减少主机的一次投资，进而减少配套水泵及地埋管的一次投资，减少主机及水泵的耗电量；当热回收效率为73%时，空调系统总能耗平均可以减少25%～30%，实现节能减排。
（3）无级调速无刷直流风机盘管机组，采用无刷直流电机，配以无级调速自动控制装置，年耗电量可以减少至普通盘管的一半以下，二氧化碳排放量亦相应减少，意义重大。
（4）地板送风变风量系统是一种先进的空调系统，一次投资低于常规变风量系统，运行费用低于其它空调系统，个性化空调，人体更舒适，空气质量更好，系统灵活，与IT、通讯、电源布线合二为一，有利于办公室布置的变更。
参考文献：
[1]徐伟，等.地源热泵工程技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2001-11.
[2] GB50189-2005，公共建筑节能设计标准[S].中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业委员会.北京：中国建筑工业出版社，2005.
[3]殷平.新型板式全热交换器研制[J].暖通空调，2005，35（11）：56～62.
[4]殷平.无刷直流电机风机盘管机组研制[J].暖通空调，2001，31（6）：39～43.
[5]弗雷德·S·鲍曼.地板送风设计指南[M].方伟，任怡旻，杨国荣，胡仰耆，等（译）.北京：中国建筑工业出版社，2006.
[6]殷平.独立新风地板送风变风量系统[A]. 2005年湖南省暖通空调制冷学术年会论文集[C]. 2005.
【关键词】 暖通空调；节能设计；地源热泵；带全热交换器新风机组
1 工程概况和系统设计要点
1.1工程概况
本项目位于上海某高新技术开发区，建筑面积3224m2，另有草坡下使用面积1349m2，共4层，主要功能是用于行政办公，该建筑总高度为21.35m。室内底层采用半地下结构，且围护结构全部被绿化草坡覆盖，建筑下部的室内热工环境与地下空间相仿。
1.2空调系统节能设计要点
空调系统节能设计，主要有：
（1）使用专门暖通空调负荷计算及分析软件进行负荷计算；
（2）空调冷热源采用地源热泵；
（3）空调末端采用带全热交换器新风机组+无级调速无刷直流风机盘管+地板送风变风量系统。
2 冷热源系统节能设计
本工程冷热源采用地源热泵。主机选用高效热回收型RTWD070螺杆机组，制冷量270kW，冬季制热量307.8kW，能效比为5.3。
室外地埋管系统采用立埋的埋管方式，采用单U型管埋地换热器，竖井埋孔管长10360m，选取竖井深度80m，共64口80m的钻井。本系统以水作为冷热交换载体，通过水在埋设于土壤中的换热管道与热泵机组间的循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组。然后通过地源热泵机组给室内供冷、供热，标准状况下，夏季空调冷水供回水温度7～12℃，冬季空调热水供回水温度45～40℃。
3 空调系统节能设计
本工程2层采用地板送风变风量空调系统，其余3层采用全热交换器新风机组+无级调速无刷直流风机盘管系统。
3.1带全热交换器新风机组
空调系统采用全热交换器以后，可以明显降低整个空调系统的耗电量，当全热交换器的全热交换效率达到75%时，空调系统的总能耗平均可以减少25%～30%，节能效果十分明显。
在我国，按照《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）的5.3.14，即建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时，宜设置排风热回收装置。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%：
（1）送风量大于或等于3000m3/h的直流式空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于8℃；
（2）设计新风量大于或等于4000m3/h的空气调节系统，且新风与排风的温度差大于或等于8℃；
（3）设置独立新风和排风的系统。
因此本工程采用全热交换器进行排风热回收，取消独立的排风系统，同时本工程将全热交换器与新风机组组合为一台带热回收装置的新风机组（即全热交换器新风机组），解决了全热交换器体积过大、不易布置的难题，高效节能而且低噪，从而全面降低建筑能耗。另外本工程选用的全热交换器新风机组采用高分子复合膜（国际上最先进的全热交换器的材料）作为热质交换材料，热交换效率可达73%。
本工程采用全热交换器进行排风热回收，通过测量计算，夏季回收冷量为61kW，冬季回收热量为50kW。这意味着可以减少地源热泵主机相应的装机容量，减少主机的一次投资，进而减少配套水泵及地埋管的一次投资，另外可以减少主机及水泵的运行费用。
因为本工程新风量较小，节能减排量相对较小，现以上海地区新建100000m2空调面积的办公楼为例，以常规新风机组和节能产品全热交换器新风机组比较两种末端方案的一次投资、年耗电量及二氧化碳的排放量。
按照公共建筑節能标准，夏季室内空气设计参数：温度25℃，相对湿度50%；人员密度4m2/人，人均新风量30m3（/h·人）。热回收效率取70%，计算结果显示采用节能产品全热交换器新风机组进行排风热回收后，夏季回收冷量7067kW（2010RT），冬季回收热量5826kW（1657RT）。地源热泵机房及室外埋管等造价约为3300元/kW，机房能效比约为3.2，（此两项取经验值），则主机房一次投资可减少2332万元，耗电量可减少2208kW，假定年运行时间为180d，每天运行10h，则年耗电量可减少3974400kWh，减少量为系统总耗电量的30%，折算为二氧化碳的排放量约为3962t。可见其对节能减排的意义。
3.2无级调速无刷直流风机盘管机组
本工程采用无级调速无刷直流风机盘管机组，其主要特点是采用无刷直流永磁电机，同时配备自动控制装置，实现风机盘管机组的无级调速（普通温控器为三档调速）。电机为单相220V输入，直流运行，本工程选用产品国家检测报告显示，该机组在高速运行时，较国家标准规定的耗电量低30%～50%，低速（50%转速）时，较国家标准规定的耗电量低75%～90%，节能效果极为明显。
目前风机盘管机组仍然是中国中央空调系统使用最广的产品。目前国内风机盘管一年的产量基本保持在100万台左右，如果按每台平均耗电120W计算，一年平均运行100d，每天12h，一年仅风机盘管机组将消耗电量14亿4千万kWh。若考虑采用该节能产品，则年耗电量至少可减少一半，即7亿2千万kWh，折算为二氧化碳的排放量约为71784t。
3.3地板送风变风量空调系统 3.3.1地板送风系统类型简介
目前地板送风空调系统有三种形式：
（1）有压地板送风，如图1所示。送风方式：部分室内回风与空调机组处理过的空气先混合，然后通过内走廊下部的主风管送到各个房间架空地板入口，通过地面旋流风口送出。
（2）无压地板送风，如图2所示。送风方式：空调机组处理过的空气通过内走廊下部的主风管送到各个房间架空地板入口，室内部分空气通过二次回风口进入变风量风机盒（末端动力装置）与通过架空地板下部进入的冷风混合后由地板送风口送出。
（3）风道地板送风（由于一次投资过高，已经很少使用）。
3.3.2工程系统介绍
本工程采用无压地板送风变风量系统，如图3所示，且采用动力型变风量末端装置，这种系统可以由使用者通过桌面或墙面上的温控器任意调节。末端装置由于安装在单块地板上可以随意变换位置，突显人性化方案，且动力型变风量末端装置采用的是无级调速无刷直流电机，其效率高、调节性能好、节能效果明显。室外新风通过全热交换器新风机组进行排风热回收后与空调柜机送风一起送至地板架空内，地板下布置末端动力装置（变风量风机盒），变风量风机盒将地板架空，内空气通过旋流风口送至人员工作区。
控制系统采用总风量控制法。用户在室内温控器上输入设定温度。室内温控器检测室内温度，与设定温度进行比较，当检测温度与设定温度有差值时，温控器改变变风量风机盒风机的转速，调节送入室内的风量，直到室内温度接近设定温度为止。随着室内温度接近设定温度，变风量末端装置的风机逐渐转为低速运转。室内温控器在调节变风量风机盒风机转速的同时，通过双绞线，以串行通讯的方式（通讯协议为RS485协议），将信号传入系统控制器。系统控制器通过RS485总线对本单元内各温度控制器的数据进行采集，并计算出本单元所需总风量，然后通过变频器调节空调机组风机的转速，使空调机组的总风量等于变风量末端装置的风量之和，达到变风量和控制房间温度的目的。
4 结语
（1）冷热源采用地源热泵，能效比高，减少了锅炉和冷却塔等设备一次投资及运行费用；减少自然资源的消耗，且室内的热量转移到地下土壤中存放，实现节能减排。
（2）全热交换器新风机组，将全热交换器和新风机组合二为一，便于布置；采用全热交换器进行排风热回收，可以减少空调系統的总负荷，从而减少主机的装机容量，减少主机的一次投资，进而减少配套水泵及地埋管的一次投资，减少主机及水泵的耗电量；当热回收效率为73%时，空调系统总能耗平均可以减少25%～30%，实现节能减排。
（3）无级调速无刷直流风机盘管机组，采用无刷直流电机，配以无级调速自动控制装置，年耗电量可以减少至普通盘管的一半以下，二氧化碳排放量亦相应减少，意义重大。
（4）地板送风变风量系统是一种先进的空调系统，一次投资低于常规变风量系统，运行费用低于其它空调系统，个性化空调，人体更舒适，空气质量更好，系统灵活，与IT、通讯、电源布线合二为一，有利于办公室布置的变更。
参考文献：
[1]徐伟，等.地源热泵工程技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2001-11.
[2] GB50189-2005，公共建筑节能设计标准[S].中国建筑科学研究院，中国建筑业协会建筑节能专业委员会.北京：中国建筑工业出版社，2005.
[3]殷平.新型板式全热交换器研制[J].暖通空调，2005，35（11）：56～62.
[4]殷平.无刷直流电机风机盘管机组研制[J].暖通空调，2001，31（6）：39～43.
[5]弗雷德·S·鲍曼.地板送风设计指南[M].方伟，任怡旻，杨国荣，胡仰耆，等（译）.北京：中国建筑工业出版社，2006.
[6]殷平.独立新风地板送风变风量系统[A]. 2005年湖南省暖通空调制冷学术年会论文集[C]. 2005.