珠海某超高层建筑空调节能设计及室内热舒适性分析

石海娟

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

随着建筑行业的发展和城市化进程的不断推进，建筑的能源消耗总量日益增加，2020年我国提出碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和[1]。我国2020年建筑运行总能耗为10.6亿tce，其中公共建筑总能耗（不含北方供暖）为3.46亿tce，占建筑总能耗的33%[2]。在我国公共建筑中，暖通空调系统是最主要的耗能设备，其运行能耗可以占建筑总能耗的50%～60%[1]。因此，暖通空调系统的节能设计十分重要。本文将探讨珠海某超高层建筑的空调节能设计，并对其室内热舒适性进行分析。

1 工程概况

本工程位于在广东省珠海市横琴新区，是集公寓、办公、商业、餐饮为一体的综合性大楼，是三星级绿色建筑。本工程地下4层，地上41层，总建筑面积约200 158.84 m2，最高建筑高度为159.9 m，其中南塔高159.9 m，北塔高99.9 m。其中负四～负二层为地下车库及设备管理用房；负一层为机电设备用房及局部商业用房；首层～四层为裙楼商业区域；北塔5～23层为办公区域；南塔5～10、12～21层为办公区域，23～34、36～41层为公寓，11、22、35层为避难层。

2 空调系统的节能设计

2.1 采用大温差供水

根据横琴新区的规划情况，本工程空调主要冷源采用横琴新区内燃气-蒸汽联合循环冷热电联产集中供热、集中供冷技术提供的冷冻水。区域供冷管网供给用户的冷冻水供水温度为4℃，回水温度为12℃。本工程的地下二层设换热站，换热站内设置水-水板式热交换器，把区域供冷系统提供的冷冻水作为一次冷媒水，本工程的二次冷冻水经水-水板式热交换器换热（热效率可达95%）后，为大楼空调提供冷水。二次侧冷冻水系统的供回水温度为6℃/13℃，温差为7℃。7℃大温差供水可减小输水管径、减少输送能耗。商业（低区）、办公（中区）、公寓（高区）的空调水系统循环泵耗电输冷比分别比规范[3]规定值降低43.9%、43.8%、47.2%。

2.2 采用变流量系统

本工程二次侧空调水系统为一次泵变水量双管制系统，采用高位膨胀水箱定压。板式换热器、冷冻水泵、电动水阀一一对应联锁运行，冷源系统根据冷量（用自动监测流量、温度、压差等参数计算出冷量，自动发出信号）控制板式换热器的启停次数及其对应冷冻水泵的启停台数，并可更进一步变频调节冷冻水泵的流量，主机允许流量变化。

2.3 全空气系统全新风运行和调节新风比

本工程负一层商业大空间采用一次回风定风量全空气系统。在供冷期根据室内外的焓值确定新风量，当室外空气焓值低于室内空气焓值时采用可调新风比（＜50%），可全新风运行，空气处理机组最大限度利用室外新风，减少空调能耗。另外还设置二氧化碳监测装置，当二氧化碳浓度超标时将增大新风比例。

2.4 设置排风热回收空调机组

本工程地下商业大空间区域设置蒸发式全热回收空调机组，通过设备内部的溶液循环系统回收排风冷量，并对新风进行预冷，既节约了新风负荷，又能彻底避免新/排风交叉产生污染问题。

2.5 合理选用空调末端

本工程合理选用空调末端，以降低通风空调系统的风机能耗。负一层商业大空间采用一次回风定风量全空气系统，商铺、办公小面积房间采用风机盘管加独立新（排）风系统，空调气流组织为上送上回。本工程各风系统中，普通机械通风风机的单位风量耗功率最大为0.208 W，空调风机为0.209 W，比节能标准[4]的规定值分别降低22.96%、12.92%。

2.6 室内空气品质实时监测

本工程负一层商业大空间设置二氧化碳监测系统，根据回风二氧化碳浓度与设定值的差值比较自动调节新风电动对开式多叶调节阀的开度，以保障室内空气品质。地下车库区域设置室内一氧化碳浓度监测系统，并联动其区域内的排风机。一氧化碳浓度高于30ppm，风机启动，低于20ppm，风机关闭，如此既能保证地下车库的空气品质，又能实现通风节能[5]。

3 室内热舒适性模拟分析

采用CFD软件对本工程商业大空间和办公室室内空调区域的热舒适性进行模拟分析，分析平均热感觉指数（predicted mean vote,PMV）、预测不满意百分率（predicted percentage of dissatisfied,PPD）是否满足规范[3]的规定。

3.1 几何模型

商业大空间和北塔楼办公室室内热舒适性模拟分析模型及网格效果分别如图1～图4所示。

图1 商业大空间模型效果

图2 商业大空间网格效果

图4 北塔楼办公室网络效果

3.2 空调系统及参数设置

室内空调区域的空调方式采用风机盘管加独立新风系统，送风口采用方形散流器风口，上送上回，均匀布置，室内气流分布均匀。本工程典型空间热舒适性模拟模型的设计参数如表1所示。

表1 室内设计参数

图3 北塔楼办公室模型效果

3.3 模拟结果

3.3.1 商业大空间PMV-PPD模拟结果

图5、图6分别为本工程商业大空间不同区域的PMV与PPD水平分布情况。由图5、图6可知：商业大空间的PMV基本处于0.475～1.00，PPD基本处于20.0%以下。

图5 商业大空间不同区域的PMV水平分布

图6 商业大空间不同区域的PPD水平分布

3.3.2 北塔楼办公室PMV-PPD模拟结果

图7、图8分别为本工程北塔楼办公室不同区域的PMV与PPD水平分布情况。由图7、图8可知：办公室的PMV基本处于0.000～0.625，PPD基本处于16.0%以下。

图7 北塔楼办公室的PMV水平分布

图8 北塔楼办公室的PPD水平分布

3.4 室内热舒适性分析

通过采用CFD软件对本工程室内空调区域的热舒适性进行模拟分析可知：商业大空间的PMV基本处于0.475～1.000，PPD基本处于20.0%以下；北塔楼办公室的PMV基本处于0.04～1.0，PPD基本处于27.0%以下，基本满足规范[3]Ⅱ级热舒适的要求。

4 结语

本工程的空调设计采用大温差供水、变流量系统、可调新风比、排风热回收、室内空气品质实时监控等节能措施，并采用CFD软件对本工程室内空调区域的热舒适性进行了模拟分析，分析结果满足Ⅱ级热舒适的要求。本工程的空调设计既节能，又能满足室内热舒适性要求，为同类型超高层建筑的空调系统设计提供了参考。