绿色建筑认证(LEED-NC2[1].2)的空调节能要求及相应的空调系统节能方案简介.pdf

文章编号 CAR031 绿色建筑认证绿色建筑认证 LEED NC2 2 的空调节能要求的空调节能要求 及相应的空调系统节能方案简介及相应的空调系统节能方案简介 贾贾 晶晶 特灵空调系统 中国 有限公司 上海 特灵空调系统 中国 有限公司 上海 200001 摘 要摘 要 简介国际绿色建筑认证 LEED NC2 2 对空调节能的要求 从空调设备能效和空调系统能耗二方面出发 推荐相应 的空调系统节能方案 并以国内获得 LEED 认证金奖项目为例 说明这些空调系统节能方案有利于获得较高的 LEED 认证 评分 关键词关键词 绿色建筑 LEED 认证 空调系统节能方案 0 前言前言 2006年建设部制定了 绿色建筑评价标准 要求在建筑全寿命周期内 最大限度地节能 节水 节材 节地与环境保护 国际绿色建筑认证标准 LEED认证 的出发点与我国 绿色建筑评价标 准 相同 它从建筑管理 节水 材料与资源 能 源与大气 室内环境 创新设计等方面考察建筑物 的特性 评分等级为达标 26 32分 银奖 33 38 分 金奖 39 51分 白金奖 52 69分 据统计截 止2008年1月 国内已注册66个LEED认证项目 已通过LEED认证10个项目 空调节能技术在LEED NC2 2认证中起重要 作用 因为 能源与大气 评分项中最高可得17 分 占可得总分69分的24 6 其中 能源利用最 优化 子项EAc1中可得1 10分 在美国已获LEED 认证项目的此项统计得分仅在2 0 5 1之间 见表 1 这说明应用空调节能技术提升该项得分的潜力 很大 表表 1 能源利用最优化 子项评均得分统计 能源利用最优化 子项评均得分统计 可得分 达标项目 银奖项目 金奖项目 1 0 10 0 2 0 3 6 5 1 作者简介 贾 晶 1966 12 男 高级工程师 工学硕士 特灵空调 上海市西藏中路 268 号 来福士广场 10 楼 邮编 200001 Tel021 5359 9566 Fax 021 6340 3696 E mail jjjia 1 LEED NC2 2标准对空调节能的要求标准对空调节能的要求 LEED NC2 2强制要求LEED认证的项目在 能源利用最优化 子项EAc1中获得2分 即对 于新建建筑而言 整个建筑能耗要求比ASHRAE 90 1 2004 标准规定的低14 LEED认证得分与 建筑能耗降低的关系见表2 表表 2 LEED 认证得分与建筑能耗降低的关系认证得分与建筑能耗降低的关系 新建建筑 旧建筑改造 得分 10 5 3 5 1 14 7 2 17 5 10 5 3 21 14 4 24 5 17 5 5 28 21 6 31 5 24 5 7 35 28 8 38 5 31 5 9 42 35 10 从表2中看出 整个建筑能耗越低 则获得的 评分越多 LEED NC2 2 标准要求新建建筑的整个 建筑能耗要求比ASHRAE 90 1 2004 标准规定的 低14 这并不是要求系统中每台设备的效率必须 至少提高14 而是指整个建筑能耗要求比 ASHRAE 90 1 2004 标准规定的低14 改善建筑 维护结构以及采用高效的照明系统 比如减少建筑 负荷同样也有利于减少空调系统的能耗 这种全盘 考虑整体方案加上节能控制策略 可以帮助设计人 员达到节能14 以上的目标 另外 LEED NC2 2认证强制要求空调设备的 能效不低于ASHRAE Standard 90 1 2004 中规定的 最低设备能效标准 2 LEED NC2 2 标准对空调设备的能 效要求 标准对空调设备的能 效要求 LEED NC2 2认证采用的ASHRAE Standard 90 1 2004 中表6 8 1C 规定的水冷机组的最低能效 要求如下 表表 3 LEED NC2 2 认证对空调设备能效要求认证对空调设备能效要求 类型 制冷量 kW COP W W IPLV 涡旋式螺 杆式 1163 4 45 4 90 5 50 5 20 5 60 6 15 水冷 离心式 528 528 1055 1055 5 00 5 55 6 10 5 25 5 90 6 40 我国 绿色建筑评价标准 GB T 50378 2006 采用的 公共建筑节能设计标准 GB T 50189 2005 中表5 4 5和表5 4 6规定的冷水 热泵 机组的最低 能效要求如下 表表 3 绿色建筑评价标准 对空调设备能效要求 绿色建筑评价标准 对空调设备能效要求 类型 制冷量 kW COP W W IPLV 螺杆式 1163 4 10 4 30 4 60 4 47 4 81 5 13 水冷 离心式 1163 4 40 4 70 5 10 4 49 4 88 5 42 修正上述中 美标准中因冷水和冷却水工况 进 出水温度和污垢系数 不同而引起的误差 LEED NC2 2认证对水冷机组的最低能效要求比国 标高3 5 8 4 3 有利于有利于 LEED 认证的空调系统节能 方案 认证的空调系统节能 方案 采用高效的空调设备可以减低空调能耗 从而 获得较高的评分 但是也增加了相应的设备投资 因此从提高空调系统能效出发 因地制宜地采用多 种空调系统节能方案 可以达到事半功倍的效果 即用较少的投资 获得较高的评分 本文介绍的几 种空调系统节能方案如下 3 1 一次泵变流量系统一次泵变流量系统 一次泵变流量系统适用于空调冷负荷变化大 部分负荷期限长的项目 其选择可变流量冷水机 组 使蒸发器侧流量随负荷侧流量的变化而改变 从而最大限度地降低水泵能耗 与一次泵定流量系统相比 虽然把定频水泵改 为变频水泵 但其水系统设计和运行调节方法不 同 控制更复杂 而节能效果更明显 如图1所示 与二次泵变流量系统相比 减少了一组泵及配套的 电机 管线 节省了初投资 节省了机房面积 图图 1 一次泵变流量系统示意图一次泵变流量系统示意图 蒸发器水流量变化必然引起冷水机组的出水 温度波动 甚至导致冷水机组运行不稳定 因此冷 水机组的流量许可变化范围和流量许可变化率是 衡量冷水机组性能的重要指标 机组的流量变化范 围越大 越有利于冷水机组的加 减机控制 节能 效果越明显 因此推荐冷水机组流量变化范围是 30 130 相对于机组的额定流量 流量下限小 于50 额定流量为宜 机组的允许流量变化率越大 则冷水机组变流 量时出水温度波动越小 冷水机组的允许流量变化 率与机组控制器特性相关 当运行的冷水机组由一 台增加为二台时 蒸发器水流量瞬间减少一半 常 规的冷水机组因允许流量最大变化率约为2 min 其出水温波动幅度高达10OC 可能失控 允许流 量最大变化率30 min机组能快速稳定出水温度 其水温波动幅度仅为2 2OC 缤特力通讯科技 苏州 有限公司的新厂房获 得中国首个LEED 金级认证 其办公楼获得LEED 银级认证 该项目选用2台450冷吨三级压缩离心 式冷水机组 COP为6 20 和1台225冷吨螺杆式 冷水机组 COP为5 67 其能效等级超过我国 冷 水机组能效限定值及能源效率等级 所规定的最高 能效标准 比 公共建筑节能设计标准 规定的冷 水机组的能效标准高20 30 因此冷水机组节省 运行费用12 48万元 年 该项目采用一次泵变流量 系统 与传统的一次泵定流量系统相比 由于采用 变频器和机房群控系统升级 初投资高16万 但 每年节约运行费用6 7万元 故简单投资回收期为 2 4年 3 2 大温差小流量系统大温差小流量系统 大温差小流量系统采用保持冷水机组供冷量 不变 增大供回水温差 减少水流量的方案 减少 水泵 冷却塔和末端空调箱的能耗 虽然冷水机组 能耗略有增加 但整个系统能耗下降 见图2 而 且可相应减少冷量输配设备及管线的尺寸 大温差 小流量系统方案可应用于冷水侧 冷却水侧 空气 侧系统设计 适用于常规项目 尤其是空调冷负荷 增加的系统改造项目 可以不更换冷量输配设备及 管线 仅增加冷源供冷量和提高冷水温差 能耗降低能耗降低 常 规温差大温 差小流 量常 规温差大温 差小流 量 冷水机冷水机组组 水泵水泵 冷却塔冷却塔 图图 2 冷水机房设备年能耗比较示意图冷水机房设备年能耗比较示意图 3 2 1 冷水侧大温差 冷水机组出水趋于低温 冷水侧大温差 冷水机组出水趋于低温 在舒适性空调系统设计中 与常规设计的冷水 机组5 温差 7 12 相比 大温差的冷水机组 出水温度更低 如8 温差 5 6 13 6 10 温差 5 15 等 若机组供水温度7 不变 则大温差设计使空调末端水温偏高 除湿能力下 降 空调房间的相对湿度偏高 人体舒适度下降 冷水侧大温差为空气侧大温差创造条件 空调 送风的露点温度更低 故可减少送风量 节省空调 风机的能耗 并可减少空调末端和风管尺寸 节省 吊顶空间 降低建筑层高而节省投资 3 2 2 冷却水侧大温差 冷水机组出水趋于高温 冷却水侧大温差 冷水机组出水趋于高温 冷却塔的散热能力与冷却塔的进水温度 水流 量 环境湿球温度有关 冷却塔的逼近度为冷却塔 的出水温度与环境湿球温度之差 在特定地域某一 时段内 由于环境湿球温度不变 若需要降低的冷 却塔的出水温度 则需使用较大冷却塔及其风扇 减少冷却塔的逼近度 但是这会增加冷却塔的初投 资 运行费用和占地面积 而适当提高冷却塔的进 水温度 减少冷却水流量 能增加冷却塔散热能力 为减少冷却塔尺寸创造条件 3 2 3 大温差考验冷水机组的性能 大温差考验冷水机组的性能 冷水温度变低和冷却水温度变高的大温差方 案要求冷水机组的压缩机增大压头 克服蒸发器与 冷凝器之间较大的压差 导致机组能效比下降 机 组运行不稳定因素上升 由于冷水机组的能耗占整 个水系统能耗的比例约为58 70 故大温差小流 量系统方案能否节能 关键是冷水机组的性能指 标 而且与设计方案及温差范围 空调负荷特点 外部环境 辅助设备性能等有关 3 2 4 大温差小流量系统的案例 大温差小流量系统的案例 上海市中保大厦是一座高38层 建筑面积为 7 3万平方米的高级办公楼 使用2台1000Ton和1 台500Ton的冷水机组 采用大温差小流量系统设 计 冷水温差为6 8 比常规设计流量减少26 5 冷却水温差为8 比常规设计流量减少37 5 使 用特灵公司的空调系统分析软件System Analyzer 模拟该大厦5月至10月的空调系统运行情况 结 果表明大温差小流量系统方案可节约6 9 的空调 系统运行费用 每年节约人民币约52万元 3 3 离心机冰蓄冷技术离心机冰蓄冷技术 冰蓄冷系统利用峰谷电价差别 通过 夜间制 冰 白天融冰 方式 把不能储存的电能转化为冷 量储存起来 满足空调制冷需求 同时实现电力需 求削峰填谷的目的 夜间制冰时机组满负荷运行 由于制冰结束时 乙二醇溶液的出口温度低于 5 5OC 因此需要压缩 机提供超常压头克服冷凝器与蒸发器之间的压差 白天供冷时机组一般在部分负荷下运行 因为有融 冰供冷 目前常规的单级压缩离心式冷水机组较难 在上述双工况条件下运行 三级压缩离心式冷水机组是电机直接驱动压 缩机 压缩机转速约2950 r min 通过加大叶轮直 径和改变进气导流叶片角度 可实现白天制冷 晚 上制冰 通过监控蒸发器进液温度 了解制冰效果 与双工况螺杆机相比 它单机制冷量大 效率高 且 制冰冷量与空调冷量之比大 因此可节省工程的初 投资和设备运行费用 其项目投资回收年限小于采 用螺杆机项目 例如容量为4571kW的离心机在制 冰工况下COP高达4 69 容量为2285kW和2637kW 的离心机在空调工况下COP为5 74 在 6 5OC时 COP高达4 40 比螺杆机COP高20 以上 中国国际贸易中心是北京最具规模的国际级 综合性商务中心之一 建筑面积约12万平米 其 二期冰蓄冷工程的主要设备为2台1120RT的特灵 双工况离心机和1台400RT常规离心机 特灵Tracer Summit 系统机房自控系统和FAFCO公司内溶冰 蓄冰槽 采用主机下游的串联系统运行方案 见图 3 具有融冰效率高 所需蓄冰槽容量少 系统出 水温度低 适合于大温差系统等特点 虽然冷水机 组的效率降低 但系统出水温度稳定 由于三级压 缩离心机比螺杆机效率高 弥补了主机下游时机组 效率降低的不足 该项目夏季日平均转移高峰电量 可达15 000度 每年可节约运行电费约103万元 节约1500KVA变配电设备费用和增容费 蓄冰桶 乙二醇泵 旁通阀 合流阀 双工况冷冻机 换热器 图图 3 冰蓄冷系统示意图冰蓄冷系统示意图 3 4 离心机热回收技术离心机热回收技术 热回收机组可同时提供冷水和高温热水 冷却 水 既环保又节能 可减少冷却塔散热和运行噪 声 适用于同时需要冷量和热量的项目 离心机热回收的原理是双冷凝器的热回收冷 水机组利用从压缩机排出的高温气态制冷剂向低 温处散热的原理 提高标准冷凝器的水温 促使高 温气态制冷剂流向热回收冷凝器 将热量散给热回 收冷凝器的水流中 如图4所示 通过控制标准冷 凝器的冷却水温度或冷却塔供回水流量 可以调节 热回收量的大小 由于热回收冷凝器直接与热负荷 回路相连 因此热负荷的进水温度较高 二个冷凝 器可以保证热回收水管路与冷却水管路彼此独立 避免热回收侧增加热交换器 隔离受冷却塔 污染 的冷却水 图图 4 双冷凝器的热回收冷水机组示意图双冷凝器的热回收冷水机组示意图 最大热回收量 最高热水温度 热水温度 热量 的控制方案是3个关注点 三级压缩离心式冷水机 组可以100 热回收 但热水温度控制在43OC左 右为宜 因为热水温度越高 冷水机组的效率就越 低 制冷量也会相应地减少 对于离心式热回收冷 水机组 宜采用控制热水回水温度方案 其优点是 机组在部分负荷下运行时 热回收量减少 热水的 回水温度不变而出水温度降低 使热水 冷却水 的平均温度降低 减少冷凝器与蒸发器压差 冷水 机组能效系数相对较高 若采用控制热水供水温度 的方案 则效果相反 可能导致冷水机组运行不稳 定或喘振 威宇科技测试封装有限公司是一家半导体后 工序企业 使用一台1100RT带有热回收功能的三 级压缩离心式冷水机组 冷水出水温度5 冷凝 器散热可100 热回收 最大热回收量约为 4595kW 热回收机组将28 的水加热至35 用 于冬季仓库空调和纯水站供热需求 每年节省蒸汽 费用超过160万元 由于热回收项目新增投资约为 125万元 故投资回收期不足一年 3 5 离心机免费取冷技术离心机免费取冷技术 适用于秋冬季仍需要供冷的项目 并且冷却水 温度低于冷水温度 免费取冷 离心式冷水机 组可提供45 的名义制冷量 无需启动压缩机 机 组能耗接近0 KW ton 性能系数COP接近无穷大 若室外湿球温度超过10 OC时 则返回到常规制冷 模式 应用场合为宾馆 医院 办公楼 超市 工 业生产等 免费取冷 的原理是根据制冷剂会流向系统 最冷部分的原理 若流过冷却塔的冷却水水温低于 冷水水温 则制冷剂在蒸发器中的压强高于其在冷 凝器中的压强 此压差导致已蒸发的制冷剂从蒸发 器流向冷凝器中 被冷却的液态制冷剂靠重力从冷 凝器流向蒸发器 从而完成 免费取冷 的循环 如图5所示 蒸发器与冷凝器的温差决定制冷剂流 量 温差越大 则制冷剂流量越多 免费取冷 一般需有2 2OC 6 7OC温差 并相应提供10 45 的名义制冷量 但其冷水水温无法控制 基本上由 冷却水温度和空调系统冷负荷决定 蒸发器蒸发器 冷凝器冷凝器 图 5 免费取冷 原理示意图 免费取冷 冷水机组与常规冷水机组稍有区 别 主要是增加了储液罐 制冷剂充注量 气态和 液态制冷剂旁通管及电动阀门 运行模式转换控制 功能等 用户既可购买 免费取冷 冷水机组 又 可在工地现场改造常规冷水机组 免费取冷 冷 水机组与 常规机组 板式热交换器 的方案相比 有换热效率高 系统简单 维护方便 机房空间小 的优点 烟台正海电子网板股份有限公司是电子配套 产品生产企业 使用6台900Ton 3160 Kw 三级 压缩离心式冷水机组 由于冬季生产仍需要供冷 故将其中2台900Ton冷水机组现场改造为具有 免 费取冷 功能的机组 冬季测试阶段数据为 冷却 水进水温度日平均6 左右 进出水温差约为1 冷水出水温度日平均10 左右 进出水温差约为2 户外干球温度日平均2 左右 相对湿度60 左 右 免费取冷 的冷量与冷却水进水温度 冷水 出水温度 蒸发器与冷凝器的温差相关 在测试阶 段 此 免费取冷 机组可提供约35 的名义制冷 量 3160 Kw 即1106 kW 台 减少机组耗电量 213 kW 台 在冬季运行75天左右 每天运行24 小时 按当地平均电费0 56元 kW计 每年可节 约21 5万元 3 6 大型冷水机组应用于水大型冷水机组应用于水 地源热泵系统地源热泵系统 地源热泵系统利用土壤蓄能 冬季从土壤吸收 热量 夏季向土壤释放热量 实现冬季供热 夏季 供冷的目的 由于地表浅层的温度随着地下深度的 增加 冬夏的土壤温度差异比地面空气的温度差异 小 因此地源热泵系统与常规的空调系统相比节能 超过30 而城市污水 一定范围内的海 江 河 水在一年四季的温度变化较小 也是可利用的天然 资源 大型冷水机组 离心机 螺杆机 应用于水 地源热泵系统 通过蒸发器和冷凝器管外水侧管路 切换的形式 实现夏季供冷 冬季供热目的 大 型冷水机组不仅单机制冷 热 量大 有利于节省 工程初投资 而且机组效率高 有利于降低项目运 行费用 离心机应用于地源热泵系统的典型案例 北京 大康鞋城位于北京南二环开阳桥南 建筑面积 14 万平方米 是综合性商用楼宇 使用特灵3台1250 冷吨的三级压缩离心式冷水机组 夏季供冷 水温 约7OC 冬季供暖 水温可达45OC 采集80米深 的地下水 打了12口深水井 其中6口抽水井 6 口回灌井 每口抽水井配备有一台抽水泵 由于夏 季供冷时 深井水的水温低于采用冷却塔散热的冷 却水水温 因此冷水机组的制冷效率提高17 左 右 故夏季供冷5个月节省运行费用16 3万元 冬 季供热时 由于吸取深井水的蓄热量 地源热泵系 统的运行费用比燃气锅炉节省30 冬季供热4