公共建筑节能设计与应用-暖通空调部分
公共建筑种类：
a.办公建筑：写字楼、办公楼、行政大楼等。
b.商业建筑：商场、百货大楼、银行，交易中心等。
c.旅游建筑：宾馆、酒店、娱乐会所等。
d.科教文卫建筑：科技馆、博物馆、医院、大剧院、体育馆等。
e.通讯建筑：程控交换机房、数据中心等。
f.交通运输建筑：机场、车站、地铁等。
基本术语
1.透明幕墙：可见光可直接透射入室内的幕墙。非透明玻璃幕墙。
2.窗墙比：窗户洞口面积与房间立面单元面积之比。
3.体形系数：f=建筑物外表面积/建筑物体积
体形系数与建筑造型有关，体形系数越大，传热损失也就越大，故建筑外形尽可能简单，减少过多凹凸面设计。
4.综合部分负荷性能系数(IPLV)：（《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015））
基于冷水机组在各种负荷下运行时间比例，进行加权计算的综合部分负荷运行效率。
IPLV=1.2%×A 32.8%×B 39.7%×C 26.3%×D（4.2.13）
式中：A――100％负荷时的性能系数(W/W)，冷却水进水温度30℃/冷凝器进气干球温度35℃；
B――75％负荷时的性能系数(W/W)，冷却水进水温度26℃/冷凝器进气干球温度31.5℃；
C――50％负荷时的性能系数(W/W)，冷却水进水温度23℃/冷凝器进气干球温度28℃；
D――25％负荷时的性能系数(W/W)，冷却水进水温度19℃/冷凝器进气干球温度24.5℃。
5.可见光透射比：透过透明材料的可见光(380～780纳米)光通量与投射在其表面上的可见光光通量之比。太阳光谱300～2500纳米
6.遮阳系数(Sc)：通过玻璃的太阳辐射与通过3mm厚普通无色透明平板玻璃的太阳幅射(630w/m2)的比值，用来表示玻璃遮档或抵御太阳辐射的能力。
遮阳系数越小，阻挡太阳辐射的性能越好。
普通玻璃的遮阳系数较高约在0.9左右，所以要对玻璃进行表面加工，如LOW-E镀膜玻璃等低辐射玻璃。
镀膜玻璃：表面镀Ag,Cr氧化物等，对红外高反射，对紫外低透射，而可见光透光率较高，将太阳光过滤成冷光源，遮阳系数较低,但传热系数较高，故不单独使用。双层百叶中空玻璃：Sc为0.15～0.9。
室内环境设计计算参数
GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》
《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)（最新标准2015版已发，但可供设计参考）
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参数 |
冬 季 |
夏 季 |
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温度(℃) |
一般房间 |
20 |
25 |
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大堂、过厅 |
18 |
室内外温差≤10 |
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风速(m/s) |
0.1≤v≤0.2 |
0.15≤v≤0.3 |
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相对湿度 |
30～60 |
40～65 |
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公共建筑主要空间新风量
建筑热工设计
2.各气候区域代表城市《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）
3.《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）围护结构热工设计要求：
(1)对于严寒及寒冷地区，室内外温差较大，体形系数应≤0.4，以减少传热损失。
(2)对于以冬季供热为主的严寒地区空调建筑，主要解决围护结构的保温问题，对传热系数要求较高; 而对遮阳系数不作要求，适当提高遮阳系数反而能提高冬季太阳辐射热量，有利于节能。
(3)对于以夏季供冷为主的夏热冬暖地区，主要解决围护结构的隔热问题，对外窗的遮阳系数有较高要求。当外气温度较低时，由于建筑内部得热较大，过低传热系数反而不利于房间直接向室外散热，故对传热系数要求相对宽松。
(4)对于寒冷地区及夏热冬冷地区，既有夏季制冷又有冬季制热，故应同时考虑保温和隔热问题，对传热系数和遮阳系数均需要求。
(5)窗的保温隔热性能比外墙要差得多，对于严寒及寒冷地区，室内外温差传热的热量损失占主导地位，需减少窗的传热系数以控制温差传热，其要求高于南方地区。
对于夏热冬暖和夏热冬冷地区，空调期间太阳辐射引起负荷为主要矛盾，故对遮阳系数要求高于北方地区。
随着建筑技术发展，填充惰性气体的双层中空玻璃传热系数可由常规单层玻璃的6.0w/(m2.k）降为1.5w/(m2.k）。
(6)窗墙比应≤0.7,当窗墙比＜0.4时，玻璃可见光透射比需≥0.4,以免影响房间采光。
(7)夏热冬暖、夏热冬冷和寒冷地区，制冷负荷大的建筑应设外部遮阳。
(8)屋顶水平面太阳辐射最大，相应建筑能耗较大，透明部分面积不应大于屋顶总面积的20%。
(9)外窗可开启面积不小于窗面积的20%，以便于透气。
围护结构热工性能权衡判断：当所设计的建筑体形系数、窗墙比、传热系数等热工性能指标不能达到本标准要求时，通过不断调整设计参数及采暖空调设备效率，并计算能耗，最终使所设计建筑全年能耗不大于参照建筑能耗。
参照建筑：进行热工性能权衡判断时，作为计算HVAC能耗用的假想建筑。
参照建筑的形状、大小、朝向及内部空间划分和使用功能应与实际建筑相同，但热工参数，体形系数，窗墙比等应符合本标准。
当窗墙比大于规定值时，人为减少窗面积，多余部分用外墙替代。
当体形系数大于标准值时，人为减少外立面面积(作绝热面处理)。
采暖通风和空气调节设计
(一)采暖
1.采暖方式：热水采暖和蒸汽采暖。
2.蒸汽采暖缺陷：
a.热能效率：供热管网存在蒸汽跑冒滴漏损失，尤其由于管网压降和散热造成凝结水损失，热效率降低20%～40%。
b.卫生：管道和散热器温度高，灰尘积聚后会发生生化现象而产生异味而污染空气，舒适感差，且易烫伤人。
c.供热品质：热媒温度调节性差，供热品质低。
d.稳定性：室内干燥，且蒸汽比热容小，热惰性低，热力工况失调时室温波动较大。
3.公共建筑集中采暖应采用热水作为热媒。
4.常用热媒工况：95℃/70℃，85℃/60℃，地板辐射供水温度一般为35℃～70℃。
(二)通风和空气调节
1.空调区域划分原则：
运行时间、温度、湿度要求等使用条件不同空调区，不应划分在同一空调风系统中，以便于调节和运行管理。
2.全空气空调系统适用场合：房间面积或空间较大，人员较多，或有必要集中进行温湿度控制的空调区。如商场、影剧院、餐厅、展览馆、体育馆、候车(机)厅等无需分区来控制温度空调场所。
全空气系统特点：
a.可对空气温湿度、洁净度和噪声进行集中处理，设备集中，便于维修管理。
b.易于改变新、回风比例，必要时采用全新风运行以获得最大节能效益。
新风系统
(1)空调系统新风比确定
过大的新风机比显然将增加空调机组的负荷和能耗，而新风比过小时部分房间的新风量又难以得到保证。
Y=X/(1 X-Z)，修正后系统总新风量在总送风量中比例。
Z=Voc/Vsc, 房间最大新风比。
Voc: 最大新风比房间所需新风量。
Vsc：最大新风比房间所需送风量。
X=Von/Vst, 修正前的系统总新风量在总送风量中比例。
Vot=Y*Vst, 修正后总新风量。
(2)在人员密度较大且变化较大房间，宜采用新风比需求控制，即根据所检测的CO2浓度（700～1000ppm）自动控制新风量大小，既符合卫生标准，又节约能耗。
计算举例：
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房间用途 |
在室人数 |
新风量(m3/h) |
总风量 |
新风比 |
|
办公室1 |
20 |
680 |
3400 |
20 |
|
办公室2 |
4 |
136 |
1940 |
7 |
|
会议室 |
50 |
1700 |
5100 |
33.3 |
|
接待室 |
6 |
156 |
3120 |
5 |
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合 计 |
80 |
2672 |
13560 |
19.7 |
可知：
Z=33.3%
X=19.7%
Y=X/(1 X-Z)=22.8%
所需新风量Vot为： Vot=Y*Vst=3092m3/h。
新排风全热回收装置
设有集中排风系统，且符合以下条件时应设全热回收装置，且热回收效率不低于60%。
a.送风量≥3000m3/h的直流式空调系统，且新排风温差≥ 8℃。
b.设计新风量≥4000m3/h的空调系统，且新排风温差≥ 8℃。
c.设有独立新风和排风系统。
空气过滤气选用要求
a.粗效过滤器初阻力≤50Pa,终阻力≤100Pa。
b.中效过滤器初阻力≤80Pa,终阻力≤160Pa。
c.全空气空调系统应能满足全新风运行需要。
送风系统输送功耗：
送风系统单位风量的功耗Ws应不大于下表限值：
Ws=P/(3600ηt)，w/(m3/h)
P: 风机全压，Pa。
ηt:包括风机，电机和传动系统在内的总效率。
目的：限制空调送风系统的作用半径，避免功耗过大。
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系统形式 |
办公建筑 |
商业、旅馆建筑 |
最高风机余压 |
|||
|
粗效过滤 |
粗中效过滤 |
粗效过滤 |
粗中效过滤 |
办公 |
商业 |
|
|
两管制定风量系统 |
0.42 |
0.48 |
0.46 |
0.52 |
900 |
980 |
|
四管制定风量系统 |
0.47 |
0.53 |
0.51 |
0.58 |
1000 |
1080 |
|
两管制变风量系统 |
0.58 |
0.64 |
0.62 |
0.68 |
1200 |
1280 |
|
四管制变风量系统 |
0.63 |
0.69 |
0.67 |
0.74 |
1300 |
1380 |
|
普通机械通风系统 |
0.32 |
600 |
||||
空调冷冻水系统输送能效比：
单位冷量的水泵功率ER应不大于下表限值：
ER=0.002342H/(△t・η)
H: 水泵扬程，m
△t: 进出水温差，℃
η:水泵工作点的效率。
目的：降低管道输配能耗，最远环路总长限在200～500m。
制冷输送能效比按36m扬程，70%水泵效率，5℃供回水温差。
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管道类型 |
两管制热水管道 |
四管制热水管道 |
空调冷水管道 |
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严寒地区 |
寒冷地区/夏热冬冷地区 |
夏热冬暖地区 |
|||
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ER |
0.00577 |
0.00433 |
0.00865 |
0.00673 |
0.0241 |
流量控制方式：
适用条件：空调系统较大，阻力较高，各环路负荷特性或压力损失相差悬殊。
二次泵宜根据流量变化采用变流量调节方式。
采暖和空调系统冷热源
1.锅炉
a.锅炉房单台锅炉的容量能确保高峰和低谷热负荷均能高效运行。
b.锅炉台数不宜少于2台，中小建筑满足检修需要时可设1台。
c.锅炉热效率应符合以下指标：
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锅炉类型 |
热效率（%） |
|
燃煤（类烟煤）蒸汽、热水锅炉 |
78 |
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燃油、燃气蒸汽、热水锅炉 |
89 |
2.冷水机组
(1)冷水机组台数和容量选择应考虑空调负荷的全年变化，满足季节和部分负荷要求。
(2)空调冷负荷大于528kw时，不宜少于2台。
(3)冬季或过渡季节时应考虑冷却塔提供冷冻水。
(4)满载能效比不应低于下表限值：
来源：暖通南社
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