摘要本論文以某城市高層辦公建筑為研究對象，依據(jù)國家及地方暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合建筑功能需求與當(dāng)?shù)貧庀髼l件，完成了該建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過負(fù)荷計(jì)算軟件（EnergyPlus）精準(zhǔn)計(jì)算建筑冷熱負(fù)荷，對比分析了風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)、VRV多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、全空氣系統(tǒng)三種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，最終選定風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)作為最優(yōu)方案。基于負(fù)荷結(jié)果完成冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組等核心設(shè)備選型，設(shè)計(jì)了閉式變流量水系統(tǒng)與集中新風(fēng)系統(tǒng)，并采用熱回收、變流量控制等節(jié)能措施，降低系統(tǒng)能耗。經(jīng)濟(jì)分析表明，該設(shè)計(jì)初期投資合理，運(yùn)行成本較低，符合公共建筑節(jié)能要求。本研究可為同類辦公建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)提供參考。引言1.1研究背景與意義隨著我國建筑能耗的快速增長（占社會(huì)總能耗的30%以上），暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑能耗的核心環(huán)節(jié)（占建筑能耗的50%~60%），其節(jié)能設(shè)計(jì)已成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。某城市擬新建一棟12層辦公建筑，總建筑面積約2.5萬平方米，主要功能為辦公、會(huì)議、接待等。為滿足建筑的舒適性、節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性要求，需進(jìn)行科學(xué)合理的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.2研究目標(biāo)（1）準(zhǔn)確計(jì)算建筑冷熱負(fù)荷，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)；（2）對比不同空調(diào)系統(tǒng)方案，選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的系統(tǒng)；（3）完成核心設(shè)備選型與系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；（4）應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，降低系統(tǒng)能耗，符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）要求；（5）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。1設(shè)計(jì)依據(jù)與項(xiàng)目概況1.1設(shè)計(jì)依據(jù)（1）國家規(guī)范：《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB____）、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）、《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）；（2）地方標(biāo)準(zhǔn)：《某省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ____）；（3）項(xiàng)目資料：建筑平面圖、立面圖、剖面圖、使用功能說明；（4）業(yè)主需求：夏季室內(nèi)溫度24~26℃，相對濕度40%~60%；冬季室內(nèi)溫度18~20℃，相對濕度30%~50%；新風(fēng)量不低于30m3/(人·h)；系統(tǒng)運(yùn)行噪音≤50dB(A)。1.2項(xiàng)目概況（1）建筑參數(shù)：12層框架結(jié)構(gòu)，層高3.6m，總建筑面積____㎡，其中辦公區(qū)____㎡，會(huì)議區(qū)3000㎡，接待區(qū)2000㎡，設(shè)備用房2000㎡；（2）氣象參數(shù)（某城市）：夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度35℃，濕球溫度28℃；冬季采暖室外計(jì)算溫度-10℃，相對濕度60%；（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)：外墻采用外保溫（EPS板，厚度100mm），傳熱系數(shù)0.55W/(m2·K)；屋面采用保溫層（巖棉板，厚度120mm），傳熱系數(shù)0.45W/(m2·K)；門窗采用斷橋鋁中空玻璃（6+12A+6），傳熱系數(shù)2.4W/(m2·K)，氣密性等級6級。2負(fù)荷計(jì)算2.1計(jì)算方法與軟件采用冷負(fù)荷系數(shù)法（CLF）計(jì)算逐時(shí)冷負(fù)荷，熱負(fù)荷系數(shù)法計(jì)算冬季熱負(fù)荷，濕負(fù)荷采用人體散濕+設(shè)備散濕組合計(jì)算。借助EnergyPlus軟件進(jìn)行模擬，輸入圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、人員密度（0.1人/㎡）、設(shè)備功率（15W/㎡）、照明功率（10W/㎡）、新風(fēng)量（30m3/(人·h)）等參數(shù)，輸出逐時(shí)負(fù)荷結(jié)果。2.2冷負(fù)荷計(jì)算冷負(fù)荷由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱冷負(fù)荷、人員散熱冷負(fù)荷、設(shè)備散熱冷負(fù)荷、照明散熱冷負(fù)荷、新風(fēng)冷負(fù)荷五部分組成。以標(biāo)準(zhǔn)辦公室（30㎡，4人）為例，逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見表2-1：負(fù)荷類型最大值（W）占比（%）圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱120025人員散熱80017設(shè)備散熱60012.5照明散熱4008.5新風(fēng)冷負(fù)荷180037**總冷負(fù)荷****4800****100**2.3熱負(fù)荷計(jì)算熱負(fù)荷由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱熱負(fù)荷、新風(fēng)熱負(fù)荷組成。冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18℃，室外-10℃，標(biāo)準(zhǔn)辦公室熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見表2-2：負(fù)荷類型最大值（W）占比（%）圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱150060新風(fēng)熱負(fù)荷100040**總熱負(fù)荷****2500****100**2.4濕負(fù)荷計(jì)算濕負(fù)荷主要來自人員散濕（100g/(人·h)）與設(shè)備散濕（忽略），標(biāo)準(zhǔn)辦公室濕負(fù)荷為4×100=400g/h。2.5負(fù)荷匯總與分析建筑總冷負(fù)荷為1200kW（夏季峰值），總熱負(fù)荷為600kW（冬季峰值），總濕負(fù)荷為100kg/h（夏季）。新風(fēng)負(fù)荷占總冷負(fù)荷的35%，是冷負(fù)荷的主要組成部分，需重點(diǎn)優(yōu)化新風(fēng)系統(tǒng)。3空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與比選3.1方案提出根據(jù)建筑功能（辦公區(qū)需靈活調(diào)節(jié)，會(huì)議區(qū)需集中控制），提出三種方案：（1）方案1：風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)：辦公區(qū)采用風(fēng)機(jī)盤管（FCU），會(huì)議區(qū)采用風(fēng)機(jī)盤管+集中新風(fēng)，新風(fēng)經(jīng)熱回收處理后送入房間；（2）方案2：VRV多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)：采用變頻多聯(lián)機(jī)，每個(gè)房間設(shè)室內(nèi)機(jī)，新風(fēng)由全熱交換器處理；（3）方案3：全空氣系統(tǒng)：采用集中式空調(diào)機(jī)組，通過風(fēng)管向各房間送風(fēng)，新風(fēng)與回風(fēng)混合處理。3.2方案比選從節(jié)能性、舒適性、初期投資、運(yùn)行成本、維護(hù)難度五方面進(jìn)行比選，結(jié)果見表3-1：指標(biāo)方案1方案2方案3節(jié)能性（COP）4.53.84.2舒適性（溫度均勻性）優(yōu)（局部調(diào)節(jié)）優(yōu)（分戶調(diào)節(jié)）良（集中調(diào)節(jié)）初期投資（萬元）180220160運(yùn)行成本（萬元/年）354238維護(hù)難度中（FCU維護(hù)）高（冷媒系統(tǒng)）低（集中機(jī)組）3.3方案優(yōu)化與選定方案1（風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)）兼顧了節(jié)能性、舒適性與經(jīng)濟(jì)性：風(fēng)機(jī)盤管可實(shí)現(xiàn)房間局部溫度調(diào)節(jié)，滿足辦公區(qū)靈活需求；集中新風(fēng)系統(tǒng)采用熱回收，降低新風(fēng)負(fù)荷；初期投資與運(yùn)行成本均低于方案2，維護(hù)難度低于方案2；符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中“風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)宜用于辦公建筑”的要求。最終選定風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)方案。4主要設(shè)備選型設(shè)計(jì)4.1冷水機(jī)組選型（1）負(fù)荷需求：總冷負(fù)荷1200kW，考慮10%余量，選型冷負(fù)荷1320kW；（2）機(jī)組類型：螺桿式冷水機(jī)組（COP≥5.2，符合GB____要求）；（3）臺數(shù)：2臺（1用1備，單臺容量660kW）；（4）參數(shù)：冷凍水供回水溫度7/12℃，冷卻水供回水溫度30/35℃。4.2風(fēng)機(jī)盤管與新風(fēng)機(jī)組選型（1）風(fēng)機(jī)盤管（FCU）：根據(jù)房間冷負(fù)荷選型，標(biāo)準(zhǔn)辦公室（4800W）選FP-51型（額定制冷量5100W，余壓12Pa，噪聲≤45dB(A)）；（2）新風(fēng)機(jī)組（MAU）：總新風(fēng)量=人員新風(fēng)+滲透新風(fēng)=（____×0.1×30）+（____×0.5）=5400+____=____m3/h，選2臺（1用1備），單臺風(fēng)量9000m3/h，冷負(fù)荷=____×1.2×(35-24)=236kW（夏季），熱負(fù)荷=____×1.2×(18+10)=596kW（冬季），機(jī)組帶全熱回收（效率≥60%）。4.3水泵與冷卻塔選型（1）冷凍水泵：流量=1200×0.86/5=206.4m3/h（0.86為冷凍水流量系數(shù)，5為供回水溫差），選2臺（1用1備），單臺流量210m3/h，揚(yáng)程35m（管路阻力+設(shè)備阻力）；（2）冷卻水泵：流量=1200×1.2/5=288m3/h（1.2為冷卻水流量系數(shù)），選2臺（1用1備），單臺流量290m3/h，揚(yáng)程30m；（3）冷卻塔：冷卻負(fù)荷=1200×1.15=1380kW（1.15為冷卻負(fù)荷系數(shù)），選2臺（1用1備），單臺冷卻能力700kW，進(jìn)水溫度35℃，出水溫度30℃。4.4輔助設(shè)備選型（1）膨脹水箱：容積=系統(tǒng)水容量×0.03=（____×0.05）×0.03=37.5m3（0.05為單位建筑面積水容量），選40m3膨脹水箱；（2）分集水器：冷凍水分集水器各設(shè)1臺，管徑DN300；冷卻水分集水器各設(shè)1臺，管徑DN350。5系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)5.1水系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)形式：閉式循環(huán)、變流量系統(tǒng)（冷凍水采用變頻水泵，根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)流量）；（2）管路布置：異程式（減少管路長度，降低成本），每層設(shè)支立管，風(fēng)機(jī)盤管采用雙管系統(tǒng)（夏季供冷水，冬季供熱水）；（3）保溫設(shè)計(jì)：冷凍水管采用橡塑保溫（厚度25mm，導(dǎo)熱系數(shù)0.038W/(m·K)），防止結(jié)露；冷卻水管采用巖棉保溫（厚度20mm）。5.2風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）新風(fēng)系統(tǒng)：集中處理，新風(fēng)機(jī)組設(shè)在屋頂，新風(fēng)經(jīng)粗效過濾+全熱回收+表冷/加熱+加濕處理后，通過風(fēng)管送至各房間（辦公區(qū)新風(fēng)量30m3/(人·h)，會(huì)議區(qū)40m3/(人·h)）；（2）風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)系統(tǒng)：每個(gè)風(fēng)機(jī)盤管設(shè)送風(fēng)口（散流器，布置在房間頂部）與回風(fēng)口（百葉風(fēng)口，布置在房間側(cè)面），送回風(fēng)比1:0.8；（3）風(fēng)管設(shè)計(jì)：矩形風(fēng)管（流速≤6m/s），采用鍍鋅鋼板（厚度1.0~1.5mm），法蘭連接，保溫采用橡塑板（厚度20mm）。5.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）冷水機(jī)組控制：采用群控系統(tǒng)，根據(jù)冷凍水回水溫度調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)與壓縮機(jī)頻率；（2）水泵控制：冷凍水泵采用變頻控制，根據(jù)冷凍水供回水壓差調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（3）風(fēng)機(jī)盤管控制：每個(gè)風(fēng)機(jī)盤管設(shè)三速開關(guān)與溫度傳感器，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電動(dòng)二通閥開度；（4）新風(fēng)控制：新風(fēng)機(jī)組設(shè)CO2傳感器，根據(jù)室內(nèi)CO2濃度調(diào)節(jié)新風(fēng)量（最小新風(fēng)量30%，最大100%）。5.4保溫與防結(jié)露設(shè)計(jì)（1）冷凍水管、風(fēng)管保溫層厚度按《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB____）計(jì)算，確保表面溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度（夏季室內(nèi)露點(diǎn)溫度18℃，保溫后表面溫度≥20℃）；（2）新風(fēng)管穿越非空調(diào)區(qū)域時(shí)，增加保溫層厚度（30mm），防止結(jié)露。6節(jié)能措施與效果分析6.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能（1）外墻采用100mmEPS板保溫，傳熱系數(shù)0.55W/(m2·K)，比未保溫時(shí)降低50%；（2）門窗采用斷橋鋁中空玻璃，傳熱系數(shù)2.4W/(m2·K)，氣密性等級6級，減少滲透風(fēng)量30%。6.2系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)（1）新風(fēng)熱回收：新風(fēng)機(jī)組采用全熱交換器，熱回收效率60%，夏季回收熱量=____×1.2×(35-24)×0.6=141kW，減少冷水機(jī)組負(fù)荷11.8%；（2）變流量系統(tǒng)：冷凍水泵采用變頻控制，部分負(fù)荷時(shí)（如過渡季節(jié)），水泵能耗降低30%~50%；（3）溫濕度獨(dú)立控制：新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)除濕負(fù)荷，風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)顯熱負(fù)荷，提高系統(tǒng)效率。6.3設(shè)備節(jié)能選型（1）冷水機(jī)組COP=5.2，比常規(guī)機(jī)組（COP=4.5）節(jié)能15%；（2）風(fēng)機(jī)盤管采用高效電機(jī)（效率≥85%），比普通電機(jī)節(jié)能10%；（3）水泵采用變頻泵（效率≥80%），比定頻泵節(jié)能20%。6.4節(jié)能效果評估經(jīng)EnergyPlus模擬，該系統(tǒng)全年能耗為180萬kWh，比未采用節(jié)能措施的系統(tǒng)（250萬kWh）節(jié)能28%，符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB____）中“節(jié)能率≥20%”的要求。7經(jīng)濟(jì)分析7.1初期投資計(jì)算初期投資包括設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、材料費(fèi)，見表7-1：項(xiàng)目費(fèi)用（萬元）冷水機(jī)組40風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)機(jī)組50水泵+冷卻塔20風(fēng)管+水管+保溫30控制系統(tǒng)20安裝費(fèi)20**總計(jì)****180**7.2運(yùn)行成本分析運(yùn)行成本包括電費(fèi)、水費(fèi)、維護(hù)費(fèi)，見表7-2：項(xiàng)目費(fèi)用（萬元/年）冷水機(jī)組電費(fèi)（0.5元/kWh）120×8760×0.5×0.7=36.8水泵+風(fēng)機(jī)電費(fèi)40×8760×0.5×0.7=12.3水費(fèi)（冷卻塔補(bǔ)水）1.5維護(hù)費(fèi)（設(shè)備保養(yǎng)）5**總計(jì)****55.6**（注：0.7為負(fù)荷率，8760為全年小時(shí)數(shù)）7.3生命周期成本評價(jià)采用生命周期成本（LCC）法，計(jì)算20年生命周期內(nèi)的總費(fèi)用：初期投資：180萬元；運(yùn)行成本：55.6×20=1112萬元；殘值：180×10%=18萬元；LCC=180+____=1274萬元。與方案2（LCC=1450萬元）、方案3（LCC=1320萬元）相比，方案1的生命周期成本最低，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。8結(jié)論與展望8.1結(jié)論（1）負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)確：通過EnergyPlus軟件模擬，得到建筑總冷負(fù)荷1200kW，總熱負(fù)荷600kW，新風(fēng)負(fù)荷占比35%，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可靠基礎(chǔ)；（2）方案選擇合理：風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)兼顧了節(jié)能性、舒適性與經(jīng)濟(jì)性，符合辦公建筑的功能需求；（3）設(shè)備選型科學(xué)：冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、水泵等設(shè)備均符合負(fù)荷要求與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；（4）節(jié)能效果顯著：采用熱回收、變流量控制等措施，系統(tǒng)全年能耗比常規(guī)系統(tǒng)節(jié)能28%，符合國家節(jié)能要求；（5）經(jīng)濟(jì)可行：初期投資180萬元，運(yùn)行成本55.6萬元/年，生命周期成本1274萬元，優(yōu)于其他方案。8.2展望（1）可采用地源熱泵系統(tǒng)替代螺桿式冷水機(jī)組，利用地下淺層地?zé)崮埽M(jìn)一步降低能耗；（2）引入BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)與施工模擬，提高設(shè)計(jì)效率；（3）優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測負(fù)荷變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)，降低運(yùn)行成本。參考文獻(xiàn)[1]民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB____）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.[2]公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB____）[S].北京：中國