李一鸣
威讯联合半导体北京有限公司 100176
摘要；据统计，2013年我国建筑总能耗达7.56亿ｔ标准煤，其中公共建筑总能耗（不含北方地区供暖）为2.04亿ｔ标准煤，占建筑总能耗的26.9％。从供暖需求来看，公共建筑具有一些典型特征，如普遍采用玻璃幕墙、太阳辐射影响相对较大、人员作息相对固定、供暖时间相对较少、一般上下楼层不连通、楼内气密性相对较好等。
对于居住建筑采用的集中供暖系统，围护结构保温改造、分户热量计量与混水调节等方式是有效的节能手段。但对于公共建筑的供暖节能改造研究，国内仍处于初步阶段，仅对公共建筑中的锅炉效率、水泵设备选型、围护结构保温等进行了步分析。
本文以北京地区某商业办公建筑为例，通过对供暖工况连续实测和持续调试改造，总结
了关键的技术路线，实现了2017年供暖能耗达0.05ＧＪ/（ｍ2·ａ），远低于欧盟0.11ＧＪ/（ｍ２·ａ）的近零能耗建筑供暖标准。讨论了实现近零能耗供暖的技术措施。研究及实践结论表明：北京地区的商业综合体应对商场、酒店与办公建筑设置单独的控制支路，以适应不同负荷需求；对于采用四管制系统的建筑，采用自由冷却系统的经济效益较好。
关键词；近零能耗；供暖；冷热抵消；调试；改造；自由冷却
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绪 论
目前，我们仍缺乏关于办公楼和公共建筑供暖系统的全面节能调试研究。本文基于北部地区办公楼的长期调试和节能工作。本文总结了办公楼供暖系统的相关问题及其调试和转换措施，同时实现了节能的好处，可为北方地区同类建筑的运行和节能提供工程参考。
1.项目信息和能耗指标
A项目位于北京市朝阳区东北部，是一栋高档A级办公楼，围护结构的基本信息和热参数如表1和表2所示。其中，与办公楼相邻的购物中心为同一供热站提供集中供热。集中供热站通向两个次级侧分支，其中一个用于分支办公室的供热。目前，二次热水循环泵可以满足A工程整栋建筑的供热要求。具体的设备参数如表3所示。
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如表4所示，项目A当前缺少完整的能耗测量系统。根据火力发电厂的日常抄表和对锅炉能效的持续监控，计算出相关的热量消耗指标。其中，在典型状态下，连续监测的平均锅炉效率为94％，是二次监测的实际卡路里值与锅炉实际燃气消耗量较低的总热量值之比。同时，研究团队在整个供暖季节持续监视项目A次级侧的供热分配器，并计算项目A的消耗量。
整个复合体的热量与总热量消耗之比平均约为13％。根据该比率，可以获得项目A的每单位面积的额外能耗。
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有两类能耗指标——一级指标和二级指标：一级指标主要是指建筑采暖的总能耗，包括单位面积采暖能耗，天然气消耗和碳排放量。它主要描述了影响供暖能耗的因素，包括供水的平均温度，供水和回水之间的平均温度差，供暖系统传输和分配的能耗指标以及建筑物围护结构的热性能指标。与GB/T51161-2016《民用建筑能耗标准》的采暖指数相比，A项目的采暖能耗和输配指数明显低于国家标准值，采暖成本仅为4.3元/m2，节能和经济优势十分重要。
在2016-2017年的供暖季节，项目A办公楼的平均热负荷为4.63 W/m2，低于现有研究中其他建筑物的测试结果。根据进一步分析，办公楼的热源相对恒定，室内人员计算为每层200人，人员的平均制冷量为8 W/m2，照明设备的平均制冷量为15 W/m2。室内热能增加的主要原因是太阳辐射热能增加，但难以监测和定量计算。在阳光明媚的冬季工作日，办公大楼的西部和南部地区容易通过玻璃幕墙被太阳能加热而过热，某些地区的温度可能达到26至28°C。
2.电厂输配电系统的过渡
2.1转换过程
2016年，项目A实现了电厂输配电系统中管网的改造（见图1）。在装修之前，项目A和邻近的购物中心为同一供热站提供集中供热。该热站配备了一个容量为2.8兆瓦的4容量的燃气热水锅炉。一级循环泵以固定的流量运行，在供暖季节打开两个循环泵，二级循环泵以可变频率运行，三个水泵在工作时间内以45 Hz的频率运行，两个水泵不工作。在工作时间内（浮动时间）以30 Hz的频率运行。控制对象是次级侧的供水温度，初级侧旁通阀的开度通过反馈进行调节。
在配电系统中，从购物中心，办公楼和后方区域的三个通道返回的水经过一个集管收集，然后通过四个热板热交换器与锅炉中用于供应的主要高温水进行热交换3分成渠道为此目的。购物中心大堂的地板辐射加热点配备有单独的板式热交换器，用于进行热交换。
在现场调试过程中，团队发现项目A的供暖时间和负荷特性在办公楼和购物中心之间存在显着差异。另外，火力发电厂还没有实现整个系统的自动控制调节，并且综合供水温度容易出现两个问题。一方面，商场和办公楼的供暖和休息时间不同，综合调整会在办公楼的漂浮状态下造成能源浪费。办公大楼和购物中心的最终形式不同，并且对实际供水温度的需求也不同。均匀的温度可以轻松提高办公大楼的供水温度。
例如，2016年供暖季节的一般工作日，例如，天气晴朗，室外温度为-4至6℃。图2比较了在项目A的供暖季节的典型工作日中，购物中心和办公楼的供，回之间的温差。如图2所示，办公时间内办公楼的供水和回水之间的平均温差为1.6°C，最高温度为5°C，最低温度为0.7°C，商场中供水和回水之间的平均温差为4.4°C办公楼和购物中心供暖系统的集中和集成控制可能会导致水力不平衡，不利于供暖系统的运行和节能。
项目A中的管网改造实现了办公楼供暖的独立控制，如图1所示，在新办公楼中使用1号热交换器和1个循环泵作为点，以实现独立供水。我做到了温度调节。同时，这也将办公楼与商场的供暖时间表分开，避免了夜间办公楼供暖过多的问题。
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2.2改善成果
输配电系统改革的结果主要有两个方面。首先是单独控制办公楼分支道路的加热温度：2017年供暖季节工作日的平均供水温度为41.3°C，与2016年的45.5°C相比降低了4.2°C。第二个最高温度为37°C是为了针对办公大楼的负荷特性实现正确的温度目标调整，这增加了控制策略的灵活性。图3显示了在项目A供暖季节的一个典型工作日中，办公楼供水和回水的温度变化。如图3所示，在一个典型的工作日，天气晴朗，室外温度为-6至4°C。办公大楼中供暖的需求全天定期变化。早晨，考虑到办公楼中夜间热负荷的影响，太阳辐射的影响相对较弱，而办公楼中的供水温度较高，可以达到45-46°C。17:00，建筑物的供暖需求显着下降，因此供水温度下降。水温控制还与循环泵的频率控制相协调，下午在办公楼西侧和南侧过热时，辅助泵的频率从45 Hz降低到30 Hz，这降低了系统的能耗。
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3.减少系统的热偏移和冷偏移
3.1办公楼可变气流系统简介
办公大楼的标准楼层使用可变气流系统。其中，每个楼层都配备了两个分别对应于标准楼层南北的冷却箱，只有冷却盘管，在供暖季节，通过控制冷水阀的开度来冷却过热区域。空调的末端是一个可变风量盒，每个空调都有四个出风口，并配有温度传感器以监测室温。热水供应受区域控制，热水盘管位于外部区域中可变风量的末端，内部区域没有热水盘管。
同时，项目A的办公楼设有集中式新鲜空气处理系统，安装了四个热回收新鲜空气单元，并且通过四个PAUR对送入空调箱的新鲜空气进行了预热。大面积（15-25层）；PAUR的热回收流道根据季节模式进行设置，默认在冬季和夏季打开。
3.2分析热和冷偏移问题
项目A使用四管道水系统，但是在冬天，有必要为玻璃幕墙附近的一些过热的外部区域提供冷却，但室温应控制在26°C以下。在项目A的实际测试中，发现用于冬季冷却的冷水阀开孔的工作条件更为普遍。例如，以2015年供暖季节的典型工作日为例，天气晴朗，室外温度为3至13°C。
随着对办公大楼尽头的运营数据的进一步分析，冷热抵消的原因主要来自两个方面。
1）在冷却条件下，如果空调的空气供应仍旧不足，则会再次加热，这会导致冷却能力下降。办公大楼14楼以外的西南出风口与空调箱的空气供应之间始终存在明显的温差（大约2-3°C）。即，外部的烟灰盘管总是加热冷风，造成能量浪费。造成这种现象的原因是，出风口控制策略的一部分是错误的，无法用冷水阀关闭，而末端热水阀的一部分没有紧密关闭，从而导致热量泄漏，从而抵消了冷热。
2）如果室外热回收单元对室外新鲜空气进行集中处理，则加热温度过高，无法消除冷热。在节能运行方面，办公楼中的过热要求尽可能利用室外新鲜空气的免费冷却能力。某些区域过冷应由热水喷射引起，而新的热回收风扇单元应仅满足防冻剂的安全要求。热回收用新风扇单元处理的新鲜空气基本上保持在约27°C，这不仅失去了新鲜空气的冷却能力，而且还造成了不必要的加热。
3.3免重塑冷却系统
在2015年的供暖季节，项目A使用了两个基本负荷制冷机进行冷却，单个制冷机的容量为1407 kW。图4中显示了在项目A的供暖季节中用于办公大楼的四控制冷却系统的示意图。冬季，制冷机长期处于低负荷状态，而制冷能效低，冰箱迅速增加，冷水温度仅为7°C。
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在2015年夏季，业主在原始系统上增加了免费的冷却系统，以满足在加热系统和过渡季节中办公楼和新闻室的冷却需求。该预冷系统的冷却塔和循环水泵使用原始系统的设备，仅增加板式热交换器和相应的自动控制系统。通过对管道的改造，该阀可用于实现预冷和常规的冷却转换工作条件。修改后的系统的示意图如图6所示。
在自然冷却系统的运行条件下，建筑物的冷水供应温度从7°C升高到10°C，这减少了恒定流量条件下建筑物的冷却量。缓解了车站供暖点的温度下降以及某些地区的过热现象，大大缩短了建筑物的冷却时间。根据项目A的制冷量系统测得的数据，2016年供暖季节的办公楼制冷量为16.5万千瓦·小时，与2014年同期的41.2万千瓦·小时相比降低了60％。季度办公楼的制冷量仅为109,000 kW·h，与2016年相比大幅下降了34％。在2017年的供暖季节，免费冷却系统的冷却时间为158小时，而在2015年，冷却时间为426小时，比上一年减少63％。可以看出，北部地区在供暖季节有制冷需求的四个控制系统可以配备免费制冷系统，以实现更好的节能效果和经济优势。
4.设备控制的微调
鉴于设备的性能和防冻要求，预期的PAUR送风温度应控制在12至15°C。
根据2016年供暖季A项目中PAUR的测试结果，该装置在实际运行中的总热回收效率和总热回收率明显低于设计条件（见表6）。PAUR的运行条件直接影响打开热回收流道的经济性。为了达到预期的系统节能目标，工程师必须与制造商合作，进一步验证热回收流道的性能并调整其控制策略。
PAUR持续监控2017年的供暖季节，在项目A的送风温度控制方面存在问题，需要进行调整。
下部区域中PAUR送风温度的比较如图5所示。在2017年加热季节的较低区域中，由项目A控制的PAUR的空气供应设定温度为18°C，由2 PAUR控制的空气供应的实际温度范围为15-18。℃，但温度控制变化很大。PAUR配备了低温防冻保护装置。如果送风温度低于15°C，则水阀打开，在室外加热新鲜空气，控制温度不断波动。
图6显示了高地区PAUR送风温度的比较。2017供热季节项目的送风温度设置为15°C，但设备的实际送风温度控制在20°C左右。经实际检查，高处PAUR的流道结构存在漏气点，排气与新鲜空气的混合更加严厉，因此流道前面的新鲜空气入口温度过高，不能进一步降低送风温度。
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结 论
１）通过对项目Ａ持续的节能诊断及调试改造工作，使得2017年供暖季办公建筑的单位面积能耗降至0.05ＧＪ／（ｍ２·ａ），已达到欧盟近零能耗建筑供暖的指标0.11ＧＪ／（ｍ２·ａ），单位面积供暖成本为4.3元／ｍ２，节能与经济效益均十分显著。
２）对项目Ａ的节能工作主要基于现有热站系统的调适改造、减少建筑内供冷量措施与新风集中处理设备的精细化调节等方面，从热源到输配再到末端，全过程控制建筑内供暖的节能运行。
３）项目Ａ的实践证明：北方地区的商业综合体应对商场、酒店与办公建筑设置单独的控制支路，以适应不同建筑类型的负荷需求；对于运用四管制系统的建筑，采用自由冷却系统的经济效益较好。
参考文献
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［2］江亿．我国建筑耗能状况及有效的节能途径［Ｊ］．暖通空调，2015，35（5）：30－40
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［4］席永刚．既有公共建筑供暖系统节能改造的研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016：67－70
附 录