4.2.12
在大型厂房方案设计阶段,宜进行采光模拟分析计算和采光的节能量核算。可节省的照明用电量宜按下列公式计算:
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条文说明
4.2.12 自然采光设计可以有效降低照明能耗。在设计阶段,进行自然采光节能量的模拟预测和核算,可以预测自然采光的节能潜力,帮助建筑师进行自然采光设计方案的节能优化。采光节能计算方法按照现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033执行。
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在大型厂房方案设计阶段,宜进行采光模拟分析计算和采光的节能量核算。可节省的照明用电量宜按下列公式计算:
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4.2.12 自然采光设计可以有效降低照明能耗。在设计阶段,进行自然采光节能量的模拟预测和核算,可以预测自然采光的节能潜力,帮助建筑师进行自然采光设计方案的节能优化。采光节能计算方法按照现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033执行。
进行围护结构热工计算时,外墙和屋面的传热系数(K)应采用包括结构性热桥在内的平均传热系数(Km)。工业建筑金属围护结构典型构造形式的传热系数见本标准附录B。
4.3.1 在工业建筑中,金属围护结构是常用的形式,本标准附录B给出了其典型构造形式的传热系数。
根据建筑所在地的气候分区,一类工业建筑围护结构的热工性能应分别符合表4.3.2-1~表4.3.2-8的规定,当不能满足本条规定时,必须进行权衡判断。
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4.3.2 本条为强制性条文,必须严格执行。
对于一类工业建筑,环境控制方式为供暖和空调,以供暖为主的情况。建筑节能侧重于围护结构保温和供暖系统节能设计;对于以空调为主的情况,建筑节能侧重于建筑围护结构隔热和空调系统节能设计,因此,采用热工性能良好的建筑围护结构是降低一类工业建筑能耗的重要途径之一。本条的传热系数、太阳得热系数、热阻系数是结合模型计算和全国各个气候分区的实际案例综合得出的。
对某一典型单层工业厂房进行了不同室内发热量条件下,空调供暖负荷和热工性能参数关系的比较分析。该案例厂房为24m×114m,层高5m,窗墙比为0.2,屋顶天窗比例为0.05。室内热扰作息时间按照一班倒工作制设置,通过近百个模拟案例的计算,得出如下结论:
(1)对于轻微室内发热量(Q<10W/m³)的工业厂房,提高围护结构的保温性能对于建筑节能有一定的效果,但经济回收期较长,并与厂房所在地的室外气候特征密切相关,严寒地区约为10年,气候越炎热地区,回收期越长。
(2)对于中度室内发热量(Q≥10W/m³)的工业厂房,增强围护结构的保温隔热性能,由于其节能量有限且经济回收周期长,不建议盲目做保温隔热要求。
对全国各个气候分区总共46个工业建筑围护结构热工性能参数进行统计,结果汇总如表2和图1所示。
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根据建筑所在地的气候分区,二类工业建筑围护结构的热工性能宜符合表4.3.3-1~表4.3.3-5的规定。
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4.3.3 二类工业建筑是以通风为环境控制方式,其节能设计旨在给出满足一定室内设计参数时所需的围护结构热工性能设计方法,从而避免供暖空调系统能耗。
二类工业建筑与民用建筑节能设计方法有显著差异和不同,相对于民用建筑,二类工业建筑通常存在很大的余热强度和通风换气次数。对于二类工业建筑,除气候分区外,室内余热强度和通风换气次数是影响环境控制方式和节能设计方法的主要因素,体形系数和窗墙比对围护结构传热系数的影响较小。
对于二类工业建筑,建筑围护结构的传热系数是推荐值,而不是限值。这就意味着二类工业建筑围护结构传热系数值既考虑了冬季的保温要求,也考虑了夏季隔热及排出室内余热的需求。围护结构传热系数大于或小于推荐值都不利于室内热环境和节能。
表4.3.3-1~表4.3.3-5给出了在不同余热强度和换气次数条件下的围护结构传热系数推荐值。外墙传热系数推荐值与室内余热强度有很大的关系,在同一气候区,余热强度越低,围护结构传热系数的推荐值也越小,反之,推荐值越大。当室内余热强度大于50W/m³时,不论严寒还是寒冷地区,都不需要考虑保温。在不同气候区及室内热源强度等条件下,屋面传热系数推荐值差别不大,是由于屋面传热系数都要考虑防止夏季太阳辐射得热。外墙传热系数推荐值与通风换气次数也有很大的关系,当实际通风换气次数和表中计算条件存在较大差异时,需进行权衡判断。
当室内余热强度不稳定或有值班温度要求时,如果对应工业建筑经济可行的围护结构传热系数,室内温度仍低于要求范围,则需要增加供暖设备以满足冬季室内温度要求。当余热强度很大时,对应工业建筑一般围护结构传热系数上限值条件下,室内温度仍超过要求范围,需增大窗户开启面积或增加机械通风量,提高换气次数。
生产车间应优先采用预制装配式外墙围护结构,当采用预制装配式复合围护结构时,应符合下列规定:
1 根据建筑功能和使用条件,应选择保温材料品种和设置相应构造层次;
2 预制装配式围护结构应有气密性和水密性要求,对于有保温隔热的建筑,其围护结构应设置隔汽层和防风透气层;
3 当保温层或多孔墙体材料外侧存在密实材料层时,应进行内部冷凝受潮验算,必要时采取隔气措施;
4 屋面防水层下设置的保温层为多孔或纤维材料时,应采取排气措施。
4.3.4 常用建筑围护结构有砌筑类、现浇类、装配类,在工业建筑项目中,结合建筑工业产业化要求以及工业建筑建造特征,采用预制装配类建筑围护结构,并采用相应新材料、新工艺、新技术。对于装配式围护结构技术,系统构造的材料选择和系统设计是其性能保证的关键。
建筑围护结构应进行详细构造设计,并应符合下列规定:
1 采用外保温时,外墙和屋面宜减少出挑构件、附墙构件和屋顶突出物,外墙与屋面的热桥部分应采取阻断热桥措施;
2 有保温要求的工业建筑,变形缝应采取保温措施;
3 严寒及寒冷地区地下室外墙及出入口应防止内表面结露,并应设防水排潮措施。
4.3.5 门窗与墙体缝隙处,如果不做特殊处理,易形成热桥,冬季会造成结露,因此要求对这些特殊部位采用保温、密封构造,特别是一定要采用防潮型保温材料,如果是不防潮的保温材料,其在冬季就会吸收了凝结水变得潮湿,降低保温效果。这些构造的缝隙要采用密封材料或密封胶密封,杜绝外界的雨水、冷凝水等影响。变形缝是保温的薄弱环节,加强对变形缝部位的保温处理,避免变形缝两侧墙出现结露问题,也减小通过变形缝的热损失。
建筑围护结构采用金属围护系统且有供暖或空调要求时,构造层设计应采用满足围护结构气密性要求的构造;恒温恒湿环境的金属围护系统气密性不应大于1.2m³/(㎡·h)。
4.3.6 金属围护结构的气密性指标是保证其传热系数至关重要的性能,因此,对其提出相应要求。
外门设计宜符合下列规定:
1 严寒和寒冷地区有保温要求时,外门宜通过设门斗、感应门等措施,减少冷风渗透;
2 有保温或隔热要求时,应采用防寒保温门或隔热门,外门与墙体之间应采取防水保温措施。
4.3.7 本条说明如下:
1 严寒地区的生产性建筑性质决定了其外门开启的频繁度,外门频繁开启造成室外冷空气大量进入室内,导致供暖能耗增加。设置门斗可以避免冷空气直接进入室内。除了严寒地区以外,寒冷地区及其他地区也存在此类现象,因此应该采取相应措施。
2 因生产建筑外门通常较大,因此对于严寒和寒冷地区以及建筑外门有保温隔热要求。
外窗设计应符合下列规定:
1 无特殊工艺要求时,外窗可开启面积不宜小于窗面积的30%,当开启有困难时,应设相应通风装置;
2 有保温隔热要求时,外窗安装宜采用具有保温隔热性能的附框,气密性等级应符合现行国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106的有关规定。
4.3.8 本条说明如下:
1 为加强生产建筑的自然通风能力,减少机械通风能耗,故对外窗的开启面积提出要求,对有通风要求的生产建筑,首选外窗开启面积最大的立转窗。
2 为了保证生产建筑的节能效果,要求外窗具有良好的气密性能,以抵御夏季和冬季室外空气过多地向室内渗漏,因此对外窗的气密性能要有较高的要求。
以排除室内余热为目的而设置的天窗及屋面通风器应采用可关闭的形式。
4.3.9 对于室内散发大量余热且无伴随污染物的情况,当冬季有保温要求时,需采用自动或手动的控制方式关闭天窗或屋面通风器,以减少由于通风换气引起的热量损失。
位于夏热冬冷或夏热冬暖地区,散热量小于23W/m³的厂房,当建筑空间高度不大于8m时,宜采取屋顶隔热措施。采用通风屋顶隔热时,其通风层长度不宜大于10m,空气层高度宜为0.2m。
4.3.10 夏热冬冷或夏热冬暖地区的建筑物大都采用通风屋顶进行隔热,收到了良好效果。近些年来,民用建筑设置通风屋顶的也越来越多,所需费用很少,但效果却很显著。某些存放油漆、橡胶、塑料制品等的仓库,由于受太阳辐射的影响,屋顶内表面及室内温度过高,致使所存放的上述物品变质或损坏,乃至有引起自燃和爆炸的危险,除加强通风外,设置通风屋顶也是一种有效的隔热措施。
夏热冬冷或夏热冬暖地区散热量小于23W/m³的冷车间,夏季经围护结构传入的热量,占传入车间总热量的85%以上,其中经屋顶传入的热量又占绝大部分,以致造成屋顶对工作区的热辐射。为了减少太阳辐射热,当屋顶离地面平均高度小于或等于8m时,采用屋顶隔热措施。
夏热冬暖、夏热冬冷、温和地区的工业建筑宜采取遮阳措施。当设置外遮阳时,遮阳装置应符合下列规定:
1 东西向宜设置活动外遮阳,南向宜设水平外遮阳;
2 建筑物外遮阳装置应兼顾通风及冬季日照。
4.3.11 大量的调查和测试表明,太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热、空调能耗上升的主要原因。因此,为了节约能源,要对窗口采取遮阳措施。
在设计遮阳时需考虑地区的气候特点和房间的使用要求以及窗口所在朝向。遮阳设施效果除取决于遮阳形式外,还与遮阳设施的构造处理、安装位置、材料与颜色等因素有关。可以把遮阳做成永久性或临时性的遮阳装置。永久性的即是在窗口设置各种形式的遮阳板,临时性的即是在窗口设置轻便的窗帘、各种金属或塑料百页等。在永久性遮阳设施中,按其构件能否活动或拆卸,又可分为固定式或活动式两种。活动式的遮阳可视一年中季节的变化,一天中时间的变化和天空的阴暗情况,任意调节遮阳板的角度,在寒冷季节,为了避免遮挡阳光,争取日照,还可以拆除。遮阳措施也可以采用各种热反射玻璃和镀膜玻璃、阳光控制膜、低发射率膜玻璃等,因此近年来在国内外建筑中普遍采用。
本条对严寒地区未提出遮阳要求。这是因为,在严寒地区,供暖能耗在全年建筑总能耗中占主导地位,冬季阳光充分进入室内,有利于降低冬季供暖能耗。因此,遮阳措施一般不适用于北方严寒地区。
夏季外窗遮阳在遮挡阳光直接进入室内的同时,可能也会阻碍窗口的通风,因此设计时要加以注意。
当自然通风不能满足卫生或生产工艺要求时,应采用自然与机械的复合通风或机械通风方式。
5.3.1 自然通风不需消耗风机能耗,是最节能的通风方式,其主要方式包括风压通风与热压通风,在有较强余热散发的工业建筑中,热压通风的利用可有效改善室内环境,优先采用自然通风的方式。但当通风进风有温湿度或洁净度要求、排风有除尘净化要求、进排风口面积受到限制时采用机械通风方式,为最大限度地降低能耗,尽量采用自然与机械复合通风方式。
通风空调的风口形式及参数应优先选择已有的经典气流组织计算公式进行计算确定。当没有气流组织计算公式或经气流组织计算公式计算不满足要求时,可采用计算机模拟软件进行优化分析。
5.3.2 合理选用风口形式,布置送、排风口位置,避免盲目地采用只增加风量的方式来达到提高通风效率的目的。在进行气流组织计算时,优先选择已有的经典气流组织计算公式。不能满足要求时,可采用计算机数值模拟方法,在进行模拟误差分析基础上,优化气流组织形式。
对于有集中热源、集中污染源或操作岗位固定的工业建筑,宜采用局部通风系统。
5.3.3 局部排风装置在集中热源、集中污染源附近进行捕集,可有效减少排风量和污染物扩散。局部送风装置可保证局部工作区环境需求,并满足工作区的局部送风参数;冬季可向工作岗位送热风,夏季可向工作岗位送冷风。局部通风系统可减少通风量,达到节能的目的。
集中热源上部设置局部排风罩时,其罩口高度宜在距热源表面1倍~2倍热源直径或1倍~2倍长边尺寸高度处。
5.3.4 热射流在距热源表面1倍~2倍热源直径或1倍~2倍长边尺寸处,热射流断面发生收缩,气流覆盖范围宽度最小且流速较高,局部排风罩口位于此高度易于获得较高的捕集效率。
槽宽大于700mm时,宜采用双侧或环形槽边排风罩;槽宽小于或等于700mm时,宜采用单侧槽边排风罩。
5.3.5 工艺生产槽边抽风排除槽内的有害物时,一般采用条缝排风罩,例如脱铜电解槽排风,在不影响工艺操作的前提下,在槽的双侧或周边设置槽边排风罩,可以使条缝风口风速降低,从而使阻力减少,达到节能的目的。同时,避免盲目地增加阻力来使条缝排风罩风口速度分布均匀。
局部排风罩的设置应靠近污染源,其形状和尺寸应与污染源对应。
当污染源离吸风口较远时,宜采用吹吸式通风系统。
5.3.7 吹吸式通风系统通过送风气流将污染物送至吸风口,可提高污染物捕集效率。送风口尽量设置在离污染源较近的位置。
热源集中在上部的高大厂房,当下部工作区有供暖需求时,可采用通风机将上部热空气送至下部工作区。
5.3.8 热源集中在上部的高大厂房会形成显著的垂直温度梯度,冬季可将上部热空气利用通风机送至下部工作区以满足其供暖需求。
排风应经过净化,并应符合国家现行标准《工业企业设计卫生标准》GBZ 1和《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50019的有关规定,可排风至室内。
5.3.9 排风系统大量向室外排风时,排出的热量或冷量相当可观,为了减少能量损失可向室内排风。对于室内外温差不大的情况,要将风排至室外。
满足工艺要求时,宜选用高效低阻的除尘器及净化设备。
5.3.10 除尘器及净化设备,优先采用高效节能型。例如,旋风除尘器在排气管中设减阻杆以及设置出口导流叶片,具有较低阻力。电除尘器的电场数采用四电场或五电场、增大比集尘面积、采用脉冲供电的方式、采用智能动态控制技术都可降低阻力。袋式除尘器采用渐缩式进气风道获取最佳气流分布、利用阻力测试及控制技术实现智能化清、卸灰作业与故障实时诊断,均可降低运行阻力。
选用袋式除尘器时,应采用合理的流通结构、清灰方法和过滤风速,并选用低阻的滤料。袋式除尘器宜采用压差自动控制技术进行清灰,终阻力不应超过1500Pa。
5.3.11 袋式除尘器流通结构对除尘效率以及除尘器阻力均有较大的影响,因此应采用合理的流通结构。采用合理的清灰方式和过滤风速,并选用低阻力的滤料,可以达到降低除尘器阻力、降低通风系统能耗的目的。不同的清灰方法选择不同的过滤风速,可按表3选择。
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通风系统风管应符合下列规定:
1 管道布置应通过合理走向、减小长度、减少局部构件个数及减小阻力系数的方法来降低风管阻力;
2 风管宜采用表面光滑的材料制作;
3 矩形风管宽高比应符合现行国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243的有关规定;
4 通风系统风管不应超过风管限制流速,其限制流速应符合现行国家标准《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50019的有关规定。
5.3.12 本条说明如下:
1 对于大型的管道,在管道弯头处设置导流叶片,减小局部阻力系数;管道布置尽量“短、平、直”。
4 “风管限制流速”的要求,是针对通风系统而言,适当减小流速,可以降低风管阻力,有利于节能。
电机功率大于300kW的大型离心式通风机,宜采用高压供电方式。
5.3.13 高压供电可以减少电能输配损失,因此规定电机功率大于300kW的大型离心式通风机宜采用高压供电方式。
严寒及寒冷地区设有供暖系统的厂房安装有大风量的空气压缩机、锅炉引风机等设备时,其设备取风口宜直接从室外取风。
5.3.14 在严寒及寒冷地区,空气压缩机、锅炉引风机等设备如果从室内取风,必然造成建筑物门、窗等处渗透风量加大,室内负压过大,有时甚至造成外门开启困难。大量的室外冷风进入室内,室内温度难以保证,同时要补充巨大的新风热负荷,这给建筑冬季供暖设计带来很大的难度。因此要与相关专业协调,避免从室内直接取风的做法。这里用“宜”,是因为具体的做法和气候条件、工艺条件有关,不能一概而论。比如,空压机吸气温度过低时,空压机不能正常工作,因此,不严格规定一定从室外取风。
不同时工作的除尘点宜设置与工艺设备连锁的启闭阀,控制系统风量。
5.3.15 同一个除尘系统中,各个排风点并不一定是连续工作的,对于非连续工作的排风点,工艺设备停止工作时,排风也要停止,以利于节能。
当一类工业建筑进行权衡判断时,设计建筑围护结构的传热系数最大限值不应超过表4.4.1的规定。
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4.4.1 本条为强制性条文,必须严格执行。
为保证建筑物围护结构的基本热工性能,设定进行建筑围护结构热工性能权衡判断计算的准入条件。除温和地区以外,进行权衡判断的建筑围护结构应符合本标准的性能要求,若不符合,采取措施提高相应热工参数,使其达到准入条件后方可按照本节规定进行权衡判断,满足本标准节能要求。然而,当室内发热量比较大时,围护结构通风换气的重要性会高于其保温性能要求,此时盲目增加保温,不仅会带来高投资,对于建筑的运行节能也没有效果。通过对不同气候地区典型厂房不同室内发热量情况下的能耗进行模拟计算,建议对严寒、寒冷地区室内发热量不大于10W/m³的一类工业建筑设置围护结构热工性能权衡判断准入条件。对于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区,由于设置的围护结构热工性能准入条件较为宽松,同时考虑围护结构冬季不结露要求,因此,表4.4.1中的限值规定适用于这些气候区域里所有室内发热量情况的一类工业建筑。
在送入新风无法使房间维持足够正压的情况下,一类工业建筑参照建筑的换气次数应按表4.4.2的规定取值。
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4.4.2 换气次数是影响室内热环境和能耗的重要指标。对于一类工业建筑,空调期或供暖期室外的新鲜空气进入室内,一方面,有利于确保室内的卫生条件,另一方面,又要消耗大量的新风负荷,换气次数的不同,将会直接影响能耗模拟结果的大小。因此在进行权衡判断时,需要规范换气次数的设置。考虑厂房的空间差异,对不同体积厂房的换气次数提出了不同的要求。对于空气调节的工业建筑,若室内为正压,则不考虑空气渗透负荷,在进行权衡判断时,换气次数设为0;对于夏季空调且室内正压,冬季供暖且无新风的工业建筑,夏季换气次数设为0,冬季换气次数按照表4.4.2的规定取值;对于夏季、冬季都采用空气调节,且室内均无法保证正压的工业建筑,夏季、冬季换气次数按照表4.4.2的规定取值。若设计建筑已进行换气次数考虑,参照建筑的换气次数与设计建筑一致。
一类工业建筑参照建筑的形状、大小、朝向、窗墙面积比、内部的空间划分、使用功能、使用特点应与设计建筑完全一致。参照工业建筑的所有计算取值,应完全按照本标准的规定限值。当设计建筑的窗墙面积比或屋顶透光部分面积大于本标准第4.1.11条或第4.1.12条的规定时,参照建筑的窗墙面积比和屋顶透光部分的面积取值应按本标准第4.1.11条和第4.1.12条的规定取值。
4.4.3 权衡判断是一种性能化的设计方法,具体做法就是先构想出一栋虚拟的建筑,称之为参照建筑,每一栋实际设计的建筑都对应一栋参照建筑,然后分别计算参照建筑和实际设计的建筑的全年供暖和空调的总能耗,并依照这两个总能耗的比较结果作出判断。建筑形状、大小、朝向以及内部的空间划分、使用功能、使用特点都与供暖和空调能耗直接相关,因此在这些方面参照建筑要与设计建筑完全一致。
一类工业建筑围护结构热工性能权衡判断计算应采用参照建筑对比法,步骤应符合下列规定:
1 应采用统一的供暖、空调系统,计算设计建筑和参照建筑全年逐时冷负荷和热负荷,分别得到设计建筑和参照建筑全年累计耗冷量Qc和全年累计耗热量QH;
2 应采用统一的冷热源系统,计算设计建筑和参照建筑的全年累计能耗,同时将各类型能源耗量统一折算成标煤比较,得到所设计建筑全年累计综合标煤能耗E设和参照建筑全年累计综合标煤能耗E参;
3 应进行综合能耗对比,并应符合下列规定:
1)当E设/E参≤1时,应判定为符合节能要求;
2)当E设/E参>1时,应判定为不符合节能要求,并应调整建筑热工参数重新计算,直至符合节能要求为止。
4.4.4 由于实际工程采用的冷热源、供暖空调系统、负荷特性参数等与权衡判断计算时的假设并不相同,能耗的总值和单位面积能耗的绝对值都没有任何实际意义。为了避免产生歧义和简化计算,本标准没有采用所设计建筑全年累计综合能耗E设和参照建筑全年累计综合能耗E参的绝对值,而采用了二者的相对比值,作为判定建筑围护结构是否符合节能要求的判据。
当进行一类工业建筑围护结构热工性能权衡判断优化时,宜根据经济成本投资回收期进行优化方案的设计比较。
4.4.5 提高建筑物的保温性能,可以减少建筑物的热量损失,从而减少供暖空调能耗费用,但这也会增加建筑的一次性投资。在进行围护结构节能权衡判断优化时,对可能产生的节能收益和节能投资费用进行计算,将节能投资回收期作为优化方案考虑的重要经济性指标。投资回收期(年)=优化初投资成本增加费用(元)/因采用此优化每年的节能收益(元)。对于投资回收期超过10年的节能优化方案不作为推荐优化方案。
二类工业建筑围护结构热工性能计算可采用稳态计算方法,当实际换气次数与余热强度等不符合表4.3.3-1~表4.3.3-5的条件时,可根据热量平衡关系式计算所对应的传热系数推荐值。
4.4.6 对于二类工业建筑,围护结构传热系数推荐值是在中等劳动强度下的室内节能设计计算温度,在不同气候区,根据建筑物通风换气次数和室内余热强度的情况分别给出的。工业建筑的体形系数和窗墙对围护结构传热系数的影响较小,而通风换气次数和室内余热强度对围护结构传热系数的影响非常大。因此,当实际通风换气次数与计算条件存在较大差异时,需要进行围护结构热工性能权衡判断计算。
围护结构热工性能权衡判断可以按照稳态计算方法进行。
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在满足工艺要求的条件下,应减少空调区的面积。当采用局部空调能满足要求时,不应采用全面空调。
5.4.1 全面空调即为全室性空调。
全空气空调系统应符合下列规定:
1 温度、湿度基数不同或使用时间不同的空调区,不应划分在同一空调系统中;
2 新风管及排风系统应满足在过渡季时全新风或加大新风比的需求;
3 全空气系统宜采用单风管送风方式;
4 设有排除余热的局部排风系统时,空调系统不应直接从有较大发热量的区域回风。
5.4.2 本条说明如下:
1 工业建筑的舒适性空调和工艺性空调不划分在同一系统中。如果把使用时间不同的空调区划分在同一空调风系统中,不仅给运行调节造成困难.同时也增大了能耗,为此强调根据使用要求来划分空调风系统。
2 定风量全空气系统是按照满足最小新风量要求进行设计的,空调系统不仅要考虑设计工况,而且还考虑全年各个季节时系统的运行模式。在过渡季节,空气系统采用全新风或增大新风比运行,充分利用室外较低温度的冷空气,可以消除余热,有效地改善工作环境,节省空气冷却所需要消耗的能量。因此,增大新风进风口和新风管的断面尺寸,实现全新风运行。
3 双风管送风,主要是为了满足工艺要求。由于双风管送风方式因为有冷、热风混合过程,会造成能量损失,且有初投资大,占用空间大等缺点,一般工艺无特殊要求时,不推荐使用。
4 由于工艺生产的性质、规模以及设备布置情况不同,在工业厂房中生产线及设备的散热区域很复杂,根据具体情况,设有排除余热的局部排风系统时,不将空调系统回风口布置在这些散热量较大的区域。对于有吊顶的厂房,当屋顶传热量较大或者吊顶空间高大时,如采用吊顶回风会加大空调能耗,不利节能。
热湿比较小或全年的热湿比变化较大的空调区,宜采用温湿度独立调节空调系统,并应符合下列规定:
1 应采用高温冷水空调供冷和新风除湿方式;
2 宜采取全年应用天然冷源的措施;
3 温湿度独立调节空调系统不应采用再热空气处理方式。
5.4.3 温湿度独立控制空调系统是采用温度与湿度两套独立的空调控制系统,分别控制、调节室内的湿度与温度,即用高温冷源去除室内余热,用新风去除室内余湿,从而避免了常规空调系统中热湿联合处理后再热空气所带来的能量损失。同时,高温冷源温度可以通过多种低成本和节能的方式提供,降低了运行能耗。即使是采用机械制冷方式,由于降温所需的高温冷源冷媒温度要高于常规冷却除湿联合处理时的冷媒温度要求,能效比也远远要高于后者,因此冷源效率得到了大幅提升。此外,夏季采用高温末端之后,由于末端的换热能力增大,冬季的热媒温度明显低于常规系统,这也扩大了可再生能源等低品位能源的应用范围。然而,目前的除湿技术手段的效率还是有待提高的,避免处理余湿的代价高于处理余热的优势,例如投资过高节能却不显著。因此,温湿度独立控制空调系统的设计,需注意解决好以下问题:
1 除湿方式和高温冷水的选择。对于我国的潮湿地区[空气含湿量高于12g/(kg·干空气)],引入的新风进行除湿处理,达到设计要求的含湿量之后再送入房间。设计者通过对空调区全年温湿度要求的分析,合理采用各种现有的除湿方式。如果空调区全年允许的温、湿度范围较大,冷却除湿且不用再热的方式经分析论证后能够满足使用要求,也是可应用的除湿的方式之一。而对于干燥地区来说,将室外新风直接引入房间来(干热地区可能需要适当的降温,但不用专门的除湿措施),即可实现对房间的去湿要求。
人工制取高温冷水、高温冷媒系统、蒸发冷却等方式,甚至天然冷源(如地表水、地下水等),都可能作为温湿度独立控制系统的高温冷源。因此对建筑所在地的气候特点等条件进行分析论证后合理采用,主要的原则是尽可能降低人工冷源的需求。
2 全年运行尽可能利用天然冷源。由于全年室外空气参数的变化,一些地方即使设计采用人工冷源时,在过渡季节也是可以直接应用天然冷源或其他的低品位可再生能源。例如:在室外空气的湿球温度较低时,尽可能采用冷却塔来制取16℃~18℃高温冷水;与常规系统采用7℃冷水的空调系统相比,前者全年冷却塔供冷的时间远远多于后者,从而减少了冷水机组的运行时间。
当冬季供热与夏季供冷采用同一个末端设备时——例如夏季采用干式风机盘管或辐射末端设备,一般冬季采用同一末端时的热水温度在30/40℃即可满足要求,如果有低品位可再生热源,则在设计中充分考虑和利用。
3 不采用再热方式。温湿度独立控制空调系统的优势即为温度和湿度的控制与处理方式分开进行,因此空气处理时不能采用再热升温方式,造成能源的浪费。综上所述,由于温湿度独立控制系统需要配置两套独立系统,在初投资方面会有所增加,因此在方案选择阶段需要综合考虑实际需要和增量成本,经技术经济分析后确定是否采用该系统。另外,两套系统运行时的控制管理更加复杂,设计师需在设计说明中明确运行策略,以保证实际运行符合建筑的功能需要和节能要求。
全空气空调系统的空气处理机组的风机宜采用变频装置。
5.4.4 工业厂房的空调系统多采用定风量系统,但有时由于人员或物料等条件的变化,采用风机变频实现变风量运行,可以收到明显节能效果;变风量空调系统的末端装置形式很多,这里只对系统风机提出节能要求。
定风量空调系统宜采用新风与回风的焓值控制方法。
5.4.5 本条主要针对舒适性空调,工艺性空调可按此执行。焓值控制方法,是在空气调节过程中,夏季对空气的处理无论是控制送风水蒸气分压力还是控制露点温度都要根据空气的温度、相对湿度全面考虑,即要由被处理的空气的热焓值来决定。在一次回风和变风量送风系统中采用了焓差控制法,系统中装有焓差控制器,它可以根据新风和回风的焓差控制新风量、回风量以及排风量的大小。
为了测量空气的焓值,在新风入口处和回风管道中装有两组温度传感器和湿度传感器,分别测出新风的干球温度和相对湿度以及回风的干球温度和相对湿度,然后将这些参数信号送入焓差控制器中。焓差控制器把新风、回风的焓值进行比较后将信号送入控制器中,通过执行机构控制、调节新风阀门和回风阀的开度,调整新风和回风的风量比,使空调机组最大限度地利用室外空气的热焓。当室外新风的焓值比室内回风的焓值高时,通过焓值控制关闭新风门,打开回风阀门;反之,当室外新风焓值比室内同风焓值低时,通过焓值控制使新、回风混合,亦即在新风的焓值比回风的焓值低时,通过控制系统打开新风门。这种在夏季对室外新风最低热焓值的选择,可使空调制冷系统的负荷降到最低程度而有利于节能,焓差控制的优越性即在于此。
风机盘管加新风系统宜将新风直接送入空调区,不宜经过风机盘管再送出。
5.4.6 采用风机盘管加新风系统,新风经过风机盘管,对风机盘管的运行影响较大,增加风机盘管的负担,能耗增大,或新风不足。
当工艺条件允许及技术经济合理时,空调系统宜设置热回收装置。
5.4.7 空调系统中处理新风所需的冷热负荷占建筑物总冷热负荷的比例很大,为有效地减少新风冷热负荷,采用空气-空气能量回收装置回收空调排风中的热量和冷量,用来预热或预冷新风。长期以来,排风热回收在工业厂房中大量采用,例如,航空、电子、汽车、机械等行业。但由于行业之间的差异,有的单纯从经济效益方面来权衡热回收装置的设置与否,回收期稍长一些就认为不值得采用,将许多可回收的能量浪费了。因此,本条推荐设置排风热回收装置。
在空调厂房排风携带大量的冷量或热量,所含能量十分可观,直接排出室外非常浪费。本条推荐设置排风热回收装置,其中“工艺条件允许”。是指排风中不含腐蚀性、易燃易爆等物质,或不含病菌等污染性物质;“技术经济合理”,是指排风系统连续使用和全年排风温度变化情况。使用的时间越长,回收的能量越多。在工业厂房中夏季排风温度往往高于新风温度,这种情况不能使用热回收装置。
鉴于工业建筑中上述种种复杂的情况,因此本标准规定空调系统“宜”设置热回收装置,采用适合的热回收装置。
空调系统具有一定规模时热回收比较有意义,新风较小的系统本条不作规定,可根据具体情况确定。
排风热回收装置的额定热回收效率应符合表5.4.8规定。
图示暂不可用
5.4.8 对排风热回收装置的效率的规定,按照现行国家标准《空气-空气能量回收装置》GB/T 21087执行。
现行国家标准《空气-空气能量回收装置》GB/T 21087将空气热回收装置按换热类型分为全热回收型和显热回收型两类,同时规定了内部漏风率和外部漏风率指标。由于热回收原理和结构特点的不同,空气热回收装置的处理风量和排风泄漏量存在较大的差异。当排风中污染物浓度较大或污染物种类对人体有害时,在不能保证污染物不泄漏到新风送风中时,空气热回收装置不采用转轮式空气热回收装置,同时也不采用板式或板翅式空气热回收装置。在进行空气能量回收系统的技术经济比较时,充分考虑当地的气象条件、能量回收系统的使用时间等因素。在满足节能标准的前提下,如果系统的回收期过长,则不采用能量回收系统。
在严寒地区及夏季室外空气比焓低于室内空气设计比焓,而室外空气温度又高于室内空气设计温度的温和地区,选用显热回收装置;在其他地区,尤其是夏热冬冷地区,选用全热回收装置。从工程应用中发现,空气热回收装置的空气积灰对热回收效率的影响较大,设计中应予以重视,并考虑热回收装置的过滤器设置问题。对室外温度较低的地区(如严寒地区),对热回收装置的排风侧是否出现结霜或结露现象进行核算,当出现结霜或结露时,采取预热等措施。
常用的空气热回收装置性能和适用对象见表4。
图示暂不可用
排风热回收系统的净回收效率应符合下列规定:
1 当采用全热回收时,系统的净回收效率不应小于48%;
2 当采用显热回收时,系统的净回收效率不应小于55%;
3 当溶液循环式热回收时,系统的净回收效率不应小于40%。
5.4.9 计算排风热回收节能的效率,不能仅考虑热回收装置自身的热交换效率,还要考虑送、排风机增加的能耗,鼓励选用高效、低阻的热交换装置。排风热回收系统的净回收效率计算方法如下:
图示暂不可用
空调机组的空气过滤器宜设置过滤器阻力监测、报警装置,其阻力应符合下列规定:
1 粗效过滤器的初阻力不应大于50Pa,终阻力不应大于100Pa;
2 中效过滤器的初阻力不应大于80Pa,终阻力不应大于160Pa;
3 高中效过滤器的初阻力不应大于100Pa,终阻力不应大于200Pa;
4 亚高效过滤器的初阻力不应大于120Pa,终阻力不应大于240Pa。
5.4.10 对空气过滤器的初阻力的规定,主要是要尽量采用初阻力低、容尘量大的产品。空气过滤器的终阻力是指空调系统允许的最大阻力,而不是该产品标定的最终阻力。
现行国家标准《空气过滤器》GB/T 14295-2008中,空气过滤器的参数如下:
(1)粗效过滤器是指过滤尘粒不小于2.0μm,计重效率大于20%,且小于或等于50%的空气过滤器。
(2)中效过滤器是指过滤尘粒不小于0.5μm,计数效率小于70%,且不小于20%的空气过滤器。
(3)高中效过滤器是指过滤尘粒不小于0.5μm,计数效率小于95%,且不小于70%的空气过滤器。
(4)亚高效过滤器是指过滤尘粒不小于0.5μm,计数效率小于99.9%,且不小于95%的空气过滤器。
空调系统的送、回风不宜采用土建风道。
5.4.11 土建风道是指用砖、混凝土、石膏板等材料构成的风道。从多年的工程情况反馈来看,采用土建风道有相当多的隐患,其中突出的问题就是漏风严重,而且由于大部分是隐蔽工程无法检查,内表面保温的寿命也很难保证,导致空调系统调试或运行不能正常进行。空调送、回风或经过冷热处理的新风,经过土建风道会造成冷热量损失,处理过的空气无法按设计要求送到房间。
空调水系统应设置膨胀水箱,不得将系统膨胀水直接排泄。
5.4.12 很多空调水系统的定压和膨胀,没有采用膨胀水箱,而是采用如安全阀或其他措施,将膨胀的水直接排泄,这种做法非常错误,造成大量水流失及能量损耗。由于工业建筑情况复杂,本标准对采用闭式还是高位膨胀水箱不作限制性规定,只是强调空调水系统应设置膨胀水箱。
空调冷却水系统应符合下列规定:
1 应设置水处理装置;
2 补水管上应设流量计量装置。
5.4.13 本条说明如下:
1 水处理功能主要有:杀菌、灭藻、除垢、缓蚀及过滤等,根据空气冷却水的水质情况设置水处理装置,可设置具有综合功能的水处理装置,也可根据工业水质的情况,设置具有针对功能的水处理装置。
2 在补水总管上设置水流量计量装置的目的就是要通过对补水量的计量,让企业主动地建立节能意识,同时为管理部门监督管理提供一定的依据。现行国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050-2007规定:“补充水管、排污水管、旁流水管应设置流量仪表”,因此本款采用“应”。
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