某大厦塔楼空调热回收可行性及空调方案选择分析secret.docx
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某大厦塔楼空调热回收可行性及空调方案选择分析secret
某大厦塔楼空调热回收可行性及空调方案选择分析
一、可采用的方案及说明
根据已绘制出图的某大厦建筑平面图纸，经初步计算，塔楼空调可采用以下五种方案：
方案一：
25层设两台进风机，竖井自然进风，每层设两套送风系统，进风取风口设防火阀，新风经新风机通过风管送入各房间。
排风经外门窗渗出和卫生间机械排出。
方案二：
25层设两个进风口，竖井机械送风，每层设两套送风系统，进风取风口设防火阀，新风经新风机通过风管送入各房间。
排风经外门窗渗出和卫生间机械排出。
方案三：
25层天面设两套送、排风机，竖井机械送排风，每层设两套送、排风系统，每层设转轮式全热交换。
每层进风取风口设防火阀，送风经热交换器、新风机通过风管送入各房间。
除保持空调区正压外，剩余排风各层通过风管汇总经排风机和转轮式全热交换器排入竖井，排风出风口设防火阀；其余经外门窗渗出和卫生间机械排出。
方案四：
25层天面设两套送、排风机，竖井机械送排风，每层设两套送、排风系统，每层设板翅式全热交换。
每层进风取风口设防火阀，送风经热交换器、新风机通过风管送入各房间。
除保持空调区正压外，剩余排风各层通过风管汇总经板翅式全热交换器排入竖井，排风出风口设防火阀；其余经外门窗渗出和卫生间机械排出。
方案五：
25层天面设两套全热交换器和送排风机，竖井机械送排风。
每层送风取风口设防火阀，送风经新风机送入各房间。
除保持空调区正压外，剩余排风各层通过风管、竖井汇总排入，排风出风口设防火阀，采用定风量阀控制排风量；其余经外门窗渗出和卫生间机械排出。
二、热回收方案可行性
1、满足空调区正压及卫生要求的最小新风量
（1）相关规范、标准和技术措施
《采暖通风与空气调节设计规范》第6.3.14条：
“空气调节系统的新风量，应符合下列规定：
不小于人员所需新风量，以及补偿排风和保持室内正压所需风量两项中的较大值”。
第6.1.3条：
“空气调节区内的空气满足下列要求：
舒适性空气调节，空气调节区与室外的压力差或空气调节区相互之间有压差要求时，其压差值宜取5～10Pa，但不应大于50Pa”条文说明：
“保持正压，能防止室外空气渗入，有利于保证房间清洁度和室内参数少受外界干扰”。
办公楼人员所需的最小新风量为30m3/h·人。
《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）
《技术措施》第3.3.13条：
保持建筑物或房间正压所需风量如下表估算
保持室内正压所需的换气次数（次/小时）
室内正压值（Pa）
无外窗的房间
有外窗，密封较好的房间
有外窗，密封较差的房间
5
0.6
0.7
0.9
10
1.0
1.2
1.5
（2）保证空调区5～10Pa正压所需风量
经计算，每层空调区域面积约为1608.3㎡，塔楼空调区域体积为1608.3*2.6*23=96176.3M3。
某大厦塔楼及办文中心空调区域属于有外窗，密封较好的房间
室内正压值（Pa）
保证正压所需风量（单位M3/h）
5
67323.4
10
115411.6
（3）塔楼所需新风量
每人办公所占用建筑面积指标为12～15㎡/人。
（建筑相关手册）
办公室最少新风量为30M3/h·人。
《规范》
塔楼所需最少新风量：
30M3/h·人×50000m÷12㎡/人=125000.0M3/h
（4）最小新风量与保证正压的送风量之比
按《规范》要求，塔楼最小新风量应为塔楼所需新风量。
最小新风量与保证正压的送风量之比如下：
5Pa正压时：
125000.0M3/h÷67323.4M3/h=1.86
10Pa正压时：
125000.0M3/h÷115411.6M3/h=1.08
计算说明，空调系统采用最小新风量送新风，能保持空调区域略略大于10Pa的正压，符合国家卫生标准，符合《规范》正压要求。
2、热回收的效率
（1）可进行热回收的排风量与新风量比值
由上述计算可知，新风量与保证正压所需风量基本相等，空调区域只能通过门窗渗透排风才能保证空调房10Pa正压要求，而空调区域在保证5Pa正压时所需的维持风量最少，排风量最多，热回收的冷量最多，价值也就最大。
经计算保证空调房5Pa正压时排风量与新风量之比为46.1%，新风量与排风量之比为2.17︰1；保证空调房10Pa正压时排风量与新风量之比为7.7%，新风量与排风量之比为12.99︰1。
（2）热交换器换热效率
转轮式全热交换器（环都拓普产品）：
迎风速度宜为2～4m/s，取3m/s。
5Pa正压时，效率略低于48.5%（注：
新风量与排风量之比为2.17︰1，样
本仅有最大比率为2时的效率，以该比率查得）。
10Pa正压时，已超过图表取值范围，无法查得效率值，远低于48.5%。
板翅式全热交换器（设计手册）：
5Pa正压时，效率低于45.0%（注：
手册查得焓效率为65%；排风量与新风量之比为0.461，手册仅有最小比率为0.60时的效率修正值，该值为20.0%，两者相减算得）
10Pa正压时，已超过图表取值范围，无法查得效率值，远低于45.0%。
（3）空调期热回收运行的综合效率值
由于缺乏热回收运行期间的综合效率模拟软件及相关计算公式，考虑其运行状态变化与主机的运行状态变化比较相似，故以主机的综合工况计算公式作为热回收综合效率的计算公式做近似计算。
中国综合部分负荷工况值：
NPLV=0.023A+0.415B+0.461C+0.101D
A：
100%负荷工况点时的COP，冷却水进水温度30℃
B：
75%负荷工况点时的COP；冷却水进水温度26℃
C：
50%负荷工况点时的COP；冷却水进水温度23℃
D：
25%负荷工况点时的COP；冷却水进水温度19℃
美国综合部分负荷工况值：
NPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D
A：
100%负荷工况点时的COP；
B：
75%负荷工况点时的COP；
C：
50%负荷工况点时的COP；
D：
25%负荷工况点时的COP；
综合效率值计算表
根据计算表，转轮式全热交换器的综合效率取最大值为0.286，板翅式全热交换器综合效率取值为0.266。
3、热交换节省的电耗及费用
（1）新风与回风焓差
深圳市夏季空调室外计算参数：
空调室外计算干球温度33.0℃；空调室外计算湿球温度27.9℃；经查室外空气计算焓值为90KJ/KG。
办公室设计参数：
空调室内设计干球温度25℃；空调室内设计相对湿度50±10%；经查室内设计空气焓值为51KJ/KG。
新风与回风焓差：
（90-51）KJ/KG*125000M3/h*1.2KG/M3=5850000KJ/h
5850000KJ/h*02778W/KJ÷1000=1625.1KW
（2）热回收节约电功率理论值
假定集中式中央空调COP值为4.0，以国内综合效率值计算如下：
转轮式全热交换器热回收节约电功率理论总值
1625.1KW*28.6%÷4=116.2KW
板翅式全热交换器热回收节约电功率理论总值
1625.1KW*26.6%÷4=108.1KW
（3）增加热回收所需设备的电耗
方案三
屋面排风机两台各18.5KW；每层设PQ-800转轮式全热交换器，每台传动功
率为0.12KW，共46台；每层还需增加排风机两台共46台，每台风机功率为0.55KW。
总需耗电量如下：
18.5*2+0.12*46+0.55*46=67.82KW
方案四
屋面排风机两台各18.5KW；每层设XHBQ-D26板翅式全热交换器两台，每台装机功率为1.1KW，共46台。
总需耗电量如下：
18.5*2+1.1*46=87.6KW
方案五
屋面排风机两台各18.5KW；屋面设转轮式全热交换器PQ-3500两台，每传动功率为0.75KW。
总需耗电量如下：
18.5*2+0.75*2=38.5KW
（4）热回收节省的电耗及费用
深圳市电价为0.824元/度。
每年深圳空调期以7个月计，除去周六、周日约150天、每天运行十小时。
方案三
节省电耗量：
116.2-67.82=48.38KW
年节省电费：
0.824元/度*48.38KW*10小时/天*150天÷10000=5.97万元
方案四
节省电耗量：
116.2-87.6=28.6KW
年节省电费：
0.824元/度*28.6KW*10小时/天*150天÷10000=3.53万元
方案五
节省电耗量：
116.2-38.5=77.7KW
年节省电费：
0.824元/度*77.7KW*10小时/天*150天÷10000=9.60万元
4、各方案初投资的经济分析
（1）排风系统风管总价：
200*200风管（8.6+8.6）*（0.2+0.2）*2=13.76㎡
200*400风管（8.6+8.6+9.2）*（0.2+0.4）*2=31.68㎡
200*500风管3.6*（0.2+0.5）*2=5.04㎡
总风管量（5.04+31.68+13.76）*2*23=2322㎡
2322*0.006*7.85*7800=853056.36=85.31万元
（2）新风换气机价格
北京环都报价：
60000风量全热交换器为291200元转轮为169840元
20000风量全热交换器为124800元转轮为69680元
15000风量全热交换器为97600元
10000风量全热交换器为71520元转轮为55920元
2500风量全热交换器为20000元转轮为20000元
广州创悦沃森报价：
60000风量全热交换器为185000元
20000风量全热交换器为82000元
15000风量全热交换器为99000元（带风机）
10000风量全热交换器为73000元（带风机）
（3）定风量阀单价确定
目前仅询有法国爱迪士及江森有此种阀门，且仅有爱迪士能提供较详细的规格及价格资料，爱迪士产品最大规格为650M3/H的定风量阀，单价为700元，而设计各楼层定风量阀门风量为2130M3/H，只能据此推算估价。
700÷650×2130=2293元/个
考虑规模效应，及物以稀为贵，估价为2000元/个
（4）各分项投资成本估算
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
价格（万元）
1
矩形防火阀
550*350
个
46
S*525+298
=400
1.84
2
镀锌钢板
0.6㎜
T
109.37
7800.00
85.31
3
排风口
200*200
个
12*23
64
1.77
4
定风量阀
550*350
个
46
2000（估价）
9.20
5
全热交换器
60000风量
个
2
169840
33.97
6
转轮式全热交换器
2500风量
台
46
20000
92.00
6′
板翅式全热交换器（带风机）
2500风量
台
46
20000
92.00
7
柜式离心风机
18.5KW
台
2
24000
4.80
7′
柜式离心风机
20KW
台
2
29000
5.80
8
变频器及控制系统
套
1
60000
6.00
9
小型排风机
0.55
台
46
1500
6.90
（5）各方案投资成本估算
以方案二为0万元作为投资参照，各方案投资成本估算如下表所示
方案名称
项目估算内容
计算式
估算总价（万元）
方案一
-7′
-5.80
-5.80
方案二
0
0
0
方案三
1+2+3+6+7+9
1.84+85.31+1.77+92.00+4.80+6.9
192.62
方案四
1+2+3+6′+7
1.84+85.31+1.77+92.00+4.80
185.72
方案五
1+2+3+4+5+7+8
1.84+85.31+1.77+9.20+33.97+4.80+6.0
142.89
注：
因时间短，手上资料有限，以上投资估算仅为初投资成本估算，安装人工费、辅材费、施工管理费、税费，附加费及建设单位管理费，以及今后运行管理费、热交换回收费用等均未列入。
5、采用热交换方案的投资回收期
6、方案三和方案四没有经济价值
一般空调系统从主机到风管及末端平均使用寿命在20年左右，方案五系统成本的回收期约为15年，而方案三及方案四系统成本的回收期为32.3和52.6年，大大超过20年的合理使用寿命，并且全热交换器每隔五年左右还需更换一次芯料，从投资回收期考虑，方案三和方案四几乎没有经济价值；如考虑各种附加费用及相应增加的运行管理费用，则方案五的经济价值也不太大。
7、方案五存在缺陷，此方案不可行
方案五拟在25层天面放置两套全热交换器及送排风机，全热交换器风量为60000M3，目前板翅式全热交换器无此种规格的标准产品，非标产品长、高3M多，厚近1.5米左右；转轮式换热器体积为4500*4500*470，加上各两台长宽各约2M、高约1.5M的柜式风机及风管和防火阀门等，两个如此庞大的设备体系置于100M高的天面，对安装及防台风都有较大的难度，另外屋面安装的设备对防水隔热要求也很高。
方案五采用了定风量阀，目前仅询有法国爱迪士及江森有此种阀门，且仅有
爱迪士能提供较详细的规格资料，爱迪士产品最大规格为650M3/H的定风量阀，满足不了项目要求。
江森是广东设计院设计工程师推荐的厂商，提供资料不详，不能说明有本项目设计2500M3/H风量的定风量产品。
热回收系统设置有独立的排风系统，每层增加风管47M左右，最大管道约为500*200（预计），主管道内走道布置，由走道分支进入房间，与相关管线既有水平又有纵向相交，一定程度上增加了天花标高控制的难度。
《公共建筑节能设计规范》第5.3.17条：
空气调节风系统不应设计土建风道作为已经过冷、热处理后的新风送风道。
不得已而使用土建风道时，必须采取可行的防漏风和绝热措施，由此增加了项目成本和加大了运行管理的难度，如不采用防漏及绝热措施则影响节能效果。
再者此方案新风及排风系统高度集中，发生事故对整个塔楼空调的影响也较大。
纵上所述，从经济和技术两方面分析，方案五缺乏可行性。
三、方案一和方案二比较
方案一和方案二在送新风系统原理上都可行，这在第一节已经得到论证，方案一和方案二的区别在于：
方案一采用竖井自然进风，而方案二采用竖井机械送风。
《技术措施》第4.7.11、4.7.12条：
自然进风竖井空气流速为1.0～2.0M/s，自然排风竖井空气流速为1.0～1.5M/s；机械进风、排风非金属风道空气流速为5.0～6.0M/s。
由于自然进风占用的风道较机械送风井道大，在建筑平面上是否有足够的位置可以安置，以及占用的面积经济价值如何；机械送风投资及运行费用，这些是方案一与方案二可行性分析的主要内容。
1、自然进风和机械送风竖井布置可行性分析
从建筑平面上看，塔楼各层留给空调设备的净建筑面积约为14.5㎡*2（处）。
（1）采用井道自然进风方案可行性
方案一采用井道自然进风，各层进风口处设有新风机，竖井内空气流速可取最大值2.0M/s，所需进风道净面积计算如下：
125000M3/h÷3600s/h÷2M/s÷2=8.7㎡
利用三面内墙，井道实际占用建筑面积约为10㎡*2（处），每个设备安装区域还有不小于4.5㎡的设备间可供新风机及其控制设备安装，以麦克维尔产品比较，根据新风量选用MHW025A吊顶式新风机，机组长×宽×高为1131×879×420（㎜），加上防火阀及少量风管位置，安装空间长×宽1700×1600（㎜）=3㎡左右，满足安装空间要求，剩下的平面几无价值。
采用方案一可行，但基本上占用了建筑预留空调的14.5㎡*2（处）空间。
（2）采用井道机械送风方案可行性
方案二采用井道机械送风，由于井道为非金属竖井，井内空气流速宜采用最小值5.0M/s，所需风道净面积计算如下：
125000M3/h÷3600s/h÷5M/s÷2=3.5㎡
利用两面内墙，井道实际占用建筑面积约为4.5㎡*2（处），加上新风机组占用的3㎡*2（处）面积，剩下约7㎡*2（处）的建筑平面可利用，但该位置处于塔楼中筒，商业价值几乎可以忽略。
方案二亦可行。
2、两方案投资及运行费用分析
（1）初投资费用
方案一初投资费用
从上述〖各方案投资成本估算〗可知以方案二为0万元做参照，方案一节省投资5.8万元。
方案二初投资费用：
设为0万元。
（2）运行费用
方案一运行费用
以方案一年运行费用为0万元/年。
方案二运行费用
深圳市电价为0.824元/度。
每年深圳空调期以7个月计，除去周六、周日约150天、每天运行十小时。
以方案一作参照，方案二年运行费用计算如下：
0.824元/度*20KW*2台*10小时/天*150天/年÷10000=4.94万元/年
使用寿命20年增加运行费用约99万元。
（3）20年使用寿命经济分析
3、两方案比较结果分析
根据以上分析结果，如塔楼中筒经济价值不大的情况下，方案二全寿命费用要比方案一多104.8万元，平均每年多约5.24万元，相差不是很大，故可认为两方案都可行。
如考虑系统及运行管理简单，尽可能地节能投资，则方案一比方案二优。
四、结论
综上所述，采用热回收的方案三、方案四投资回收期远远超过使用寿命，使用期内投资无法回收；采用热回收的方案五投资回收期接近使用寿命年限，经济价值不大，方案五还存在一些技术缺陷，为弥补这些缺陷需增加投资并对经后运行管理产生许多消极影响；方案一和方案二两方案皆可行，考虑系统及运行管理简单，尽可能地节能投资，则方案一比方案二优。
策划设计中心
xxx
二OO五年九月二十九日
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