节能从屋顶开始

菲奥达利索商业中心(Fiordaliso)建于1992年开始,由菲尼伯集团(Finiper)和新生集团(Rinascente,现改为 Auchan)合作完成。该大楼位于米兰南边的罗扎诺市,在2010年该大楼经过大规模的复杂扩建改造,甚至外立面也被彻底改换了新的面貌,不久前前该大型商场各房间的空调设备进行了更换。

绿色中的购物
现在该商场具有两个带顶的巨大入口,大厅屋顶具有优美的建筑结构,用木板建成,外设有一层聚碳酸酯板,能够使自然光照进各个公共空间。在能源方面,最重要的实施项目的是整个平房顶的新表面,现在铺上了可踩踏亮色地面,在夏季还会产生“热岛”效应,其南面是世界上最大的壁式花园之一,面积有1,263m2
商场正面种有200种4万棵植物,其目的是降低8米高墙面的光照,这有助于降低空调能耗以及提高面向停车场的这部分外墙的隔音效果。停车场中有3,000多个停车位,其中800个停车位是带顶棚的。壁式花园的芬芳和宽广的绿色面积环绕着商场,用蓄积在两个地下蓄水池中的雨水浇灌,每个蓄水池的容积为800m3,从蓄水池中抽出的水经过过滤后进入输送系统。
翻新既有建筑
在2012年到今年前几个月之间,针对“大型百货商场”的空调设备进行了一次降低能耗的技术性翻新项目。该公司使用高性能、重量轻、体积小的机器来更换屋顶上的年代久的机器,要求既不能对支撑结构带来较大负重,还要便于现场施工。
原有的设备,除了技术陈旧,其所使用的天然气技术是产生温室效应的原因之一。其中最常见的问题体现在设备的规格超出了实际需要,不管有效负荷是多少它们都满功率运行,且没有合适的监测和控制系统,在能源价格逐渐攀升的这样一个时期所有这些因素都显著地增加了固定成本。
罗扎诺市的“大型百货商场”技术翻新项目的初步研究工作由弗朗切斯卡·斯戴拉工程师负责,其研究就集中在上述这些方面。
替换方案
该建筑状态(内部空间高度7.2m和外墙缺乏隔热质量通风程度大,5次/小时)和各种提案之间的关系得到了分析评价,其目的是评测用屋顶新设备替换掉现有设备的效果。
以下是一些初步技术数据:
– 营业时间是周一到周六的 9 点到 22 点;
– 最大客流时6m2/人;
– 在有客流期间的通风量:人均39.35m3/h,等于85,250m3/h(24.6%);
– 送风流量3.64 次/小时;
– 设置值:25-21℃ 打开;30-10℃关闭;
– 免费制冷。
之前的几台屋顶热泵风机类型不一,以下参数类似于“基础机型”:
– 功率 75 kW;
– 固定通风耗电功率3.9 kW;
– 送风流量和压力1,7000 m3/h,200 Pa;
– 制冷剂 R407C;
– 生产年份2003;
– 从锅炉供给热水蓄水箱;
– 免费制冷。
这些基础机型的能耗模拟替换了之后用于方案评测的结果(制冷和供暖的最大负荷和全年总负荷)(表 1)。考虑到能源成本在2012年已经达到电0.155欧元/kWh,通过管路天然气0.075欧元/kWh,则用之前空调系统配置所需要的能源消耗为1,018MWhe,其中包括供暖、制冷和通风,相当于每年约150,000欧元的花费。
在这些数据的基础上,后续的模拟所考虑安装的房顶新机为 Lennox 生产的功率为75 kW的型号 Baltic III。这个商用机型通过了 Eurovent A 级认证(EER>3.0;COP>3.4),安装有多螺杆鼓式压缩机、为增加部分负荷效率而研制的制冷回路、直接连接到电机的风机、双回路交替的动态除霜系统,且具有免费制冷运行模式。
这些模拟是在建筑负荷相同的条件下进行的,分别针对以下这些情况:
– 无流量调节;
– 流量可变;
– 流量可调,通过 CO2 传感器监测新风。
在第一种情况中,空调总能耗减少了13.7%。当采用这些流量可变的机器(其考虑的屋顶机为标准机型)时,能耗估计值进一步减少,这里有三个因素:
– 在部分负荷式运转期间或在死角区域流量减少(这种情况下,在部分负荷式运转期间或在死角区域可从设计流量的100%减少到75%);
– 由于直接输送而消除了摩擦损失;
– 在机器启动时以及在机器的整个运行寿命过程中都有细致的工作流量校准。
相对于上述情况,全年能源需求减少,制冷减少了26.6%,供暖减少了5.7%,通风减少了37.7%。另外还有很大的改进空间,那就是送风风机能耗,它占了全年总能耗的58%(508.4MWh)。总之,估计能耗进一步减少18.9%。
可变的 CO2
第三种情况,针对罗扎诺市的“大型百货商场”中安装的机器,将流量调节与根据传感器监测到的 CO2 量进行换气效率的调节结合起来,这可以进一步减少已处理容积和相关能耗损失。这不同于之前情况所采用的负荷情况(表 1)。
安装了空气质量控制系统之后能够控制各房间占用率,从而能够减少制冷和供暖的峰值负荷,全年供暖能源需求得到较大的降低。与之前的情况相比,对照制冷和送风风机能耗需求的增长(+4.2%),在冬季节能非常显著(-40.0%),全年能源浪费可减少12.4%。
总之,从初始数据和这些高性能的新屋顶机在这些使用情况中所得到的数据可以看出,流量可调且通过 CO2 传感器控制新风,可使全年总节能可达38.7%,也就是92,939欧元。从经济角度看,预期每年节省58,733欧元,每年减少二氧化碳排放3,488吨。
通过采用监测和控制系统对整套设备正确、精细的管理,Lennox 技术人员估计进一步优化 10% 的能耗。
表1 – “基本”屋顶机和具有流量调节和 CO2 传感器的标准配置新屋顶机的几种情况分析结果(在负荷、能耗和节能方面)对比。

关于技术和操作
罗扎诺市的“大型百货商场”翻新项目分为两个阶段:在2012年更换了难以运转或保存状态较差的7台机器;在本年前几个月完成了剩下的13台屋顶机的安装。
在这种情况下,机器方面的总回报对于大幅降低显著的能耗、改善商场各店面的空调效果来说是非常必要的。其实这些机器几乎都是商场建设时期安装的,效率低且只能使用 R22 天然气,根据标准规定,从2015年起就不准使用,也不再维护。
该商场的母公司已开始从操作角度来对其进行现场视察,对现有的方案进行了详细安排,在工厂中制作五种不同类型的基座,安装在机器下面(尽管新机器非常轻),并且进行静态载荷兼容性检查。
之前的那些机器与支撑件一起移除,留下了一片钢筋混凝土的支撑墙面。这些新基座实际上是在下方结构和新机器之间起接口(也是静态的)的作用,作为送风和新风的混合室,而这两者都朝向下。这样就省去了在盖上设置任何管路,无散热和因此产生的效率损失,从而避免了对建筑形象造成负面影响以及管线设备的建造和维护产生昂贵的经济成本。
所安装的这些机器都非常小,也方便维护,它们属于 Flexi (大部分)和 Baltic 系列:都安装有热水箱、双回路、可调式风机和可调式外风门,可以根据名义负荷对流量进行调节。
这些机器的性能非常强大,针对这两个主要技术方面进行了加强:空气处理和水循环回路。例如,在热泵的运行中,空气处理和水循环回路能够使一半机器保持进行热力生产,而另一半机器保持制冷生产,而动态除霜系统仅仅在产生冰的时候才会启动。
就像运行模拟所预见到的虚拟的能耗情况那样,由于采用了测量 CO2 浓度的传感器,这些新机器可以根据实际需求在部分负荷的情况下运行。
在今年五月启用了一套新的远程电子遥控系统,名为 Adalink。其功能是测量客户的技术需求,以便于包括制冷和照明在内的运行与能耗控制的日常操作,有利于流畅、高效地进行能耗管理。
除了主要参数和设置的管理外,还可以通过 IP 创建本地和遥控级别的宏命令。运行程序可以按区域或机器进行划分,也可以通过图形界面和各参数曲线进行控制。该系统可通过售后服务进行设置,也可由客户方和生产厂家的技术人员通过规范的操作进行设置。