博世中国研发总部大楼节能技术应用
博世集团投资建设的“博世中国总部研发大楼”不仅作为其中国子公司的办公楼，同时也是顶尖技术的研发和培训中心。该大楼设计时融入了许多先进的设计理念，应用了若干节能环保和提高能效的建造技术，使其真正成为一栋节能型建筑并被上海市节能办授予了2010年度“上海节能模范单位”的称号。
项目概况
博世中国研发总部大楼位于上海市长宁区（浦西），基地北面比邻临虹路，东面比邻福泉路。该项目总占地面积为28546m2。整个建筑群由四幢高层建筑通过联廊连接，面向临虹路的主体大楼为九层，高度39.6m，功能为办公楼，其二层、三层设置餐厅及会议区，并与南侧的六层楼连接，西南角的两座九层办公楼通过二层的连廊与其它楼连接。总建筑面积77000m2，地上51000m2，地下26000m2。工程计划分两期实施，其中一期地上31000m2，地下16000 m2，二期地上20000m2，地下10000 m2。
空调系统冷负荷7000kw，空调系统热负荷4000kw，夏季设计供回水温度6/12℃，冬季设计供回水温度50/40℃；生活热水需求量16.6m3/d。
空调系统采用了地源热泵系统、空调水变频技术、转轮热回收技术、变风量送风技术等；生活热水系统采用了平板太阳能集热系统与冷凝壁挂炉联合运行方案。另外建筑设计采用了国际领先的外遮阳技术；光伏发电技术也在本项目有示范性应用。
建筑节能设计
在该项目的设计与建设过程中，节能环保和高能效的技术被广泛应用：空调系统中采用了地源热泵系统、空调水变频技术、转轮热回收技术、变风量送风技术等；生活热水系统采用了平板太阳能集热系统与冷凝壁挂炉联合运行方案。另外建筑设计采用了国际领先的外遮阳技术；光伏发电技术也在本项目有示范性应用。
地源热泵系统的应用
地源热泵作为节能环保空调的技术，以土壤、地下水或地表水为低温冷热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供冷、供热空调系统。地下土壤温度10米以下全年稳定在15-22℃，夏季利用低温土壤作为空调系统冷源，冬季利用高于环境温度的土壤作为热源可提高热泵机组循环效率，达到节能的效果。热泵机组能效比可达到5，即投入1kw电能可得到5kw冷量或热量，80%的能量来自于可再生的太阳辐射能。使用地源热泵系统没有燃烧、排烟、废弃物，也没有热污染，是真正环保型空调。
本工程空调系统根据可利用埋管面积，采用混合式地源热泵系统，由地源热泵系统承担35%的空调冷负荷，不足部分由水冷机组与冷却塔承担；地源热泵系统可100%满足空调热负荷需求，并且建筑部分房间冬季仍需制冷，产生的余热不由冷却塔排出，经过热泵机组进行二次利用，提高地源热泵系统效率，减少制冷系统能源消耗。但由于建筑暖通要求较高，考虑到供暖设备的备用原则，本项目设置备用锅炉两台，极端天气或热泵系统故障时使用。并且地源热泵系统全部采用桩基埋管地下换热器形式，桩基埋管地源热泵系统是一种地下埋管换热器与预制管桩结合的地源热泵系统，具有节约占地空间，减少施工费用的特点。
根据本工程空调系统使用率及系统运行效率，分析采用地源热泵系统与采用传统空调系统（冷水机组+燃气锅炉）相比较的节能效果。已知上海地区全年空调运行约为240天，其中制冷140天，采暖100天，系统平均运行负荷率60%。冷水机组平均能效4.8，燃气锅炉效率90%，地源热泵机组夏季能效比5.3，冬季能效比4.7。
空调水系统变频技术的应用
采用交流变频器控制水泵运行，是目前中央空调系统节能的有效途径之一。空调水系统变频技术是根据空调系统负荷的变化，通过变频调节水泵转速，使系统循环水量维持在刚好满足负荷需求的水平，保证负荷侧（包括最不利点）获得足够的循环压差并尽可能降至最低，以实现降低水泵运行能耗的目的。冷水系统变流量时，末端根据室温控制其电动二通阀的开关，从而引起系统的流量变化，造成冷水系统供回水总管的压力变化，以此进行冷冻水泵的变频调速，适应系统的流量变化，系统中的供回水总管仍需设旁通电动二通阀作为备用，当流量减少到冷水机组的最低流量时，冷冻水泵锁频，不再继续变频调速减少流量，这时启动辅助的旁通电动二通阀，旁通一部分多余的流量。
变频节能装置主要通过三方面调节实现节能：一是变频节能，由流体力学可知，功率 P 与转速 N 的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速 N 可成比例的下降，而此时轴输出功率 P 成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。如一台水泵电机功率为55kw，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16kw，省电48.8%，当转速降到原转速成的1/2时，其左右耗电量为6.875kw，省电87.5%。二是功率因数补偿节能，无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由于功率因数越大，有功功率越大，普通水泵电机的功率因数在0.6~0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，功率因数接近1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。三是软启动节能，由于电机为直接启动或 Y/D 启动，启动电流4~7倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利，而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。
由于空调系统冬季有同时供暖和制冷的需求，本工程空调水系统采用四管制，系统一次循环泵为定频泵，二次热水循环泵与冷冻水循环泵全部设计为变频控制。空调系统满负荷运行时水泵总功率为311.7kw，而建筑全年最大负荷运行工况仅占全年空调运行时间10%左右，因此本项目采用变频调节水泵，最大化实现了空调水系统节能的目的。
转轮热回收技术的应用
《公共建筑节能设计标准》中提出，大于4000m3/h的空调排风系统宜设置能量回收装置。在空调系统中，为了人员舒适和通风顺畅，必须引入外界新鲜空气，同时排出室内污浊空气，保持室内压力的平衡，新风负荷在冷负荷中所占比重较大。因此，在排风和新风之间增加一个合适的能量回收器是必需的。
转轮式热交换器是通过一个不断转动的蜂窝状转轮来进行能量传递。冬季运行时，室内排风经过过滤后再通过热回收转轮处理时，轮芯温度升高，水分含量增加，当转轮与室外新鲜空气接触时，转轮向低温的新鲜空气放出热量和水分，使新鲜空气升温增湿。夏季与之相反，降低新风温湿度，通过热交换从而使空调系统降低了处理新风的能耗，达到了节能的目的，节能率高达65%~80%。
本项目空调系统新风负荷比例较大，夏季新风冷负荷2520kw，冬季新风热负荷1240kw，全部组合空调机组配置带控制器的转轮式全热交换器，热交换器全部为变频控制。
变风量空调系统（VAV）的应用
变风量空调系统（VAV）是一种通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统。在空调系统实际运行中，房间内热湿负荷不可能经常处于最大值，而是全年大部他时间低于最大值，若采用定风量系统的送风方式，送风量固定不变，按照设计最大热湿负荷送风，这样就造成了能源的浪费，并且不能提供舒适的温湿度环境。而 VAV 系统可以通过调整送入房间的风量来适应房间负荷的变化，既实现了节能的目的，又保证了房间的舒适性，据相关文献，当空调系统全年负荷率为60%时，它可节约风机动力耗能78%。另外，VAV 系统为全空气系统，没有风机盘管等水系统的冷凝水和霉变的问题，维护工作少。
太阳能热水系统的应用
太阳每年辐射到地球表面的能量巨大，其利用潜力很大，且对太阳能的利用不会对地球生态环境造成污染。太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热后贮存在保温水箱里，然后再经热水供水系统向多个用水点同时供应生活热水。
本工程生活热水日用水量为16.6m3，上海地区月平均气温为15.68℃，水平面太阳总辐射月平均日辐照量为12.736MJ/(m2·d)，据此设计安装78组平板太阳能集热器，共计185.64m2集热面积，装机容量为129.95kw，总体运行保证率可达40%以上，系统运行效率可达47%。其中平板太阳能集热器集热效率高达77%，停滞温度高达188℃，从而保证系统高效稳定运行。
冷凝壁挂炉的应用
冷凝式燃气壁挂炉是通过两个换热器充分吸收燃气燃烧产物——烟气中的显热及水蒸气的潜热。通过烟气凝结实现废气中能量的回收，增加净热值，从而实现了热效率达109%，不仅减少燃气量，而且更大幅的节约了能耗；根据用户采暖需求、温度感应装置监测进回水温度、室内温度和室内外温差，智能选择最节能、最舒适的加热功率及加热温度，让机器低耗高效运行，与普通壁挂炉相比节省能耗高达15%。
由于来自太阳的能量的不确定性，单纯的太阳能系统本身不能完全满足用户的需求，因此，作为系统保障的常规能源设备必不可少。因此本项目另设计3台100kw 的冷凝式壁挂炉作为辅助热源。
结论
早在1973年，节能环保已被定为博世公司的基本原则和科技创新的根本目的。博世中国总部大楼的各项设计都遵循这一基本原则，采用了多项先进的节能环保技术，为员工提供一个舒适的办公环境，创造一个低碳的工作空间，带来广泛的社会效益。
