某空调冷热源系统的节能设计

1、0引言本工程位于南京, 地上建筑面积 50689m 2, 地下 建筑面积 28739m 2,建筑总高度 24m ,含公共空间 (商业 、 餐饮 、 娱乐 、 会议等 、 五星级酒店客房 、 酒店式 公寓 3种主要功能 。 公共空间采用二管制 、 酒店客房 与酒店式公寓采用四管制 。下面就本工程的负荷特点 、 冷热源选择 、 系统流 程与机组运行组合等作简单介绍,并作简单的节能 分析 。1空调负荷本 工 程 空 调 各 功 能 总 的 计 算 最 大 冷 负 荷 为 7008kW 、 最大热负荷为 4484kW 。酒店客房与酒店式公寓两功能合计的计算最大 冷负荷为 2327kW 、 最大热负荷为

2、 1559kW ; 其冷热 负荷占整个工程总的冷热负荷的比例分别为 33%、 35%。商业 、 餐饮 、 娱乐 、 会议等空调的特点之一为夜间不运行; 五星级酒店客房空调可考虑白天与夜间不间 断运行 、 酒店式公寓空调可考虑白天非全部户运行, 夜间全部户运行 。2空调冷热源酒店客房与酒店式公寓所占负荷比例较小且白 天与夜间都运行, 根据此特点拟采用垂直埋管土壤源 热泵机组在夜间单为此两功能服务 。本工程可供钻地埋孔的场地有限, 经钻孔测试和 计算可知, 设置的地埋孔换热系统及相应的土壤源热 泵机组恰可以大致地满足酒店客房与酒店式公寓的 夜间运行负荷 。土壤源热泵夏季冷却水的放热能力较强, 因为

3、土 壤温度年变化一般在 1518 之间;土壤源热泵机 组冬季制热效率均高于空气源热泵与单纯的燃油燃 气锅炉;土壤源热泵夏季可以不需或减少冷却塔, 冬 季可以不需或减少锅炉; 土壤源热泵利用的是土壤的 蓄热和放热, 属可再生能源, 符合国家的能源政策的 鼓励方向 。收稿日期:2011-03-28; 修回日期:2011-04-02某空调冷热源系统的节能设计管厚林, 夏卓平(江苏省建筑设计研究院有限公司, 南京210029摘要:介绍了某空调冷热源系统的设计 。 该系统采用了大温差变流量冷水机组 、 大温差定流量带部分热回收土壤源热泵机组与锅炉的组合; 大温差变流量减少了运行能耗; 土壤源热泵机组利用

4、土壤的蓄放热来制冷制热, 使用了可再生能源且具有较好的节能 性 。 该系统设计的容量不同 、 形式不同的冷 、 热 、 热泵机组可提供多种运行组合来适应夜间及过渡季的部分负荷, 使系统在全年 较高效运行, 全年优先运行热泵机组, 节能环保 。关键词:空调负荷; 大温差; 变水量; 土壤源热泵; 运行组合; 节能 中图分类号:TU83文献标志码:B文章编号:1673-7237(201107-0022-04Energy-Saving Design of Cold/Heat Source System for An Air Conditioning ProjectGUAN Hou-lin, XIA

5、Zhuo-ping(JiangsuProvincial Architectural Design and Research Institute Ltd., Nanjing 210029, ChinaAbstract:The design of an air-conditioning cold/heatsource system, which includes chillers, ground-source heat pumps and boilers, is presented. The chillers adopt large temperature difference and varia

6、ble flow, the heat pumps adopt large temperature difference and fixed flow and part heat recovery. Adopting large temperature difference and variable flow reduces the operating energy consumption. Ground-source heat pumps are energy-efficient, using renewable energy which is heat storied in or relea

7、sed from soil. In a whole year, these cold/heatunits which have different capacity and belong to different types can offer many kinds of operation combination to adapt to the partial load in night or transition season, they can more efficiently work for energy-saving and environmental protection, ru

8、nning heat pumps is priority.Key w ords:air conditioning load; large temperature difference; variable flow; ground-source heat pump; operation combination; ener-gy-saving 暖 通 与 空 调HEATING, VENTILATING &AIR CONDITIONING建 筑 节 能2011年第 7期 (总第 39卷 第 245期 22商业 、 餐饮 、 娱乐 、 会议等空调另设离心式冷水机 组与油气两用锅炉 。冷源方面,

9、 离心式机组和土壤源热泵机组合在同 一个水系统内; 热源方面, 锅炉和土壤源热泵机组也 合在同一个水系统内 。本工程为多层建筑, 单层平面面积较大 、 空调冷 热水输配管线较长, 因此, 设计采用了大温差系统, 可 有效降低输配水量, 从而有效地减小输配能耗 。 本工程空调冷热源采用 2台变流量大温差离心 冷水机组 +2台定流量大温差部分热回收土壤源热泵 机组 +2台蒸汽锅炉 。2.1空调冷源变水量大温差离心冷水机组和定水量大温差部 分热回收土壤源热泵机组的性能参数见表 1、 2。 可提 供的总冷量为 6824kW , 考虑到公共空间 、 客房 、 公寓 各自的同时使用系数, 可以满足夏季空调

10、使用要求 。 表 1三级压缩离心冷水机组参数标 准 温 差 工 况制冷量 /kW2461输入功率 /kW425COP 5.79(DGJ32/J96 2010要求不低于 5.60 1蒸发器进出水温度 / 12/7冷凝器进出水温度 / 32/37实 际 大 温 差 运 行 工 况制冷量 /kW2462输入功率 /kW441COP 5.58蒸发器进出水温度 / 13/5冷凝器进出水温度 / 32/40表 2螺杆式部分热回收土壤源热泵机组参数标 准 温 差 工 况制冷工况 制热工况 制冷量或制热量 /kW941973输入功率 /kW176208 COP 4.67蒸发器进出水温度 / 12/710/5冷

11、凝器进出水温度 / 30/3540/45实 际 大 温 差 运 行 工 况冷水机组采用变流量大温差的好处:冷冻 、 冷却 水温差加大, 导致冷冻 、 冷却水流量减小, 可以减小管 径和阀门等, 减少冷冻 、 冷却水泵型号和能耗; 通过对 温度的优化来让整个机房系统设备的耗电最小, 虽然 对主机来说可能是增加了能耗, 但是对整个系统全年 的运行来说能耗是减少的 。假设本工程的 8 温差离心机换成 5 温差离 心机, 那么冷水机组配套系统 (含水泵 、 冷却塔等 总的 装机功率将增加 30kW(见表 3、 4 。5.34(DGJ32/J96 2010要求不低于 5.10表 38 温差变流量冷源系统

12、主要额定装机功率统计 (设计采用方案 冷水机组 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔 合计 单台参数 离心式, 制冷量 2462kW 流量 264m 3/h, 流量 312m 3/h, 400T/h,(冷冻水 13 /5 , 冷却水 32 /40 扬程 37m , 效率 77%扬程 32m , 效率 84% T=8单台功率 /kW441343715台数 2222合计功率 /kW8826874301054表 45 温差定流量冷源系统主要额定装机功率统计 (用于对比的方案 冷水机组 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔 合计 单台参数 离心式, 制冷量 2461kW 流量 422m 3/h, 流量 496m 3/h,

13、 650T/h,(冷冻水 12 /7 , 冷却水 32 /37 扬程 37m , 效率 78%扬程 32m , 效率 86% T=5单台功率 /kW425475515台数 2222合计功率 /kW85094110301084 23从表 3、 4可看出该工程额定工况 (满负荷运行 下 大温差变流量系统节省的能耗并不多, 似乎就是主要 减小了管径和水泵型号等; 实际上, 从全年的运行来 看, 大温差变水量系统的能耗减少的很多 。主机在 100%负荷下运行的时间比例是很小的, 我国主机在部分负荷下的使用时间比例大概保持在: 100%负荷的比例为 2.3%, 75%的比例为 41.5%, 50%的比例

14、为 46.1%, 25%的比例为 10.1%2。 从部分负荷 下的运行时间比例可看出, 部分负荷下的节能特性才 最为重要 。部分负荷下,变流量大温差可以节省更多的能 耗 。 常规冷水机组, 蒸发器侧的流量是固定的, 部分负 荷时, 导致流量不变而小温差运行, 定频水泵的能耗 不能减少 。 变流量大温差机组一次泵采用变频泵, 在 部分负荷下机组可保持供回水温度不变, 使蒸发器侧 流量随用户侧流量的变化而变化, 从而做到变频冷冻 水泵的节能运行 3。 冷却水侧的大温差变流量同样可 以使变频冷却水泵节能运行 。从上述分析可以看出, 本工程采用的大温差一次 泵变流量系统装机额定功率并未下降很多, 但从

15、全年 运行来看一定是节省很多能耗的 。土壤源热泵采用大温差运行效率虽有所下降, 但其配套水泵的单位制冷制热量的能耗下降,综合 效率与采用常规温差相比并不差多少;结合其与锅 炉相比有较高的制热效率,综合下来同样具有较好 的节能性 。 本工程的小容量土壤源热泵机组采用大 温差,更重要的是配合了大容量离心冷水机的大温 差节能设计 。2.2空调热源本工程空调热源: 2台制热量为 1050kW/台 的土壤源热泵机组; 2台 1050kW/台的气水热交 换机组 (蒸汽来自蒸汽锅炉 ; 蒸汽 (来自蒸汽锅炉, 空调新风加湿用, 用气量约 314kg/h。 以上 3项可提 供的总的空调热负荷约为 4420kW

16、 。气水热交换机组的热源来自锅炉房的 0.8MPa 的饱和蒸汽, 经减压为 0.4MPa 的蒸汽进入气水热交 换器; 水侧的进出水温度为 42 /50 。非空调用热负荷有:厨房用热负荷 、 游泳池加热 负荷 、 洗衣房用热负荷 、 客房生活热水用热负荷, 合计 约为 3200kW 。 非空调用热负荷均来自蒸汽锅炉 。 考虑到各项使用锅炉的热负荷的同时使用系数, 选用 2台 3T/h(2232kW/台 的带节能器的油气两 用蒸汽锅炉, 供空调用气水热交换器 、 空调新风加湿 和非空调用热 。另有部分热回收土壤源热泵机组夏季热回收量 112kW/台 ×2台供应非空调用热 。 2.3地埋管

17、系统在大楼部分基础下钻孔 545个, 孔径 130mm , 间距 5.0m ×5.0m , 70m 有效井深 。 竖直井埋管采用 25mmHDPE 双 u 管 。 双 u 管并联连接至水平埋 管, 水平埋管采用 32mmHDPE 管 。 测试数据见 表 5。表 5土壤换热能力主要测试数据单井钻孔有效深度 80m 埋管方式 并联双 U 型管 垂直管 25mm 水平管 32mm 钻孔孔径 130mm 放热换热能力 (进水温度 37 , 单孔总流量 1m 3/h75W/m井深 吸热换热能力 (进水温度 5 , 单孔总流量 1m 3/h44.5W/m井深 土壤源热泵机组夏季额定工况向土壤散热

18、量为 2326kW 、 冬季额定工况从土壤吸热量为 1534kW ; 根据测试数据, 541个地埋孔夏季总放热换热能力为 2861kW 、 冬季总吸热换热能力为 1697kW ; 钻孔个 数满足土壤源热泵机组的放热吸热要求 。3冷热源系统流程与机组运行组合节选了土壤源热泵机组部分的流程 (见图 1 。 本工程的土壤源热泵机组备用设置了开式冷却 塔 、 设置了部分热回收 、 采用了四管制, 因此, 其控制 流程略为复杂 (见表 6 。表 6列出了全年大多数可能的冷热机组运行组 合状态 。本工程共配置了两大 (离心冷水机组 两小 (土壤 源热泵机组 不同形式的冷源机组, 可提供多种开机 组合, 满

19、足多种部分冷负荷下的满载高效运行, 较为 灵活 、 节能 。热源机组共 4台 、 两种形式 (土壤源热泵机组 、 气 水热交换机组 ,同样满足多种部分热负荷下的满载 高效运行 。空调冷 、 热源总是优先使用土壤源热泵机组, 节 能环保 、 使用可再生能源 。本工程过渡季可利用两台小容量的土壤源热泵 机组制冷或制热或同时制冷制热, 无需或延迟开启大 容量的离心冷水机组或空调用气水热交换器, 使用方 便灵活和节能 。土壤源热泵为酒店客房和酒店式公寓非过渡季夜 间提供了冷热源而无需开启冷水机组或锅炉,使用了 可再生能源 、 节能环保 、 可靠性高 。 客房和公寓的计算 最大冷负荷为 2327kW 、

20、 最大热负荷为 1559kW ; 土壤 源热泵额定工况制冷量 1900kW 、 制热量 2100kW ; 考虑到夜间是非峰值负荷和同时使用率, 土壤源热泵 是可以满足客房和公寓的夜间空调要求的 。24注: 状态 0表示关闭状态; 状态 1表示开启状态; 切换制冷或制热状态时, 应先同时关闭所有 V1V20阀门, 再开启需开的阀门 。地源热泵所有可能的 制冷和制热状态 仅 LR-2制冷 且采用地源冷却 仅 LR-2制冷 且采用冷却塔冷却 仅 LR-1制冷 且采用地源冷却 仅 LR-1制冷 且采用冷却塔冷却 LR-2和 LR-1同时制冷 且 LR-1和 LR-2同时采用地源冷却 LR-2和 LR-

21、1同时制冷 且 LR-2采用地源冷却 LR-1采用冷却塔冷却 LR-2和 LR-1同时制冷 且 LR-2采用冷却塔冷却 LR-1采用地源冷却 仅 LR-2制热 仅 LR-1制热LR-2制冷 同时 LR-1制热LR-2制热 同时 LR-1制冷LR-2和 LR-1同时制热建议 使用季节春夏过渡季 春夏过渡季 春夏过渡季 春夏过渡季 夏季夏季夏季秋冬过渡季 秋冬过渡季 秋冬过渡季 秋冬过渡季 冬季表 6冷热源机组的运行组合及电动双位阀门开关状态001100000V3000010011V4000010011V5000010011V6000010011V7110011100100V81100111001

22、00V900101100000V1000101100000V11000001101V1200000110114000001101V15001111100010V16001111100010V170100100100V180100100100V1900011001V2000101000010其他冷热机组的可运行状态可视空调冷负荷的大小, 联合离心式冷水机组运 行, 优先运行 LR-1, LR-2可视空调冷负荷的大小, 联合离心式冷水机组运 行, 优先运行 LR-1, LR-2可视空调冷负荷的大小, 联合离心式冷水机组运 行, 优先运行 LR-1, LR-2 LR-2使用

23、开式冷却塔冷却; LR-1可视空 调热负荷的大小,联合 气水热交换机组运行, 优先运行 LR-1 LR-1使用开式冷却塔冷却; LR-2可视空 调热负荷的大小,联合 气水热交换机组运行, 优先运行 LR-2可视空调热负荷的大小,联合气水热交换机组运 行, 优先运行 LR-1, LR-2图 1土壤源热泵机组系统流程示意图接空调热水侧 循环系统接地埋管侧 循环系统 接热回收侧 循环系统接空调冷水侧 循环系统接服务于地源热泵机组 的开式冷却塔循环系统V17V18V3V4V7V8V11V12V15V16V14V13V10V9V6V5V20V19V1V2LR-2LR-1LQ2LQ1LQ2LQ1H1H2L

24、1L2DH DG SH2SH1SH2SH1热回收器 冷凝器 蒸发器 地源热泵 热回收器 冷凝器 蒸发器 地源热泵25通信建筑用单元式恒温恒湿空调水冷系统介绍王晓刚(中国移动通信集团设计院有限公司, 北京100080摘要:通过对比通信建筑用单元式恒温恒湿空调设备的风冷 、 水冷两种冷却形式, 分析了空调风冷系统存在的问题及水冷系统对这些问题的解决方式 。 通过介绍实际改造案例, 阐述了空调水冷系统的组成 、 水冷却工作流程等内容, 并给出空调水冷系统相关 使用建议 。关键词:单元式恒温恒湿空调; 风冷; 水冷; 制冷量; 室外温度; 安装位置 中图分类号:TU831文献标志码:A文章编号:167

25、3-7237(201107-0026-03Unitary Constant Tem perature and Hum idity Air ConditioningWater-Cooling System for Com m unication BuildingWANG Xiao-gang(ChinaMobile Group Design Institute Co. Ltd., Beijing 100080, ChinaAbstract:By comparing two cooling forms, air cooling and water cooling of unitary constan

26、t temperature and humidity air conditioning e -quipment for communication building, problems of an air conditioning air-cooling system and solutions of a water-cooling system to the prob -lems are analyzed. Through the introduction of practical transformation cases, the composition and water-cooling

27、 work flow of the air condi -tioning water-cooling system are elaborated. Finally, suggestions on the use of the air conditioning water-cooling system are provided.Key w ords:unitary constant temperature and humidity air conditioning; air-cooling; water-cooling; refrigerating capacity; outdoor tem-perature; installation site0引言通信建筑对空调设备有特殊要求, 如要求制冷量 大 、 显热比高 、 持续运行时间长 、 室内温湿度控制精度 高等, 普通的舒适性空调不适用, 在通信建筑中普遍 使用恒温恒湿空调设备 。 从目前已使用的空调设备来 看, 风冷单元式恒温恒湿空调由于安装简便 、 初投资 少 、 可扩展性强等优点, 被广泛应用