武汉某学院空调系统节能设计案例

武汉XX学院空调系统节能设计案例HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程概述XX学院位于武汉，总HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑面积约18万平方米，其中教学楼和图书馆为该校的二期扩建HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程。教学楼总HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑面积约23000m²,地上五层，总HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑高度21.3m，主要功能为办公和教室，其中还包括二层楼的设备用房(冷冻机房和锅炉房);图书馆总HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑面积约23600m²,地上五层，总HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑高度为20.3m，主要功能为自习室和阅览室。图书馆作为该学院的标志性HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑，处于整个学校的中心位置。空调设计教学楼和图书馆先后进行了两次空调设计。第一次设计为了给教师和学生提供舒适的工作和学习环境，教学楼办公部分和图书馆均设计HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统。该图书馆既无地下室，也没有设备间，并且作为学校的标志性HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑，对HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑的造型要求很高，空调设备(如HYPERLINK"/search.php?searchid=114&orderby=lastpost&ascdesc=desc&searchsubmit=yes"冷却塔或风冷HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵机组)不宜放置在屋顶。教学楼和图书馆相距500m，因此考虑图书馆的冷热源与教学楼的设备用房合并设计，空调冷热水通过埋地管道提供。冷热源形式的确定目前能单独提供冷源的有冷水机组直供、冰蓄冷、水蓄冷、单效溴化锂;能单独提供热源的有燃油燃气锅炉、电锅炉蓄热;同时能提供冷热源的有双效溴化锂、地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵、水源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵、水环HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵、风冷HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵等。由此可以看出对一个HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程而言冷热源的选择形式有多种多样，而合理的选择对整个空调系统的能耗至关重要，因此，在了解各种机组特点的基础上结合具体HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程进行选择。从本HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程的具体情况来看：该HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程所处地段由勘测资料显示地下水资源不丰富，不具备水量稳定的基本要求，虽然地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵和水源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵是既HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能又环保的冷热源，但并不适用本HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程。考虑到图书馆的使用时间分布为上午8:00～12:00、下午2:00～5:00和晚上7:00～10:00，与武汉市的高峰用电时段(上午10:00～12:00和晚上6:00～10:00)基本吻合，尤其晚上图书馆的阅览室人员集中，空调负荷大，空调运行费用相当高。需要考虑转移制冷主机的运行时段，减少峰值电负荷，节省运行费用。另外图书馆和新建教学楼相距500m，冷冻水输配距离远，水泵输配能耗大。因此在第一次设计时冷源采用的是部分冰蓄冷方式，提供6ºC的低温冷冻水，采用7ºC大温差水系统方式节省水泵的运行费用;热源采用的是燃气锅炉。空调室内设计参数和冷热负荷详下表:冷热源设备的选择冷源部分选用两台标准工况下制冷量为1210KW的双工况螺杆式冷水机组(机组能效比在标准工况下达到5.0)，两台初级溶液泵(流量240m³/h，扬程16mH20)、两台次级溶液泵(流量135m³/h，扬程18.5mH20)、一台乙二醇板式换热器(换热量为3840KWH)，体积为140m³的蓄冰罐两个，每个罐蓄冷量为6700KWH。除蓄冰罐放置在设备用房的室外，其余的制冷设备均设置在设备用房的一层冷冻机房(面积约150m²)内;热源部分选用两台1400KW的燃气锅炉，两台冷冻循环水泵(流量215m³/h，扬程32mH20)、两台冷却循环水泵(流量280m³/h，扬程35mH20)、两台热水循环水泵(流量80m³/h，扬程28mH20)、分水器、集水器等设置在设备楼的二层锅炉房(面积约200m2)内。空调水系统水系统分两个环路，教学楼和图书馆分环设计，并且在环路供回水干管上设置有能量计量装置。采用了大温差形式，夏季冷水供回水温度为5℃/13℃，温差为8℃，(常规空调温差为5℃);冬季热水供回水温度为60℃/45℃，温差为15℃，(常规空调温差为10℃)。大温差的选用，减少了冷热水循环量，减少水管管径，节省管材和水泵运行费用。空调风系统的选择空调风系统：图书馆中大空间的阅览室主要采用的是全空气系统，新回风管上设计有风量调节阀，可以改变新回风的比例，还可以实现全新风运行从而获得较大的HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能效益和环境效益。空调机组设置在单独的空调机房内，并且设计有排风和新风的全热回收系统，在过渡季节考虑取用室外空气作为自然冷源。图书馆中的办公室和新建教学楼的办公室部分采用新风+HYPERLINK"/search.php?searchtype=title&keywords=%B7%E7%BB%FA%C5%CC%B9%DC&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"风机盘管方式。第二次设计根据甲方走访和考察许多高校后发现，图书馆设计并安装空调的很普遍，但在实际中使用的却非常少，昂贵的运行费用直接影响了空调的使用。甲方因此决定取消图书馆的中央空调系统，只是对部分房间(包括电子阅览室，办公室)设计空调，空调面积由原来的18000m2减少到了2000m2。电子阅览室对外开放实行收费管理制度，舒适的环境必不可少。另外教学楼部分冬天采用水蓄热方式。并且要在设计中考虑将设备楼作为今后学生学习和观摩的教学场所。冷热源形式的确定针对甲方提出的要求，结合其HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程特点，空调方式也随之改变。在满足使用功能的前提下，尽量节省初投资和运行费用。二三层电子阅览室由于人员比较集中，因此采用定频的一拖二VRV制冷系统，十匹的室外机，五匹的卡式室内机，这种定频机性价比非常高，而且HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制和管理灵活方便，可以根据室内负荷的大小开启室内外机运行的台数，应用在电子阅览室中是合理的。室外机分层设置在二三四层的阳台上，对HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑物的外立面不造成任何影响。由于电子阅览室人员集中，新风量大，新风负荷大。新风量的确定要合理，新风量取得过多，将增加新风的能耗。因此在满足室内卫生要求的前提下，设计中根据规范要求采用20m³/h·人。电子阅览室设计有排风和新风的全热回收系统，热回收机组设置在单独的机房内，并且所选全热回收机组的全热回收效率不小于60%。在过度季节考虑取用室外空气作为自然冷源。对于一二三四层少量的办公室，由于人员流动性大，使用时间差异大，导致负荷变化大，因此要选用一种能随负荷大小及时变化的HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能系统。变频一拖多的VRV制冷系统，负荷HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制精确，使负荷能在15%--100%的范围内进行多级HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制，电子膨胀阀能随室内机组的负荷变动连续调节制冷剂流量，真正使机组的制冷制热量与空调的冷热负荷相匹配，达到HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能和精确HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制室温的目的。一二三四层少量的办公室采用变频一拖多的VRV制冷系统。有资料显示，与一般的风冷HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵相比可HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能30%。针对甲方提出的设备楼以后要成为学生学习和观摩场所的要求，设计中对于设备用房部分做了精心的调整。首先，机房中要有足够的观摩空间，由于设备楼已经建成，没有扩展和调整的空间，因此设备的选型非常重要，所选设备外形尺寸要小，结构要紧凑。通过对教学楼办公部分的逐时冷热负荷进行详细计算后，负荷大小为：一般HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程在设计水蓄热系统时都是设计为全蓄热的方式，但本HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程通过技术经济比较后，部分蓄热方式更加合理。以下为部分蓄热和全蓄热的设备投资及运行费用的比较：武汉冬季HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖约100天，由于学校在最冷的季节为寒假(约30天)，余下的70天中仍有20天为节假日(周末)，因此，学校冬季HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖实际使用天数为50天，使用时间短。部分蓄热方案按设计日全天负荷的2/3考虑，超过2/3设计日负荷的时间不超过20天，在此段时间内白天需开启锅炉4小时，每天运行费用多725元，每年运行费用多1.5万元。相当于要8年左右的时间收回初投资的成本，回收年限太长。因此采用部分蓄热，节省初期投资。冷热源设备的选择冷源选用一台在标准工况下制冷量为720KW双工况螺杆式冷水机组(机组能效比在标准工况下达到5.0)，两台初级溶液泵(一台备用)(流量115m³/h，扬程16mH20)、两台次级溶液泵(一台备用)(流量160m³/h，扬程18.5mH20)、一台补液泵、一个补液箱、一台乙二醇板式换热器(换热量为860KW)、一个74m³的蓄冰罐(蓄冷量为3600KWH)，这些设备均设置在设备楼的一层冷冻机房内;并且设备与墙之间均留有2.0m的参观通道。根据甲方的要求，学生不仅可以参观蓄冰罐外表，还可以看到蓄冰的过程，因此冰蓄冷系统由原来设计的闭式系统改为开式系统，在蓄冰罐的上部设计有一个800x800mm的参观口。热源选用一台540KW电锅炉，两台冷冻循环水泵(一台备用)(流量130m3/h，扬程30mH20)、两台冷却循环水泵(一台备用)(流量165m3/h，扬程30mH20)、热水循环水泵(一台备用)(流量70m3/h，扬程28mH20)、一台变频蓄HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵(流量25m3/h，扬程20mH20)、软水装置、补水泵在设备楼的二层锅炉房内，两个蓄热罐放置在设备楼与新建教学楼之间的露天平台上。设备布置紧凑、结构合理，并且管路设计顺畅。控制系统自动HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制系统对蓄冷蓄热系统所有设备进行实时HYPERLINK"/af/search.php?searchtype=title&keywords=%BC%E0%BF%D8&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"监控;并具有进行系统参数设置、图表显示、报表打印、HYPERLINK"/search.php?searchtype=content&keywords=%B1%A8%BE%AF&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"报警提示等功能，达到科学管理经济运行。并可通过投影仪输出显示，作为教学手段。主要包括：1)优化HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制：根据室外温度、天气预报、天气走势、历史记录等诸多相关因素，自动选择主机优先或融冰优先。在满足末端负荷的前提下，每天先使用完储存的冷量，尽量减少运行主机。充分发挥冰储冷系统的优势，最大限度地节约运行费用。2)运行设置：运行时间表设置;节假日设置;冷冻水出水(回水)温度设置;制冷主机出水温度设置;制冰结束温度设置;储冰量设置。3)故障记录、帮助主机故障：水泵、风机故障;系统故障;各故障帮助(如：排除和应急处理)。4)历史记录：系统负荷;储冰量;融冰量;冷却水进出温度;冷冻水进出温度;谷、峰电耗电记录;电费每日结算和累计。5)HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制策略：自动根据室外温度、系统运行记录自动选择运行策略;手动即人为设置系统