北京某酒店动态负荷计算分析

北京某酒店动态负荷计算分析

0空调系统逐时冷负荷的计算计算负荷是设计暖通设备系统的基础，它决定了系统设备的选择和管道系统的规模。空调系统负荷应根据所服务区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式,按各空调区逐时负荷的最大值或各空调区负荷的累计值确定,并计入各项有关的附加负荷,大多数空调系统设计都是按照各项逐时冷负荷的综合最大值进行冷、热源机组的选型。本文以北京某酒店为例,着重介绍基于全年动态负荷分析的冷热源方案设计。1酒店6.2本项目为某五星级酒店,位于北京市,占地面积3421m2,建筑面积30010m2,地上面积23831m2,地下面积6179m2,建筑高度84.8m,地下3层,地上20层。地下3层为车库(战时为六级人防物资库),地下2层为制冷机房、换热机房等设备机房及酒店辅助用房,地下1层为游泳馆、水疗中心、健身房、职工餐饮用房等,地上1～4层为裙房,首层为酒店大堂、全日制餐厅,2～4层为多功能厅、宴会厅等,地上5～20层为酒店客房;本栋建筑可接入小区热力管网,热力管网提供蒸汽压力为0.6MPa。2全年冷、热负荷冬、夏季室外计算参数采用文献中北京逐时气象参数,室内设计参数根据不同类型的房间进行合理选择,利用HDY-SMADv3.5(能耗分析版)进行了全年8760h的负荷计算,计算后统计得到大楼全年逐时的冷、热负荷,结果见图1。从图1可以看出,系统全年冷负荷最大值出现在7月底,峰值冷负荷为2000kW左右,热负荷出现在1月底,峰值热负荷为2000kW左右,日负荷最大值全年呈正弦曲线形状。经核对,该计算结果与手算结果基本一致。3冷源冷方案3.1冷源方案3.1.1供冷季节冷负荷根据全年动态负荷计算分级结果导出负荷频数分布,见图2,3。由图2可以看出,冷负荷区间为0～100kW的时间约为750h,冷负荷区间为100～200kW的时间约为520h,整个供冷季节冷负荷在0～200kW的时间达到1270h。从图3可以看出,白天时(07:00—19:00),负荷区间为0～200kW的时间约为100h,负荷区间300～1300kW出现频数较多,约为1400h。综上可知,设计建筑在夜间时(19:00—07:00),冷负荷主要集中在0～300kW;白天时,冷负荷集中在300～1300kW。3.1.2空调系统及热水地板辐射供暖系统由于本项目是五星级酒店,对客房舒适性要求较高,在过渡季节,存在不同空调区域同时供冷和供暖的情况,所以客房区采用四管制风机盘管加新风处理系统;酒店大堂、宴会厅、餐厅等公共区采用四管制全空气定风量空调系统;酒店大堂同时设置低温热水地板辐射供暖系统;酒店后勤区、办公室等区域采用四管制风机盘管加新风系统;游泳馆区域采用除湿热泵系统,并在池边及更衣室等区域设置低温热水地板辐射供暖系统。过渡季节逐时负荷模拟结果如图4所示,在过渡季小区热力管网未运行期间,最大热负荷为300kW,只要满足该热负荷就可以保证过渡季节的供热需求,本项目设计采用空气源热泵机组作为空调系统热源。3.1.3空气源热泵与水冷设备的能耗比较1调整空气源热泵在不同时段下的实际运行效率考虑到5～15层客房需要全天供冷或供热,在夜间仍有供冷的需要,设计时为了保证22:00—07:00时段的高效运行,针对客房的负荷情况进行了单独统计分析,结果如图5,6所示。显然,客房在夜间负荷率较低,空气源热泵在满负荷情况下的整体效率低于水冷机组,但在低负荷时其运行总体效率却高于后者。另外,由于00:00—07:00的时段内室外空气干球温度基本都低于26℃,一般来说,冷凝侧温度越低,制冷机的制冷效率就会越高。由此可见,空气源热泵在夜间较其在一般工况下运行具有更高的COP。为保证系统整体的高效性,剔除5个不满足的工况点后,客房所需冷量为323kW,需要通过详细的分析统计才能知道哪种方式更有利于节能。2空气源热泵的集输方法由图7～9及表1可知,在整个供冷季节,采用空气源热泵在夜间运行总耗电量仅为水冷式冷水机组的78.8%,而在日间与水冷机组运行总能耗相当。究其原因,在供冷季一天当中,湿球温度波动幅度较小,而干球温度波动幅度较大。夜间干球温度比湿球温度高5～7℃,考虑到冷却塔的回水温度一般高于室外湿球温度3～5℃左右,空气源热泵的冷凝器环境温度仅高出水冷机组2℃左右,而冷却水泵和冷却塔的能耗变化不明显,水冷机组的整体能效反而低于空气源热泵。当然选用空气源热泵的缺点也是很明显的,空气源热泵的用电量峰值比水冷机组的用电量峰值高30kW,制冷能力随室外气候变化明显。综合考虑后,笔者认为采用1组空气源热泵在夜间为客房提供空调冷水是适宜的。3.1.4空调冷水机组供冷季节日间冷负荷分布见图10。去掉5个不保证点后,冷源的冷负荷达到了2044kW。空气源热泵可承担冷负荷351kW,剩下的冷负荷1693kW由水冷机组承担。冷负荷Q≥1200kW的频率为21.8%;500kW<Q<1200kW的频率为61.8%;Q≤500kW的频率为16.4%。冷却水进水温度与离心式冷水机组负荷同步变化时,COP变化见图11。在冷却塔及冷水泵定频运行的前提下:冷负荷Q>1200kW时,离心机全开,单机COP>5.7;冷负荷Q<1200kW时,离心机在部分负荷情况下的效率反而随着冷却水温度的降低而升高,负荷百分比n>40%(即冷负荷Q>480kW)时,单机COP>6,虽然冷却设备的能耗并未减少,但是系统的整体性能还是很高。螺杆式冷水机组对部分负荷的适应性要高于离心式冷水机,在低负荷的情况下可以使用螺杆式冷水机。综上,采用1台额定制冷量为1230kW的离心式冷水机组,1台额定制冷量为463kW的螺杆式水冷冷水机组,以及1台额定制冷量为351kW的空气源热泵提供7℃/12℃空调冷水。采用3台进出水设计温度为37℃/32℃的冷却塔,单台额定流量150m3/h,冷却塔和空气源热泵均置于屋面。离心机对应1台流量为250m3/h的冷却水泵和流量为240m3/h的冷水泵;螺杆机对应1台流量为100m3/h的冷却水泵和流量为80m3/h的冷水泵;空气源热泵对应1台流量为60m3/h的循环水泵。冷却水泵定频运行,冷水泵变频运行,水泵均一用一备。空调冷水系统采用一次泵变流量系统。空调水系统采用四管制,管路与水平管路均为异程式系统,空调水系统分为公共服务区和客房区两个环路。在制冷季节,当冷负荷在0～300kW时,启动空气源热泵;冷负荷在400～700kW时,启动螺杆机和空气源热泵;冷负荷在800～2000kW时,启动离心机、螺杆机和空气源热泵。在过渡季节和冬季,室外空气比焓持续低于20kJ/kg时,关闭冷水机组,使用1台冷却塔及其对应的冷却水泵、冷水泵和板式换热器,为空调系统供应8℃/12℃的空调冷水。该塔在室外的部分使用电伴热保温,并在集水槽里设置PTC电加热器防冻。3.2供热负荷分析采用板式换热机组接市政热力的形式制取空调热水。小区热力管网提供0.6MPa的蒸汽压力,经换热后,空调热水供回水温度为60℃/50℃。同时热源方案应充分考虑热负荷的分布情况,对冬季热负荷进行了统计,结果见图12。去掉5个不保证点,设计热负荷1783.8kW。频率分布见图13。由以上分析可知,热负荷在300kW以下的时间达到了46%,如果仅选择1台换热设备的话,调节能力有限,而换热器个数太多又增加控制的复杂程度,综合考虑后,选用3台同一型号的板式换热机组。供暖季节,根据负荷实际情况调整换热机组运行台数;过渡季节,当小区热力未运行时,开启空气源热泵机组,供应空调热水。4冷热源机组选型的确定依据通过以上分析可知,在暖通设计工作中,计算全年逐时负荷,并对日间、夜间负荷