直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的应用

直燃型溴化锂吸收式冷热水机组的应用

1以燃气为能源的机组制冷和制冷方法天然气是世界上最清洁的能源（煤炭、石油、天然气），近年来被选为主要行业。GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》5.4.1中提出“具有充足的天然气供应的地区,宜推广应用分布式热电冷联供的燃气空气调节技术,实现电力和天然气的削峰填谷,提高能源的综合利用率”,可见随着氟利昂制冷剂的限用,环境保护政策的加强,夏季供电的紧张,节约能源要求的提高和一系列天然气工程基础设施建设的完成,天然气用量在我国的能源结构中所占比例将得到提高,以燃气为能源的设备也将有一个发展的机遇。直燃型溴化锂吸收式冷热水机组(溴化锂是一种吸水性极强的盐类物质,无毒无害),以燃烧天然气为制冷和制热时提供能源动力。机组制冷时,燃烧天然气产生热能,使发生器的溴化锂溶液加热至140℃,产生水蒸汽;水蒸汽经过冷凝器后冷凝成水,通过节流阀后进入蒸发器,在该高真空环境中骤然蒸发,降温至5℃,再喷洒到铜管,使铜管内12℃的空调冷冻水降温至7℃,向中央空调用户提供冷冻水;冷凝水吸收了空调冷冻水的热量变成水蒸汽,被来自发生器的浓溶液吸收,并将热量传递给冷却水,浓溶液吸收蒸汽后浓度降低,被泵到发生器,再次加热产生水蒸汽,如此循环,详如图1a。机组制热时,燃烧天然气产生热能,加热溴化锂溶液,产生水蒸汽将制热铜管内的水加热,凝结水流回溶液中再次被加热,如此循环,详如图1b。直燃型溴化锂吸收式冷热水机组集制冷、制热及提供生活热水于一体,一机多用,整个空调冷热水系统简单,可减少设备用房占地,降低日后设备维护工作量。2有关35m2的地下结构佛山市南海区千灯湖某办公大楼项目,建筑面积46456m2,其中空调面积24535m2,占建筑面积52.8%,地下2层,地上分为主、副楼两栋,主楼29层,为商品办公楼,屋面标高116.3m;副楼9层,为燃气公司自用办公楼,顶标高39.8m,;两楼间用空中休闲平台相连接。室内设计参数及主要设计指标见表1~2。3空调冷水机组夏季空调末端冷负荷共5206kW,冬季空调末端热负荷共1785kW,系统总空调冷负荷(主机总负荷)4650kW,采暖总热负荷1606kW,选用2台溴化锂吸收式空调机组,分别为单冷型和冷暖型,空调机组制冷量均为2326kW,制冷时单台耗气量169m3／h;冷暖型空调机组制热量为1791kW,耗气量192m3／h(天然气热值按10kWh／m3计算)。空调机组对应配置2台变频冷冻(供暖)水泵(一用一备)和2台冷却水泵(一用一备),每台空调机组对应配置2台冷却塔,共设4台冷却塔。当冷却水温度较低时,可关闭其中一台冷却塔风机,降低系统能耗。冷暖型空调机组采暖时热水泵与制冷时冷冻水泵共用一套水泵,空调主机根据实际需要通过冷热转换阀切换管路水流方向。夏季冷冻水供回水温度为7℃／12℃,冷却水供回水温度为32℃／37.5℃,冬季采暖供回水温度为65℃／55℃。空调冷水机组自带微电脑和自控装置,根据空调负荷开启主机台数和调节能量。本工程主楼建筑高度为116.3m,副楼为39.8m,若机组设置在地下室,则主机的冷冻水(热水)系统承压大于1.0MPa,空调主机造价增加;由于采用天然气作为能源,制冷机房设在地下室,需设置泄爆口和防爆风机通风等;天然气需设置独立的燃气表间;由于溴化锂吸收式空调机组体积较大,制冷机房占用面积相应加大,会减少车库停车数量。综合以上因素,最后决定将制冷机房设置在副楼屋面,水泵采用抽出式,这样机组承压小于0.8MPa;制冷机房直接与大气接触,降低建筑专业设置泄爆口的难度,同时为减少冷却水管长度,冷却塔同样设置在副楼天面。4空调水立管分区空调水系统采用冬、夏两管制闭式机械循环系统,采用定压差的变流量运行方式,供回水主立管布置成异程式,各层水平支管布置成异程式。考虑建筑高度超过100m,因此对水系统的承压进行分区,9层以下水管采用承压1.6MPa的无缝钢管,9层以上水管采用1.0MPa的无缝钢管。考虑副楼形体较长,主楼1~9层和10~29层各设1组空调水立管负担其空调负荷,这样在满足压力分区的前提下,使系统尽量简化,各回路阻力容易平衡。另外考虑到日后副楼自用,主楼为出租办公楼,本工程设置冷量计费系统,副楼在2组立管上均设1个冷量计量表作为整体计费;主楼每层接出的主管设置1个冷量计量表,方便以后运行管理。5风机盘管加风系统大楼中大会议室、门厅等大空间均采用全空气低速风道空调系统,空中花园采用全空气分层空调系统;送风经过滤、冷却、除湿、消声处理后,由低速风道送至室内。各系统新风量根据季节不同作调整,同时考虑过渡季利用全新风的措施。对于其他有大量小隔间的办公室均采用风机盘管加新风方式,新风系统分层集中设置;各房间另设风机和排气扇排风;档案室设独立的风冷式恒温恒湿空调机组集中处理空气,经低速风道送入室内。6管理系统的设计6.1冷水机组的投入运转台数冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔一一对应联锁运行,根据系统冷负荷变化,自动或手动控制冷水机组的投入运转台数(包括相应有冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔)。开机程序:冷却塔进水电动阀(若有设置时)冷却水泵→冷却塔风机→冷冻水泵→冷水机组,停机程序则相反,而冷冻水泵、冷却水泵亦可单独手动投入运行。6.2控水温控器设计温度控制是由设置在回风口(或送风管)处的温度传感器,控制水路电动二通阀(比例:积分式)动作,调节水量,达到回风(或送风)温度控制,温控器为冷暖型。6.3风扇盘管风机盘管应配有风机三速手动开关、挂墙式温度控制器、水路电动二通阀(双位式),温控器为冷暖型。6.4冷冻站总控制室内设置开关各空调器、新风空调器、风机、冷却塔等除设就地开关外,还在冷冻站总控制室内设置开关及动作工作显示(消防用排烟、加压风机等需受消防控制中心控制)。7天然气空调的特点本工程采用天然气作为空调动力,与传统用电空调(螺杆式、离心式等)相比较,具有以下优点:⑴实现电力和天然气的削峰填谷。在我国经济条件较好的地区空调能耗占建筑能耗的45%以上,夏季空调的使用让电网的“峰谷”差增大,夏天用电高峰电网压力也越来越大,以致出现部分地区限制用电等现象。溴化锂吸收式空调机组以燃气为能源,能够削减电力高峰负荷,减少电力投资,消耗夏季过剩的燃气,提高能源的综合利用率。⑵环境污染降低。我国大约80%的电力来自于煤炭发电,因此燃气空调取代电力空调的环境效益非常突出。以天然气作为能源,可以大大减少CO2的排量,防止地球变暖;减少SO2、灰渣的排量,对环境污染有着很大的改善(与燃煤比较,SO2减少100%,NOx减少80%以上,CO2减少60%左右,TSP减少95%)。此外,吸收式空调机组不使用CFC(氯氟烃)和HCFC(氢氯氟烃)作制冷剂,因此不存在破坏大气臭氧层(O3)的问题。⑶部分负荷效率高,节省运行费用。天然气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组由于燃气机的转速可进行连续调节,而效率几乎不变,从而保证机组在低负荷下的高效运行。机组本身具有5%~115%负荷调节范围,其变负荷调节特性优于电动压缩机,而建筑实际负荷80%以上的时间处于部分负荷运行状态,因此部分负荷效率高,可以节约运行费用。⑷天然气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组噪声、振动比电力空调机组影响小得多;由于运转部件少,其经常维护费用也低于电力空调机组,使用寿命也比电力空调机组要长。8溴化锂吸收式冷热水机组在项目开始设计时,设计人员应以打造节能建筑为目的,仔细认真考虑该项目空调采暖的运行情况,采用何种系统对经济问题起到关键作用;对于系统的设计难点、重点要进行透彻分析,然后在设计中体现出来。通过本工程设计实践,笔者体会如下:⑴采用溴化锂吸收式冷热水机组能够满足大楼夏天空调、冬天采暖及生活热水的需要,做到一机多用,并且整个系统简单,冷热工况容易切换。在选用机组设备容量和数量时需综合考虑空调负荷、采暖负荷、经济性和运行调控等问题,由于溴化锂吸收式冷热水机组价格昂贵,部分能效比高,选用机组不考虑备用,并且尽量减少机组的台数,降低工程造价。当热负荷与冷负荷不匹配时,可考虑采用制热量加大型机组,制热量每加大一号则制热量增加20%,不能为满足热负荷而直接选用大一号设备。⑵本工程建筑高度超过100m,如果按常规系统,制冷机房设置在地下室,则溴化锂吸收式冷热水机组的承压超过1.0MPa,需要选用高压机组,设备价格会增大。另外天然气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组放置在地下室时,制冷机房需要设置泄爆口及采用防爆风机进行通风等。相对而言,在裙楼天面摆放吸收式冷热水机组是较为合理的,设备承压降低,其潜在危险性减小,地下室不需要设置制冷机房,可增加汽车库停车数量,具有明显的技术和经济优势。⑶溴化锂吸收式冷热水机组的散热量比常规的螺杆式、离心式等用电制冷主机大,根据能效比不同,由冷却水带走的热量约为用电制冷主机的1.4~1.5倍。若选用冷却塔,当满足吸收式主机制冷稳定运行时,适当提高冷却水供回水温差,可减少冷却塔的投资及运行能耗。本工程由于所处地区夏季相对湿度较大,冷却水进出水温度