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文滨花园酒店式公寓水环热泵空调系统设计分析
2017-05-17 14:24:26  作者:  来源:中国设计师网  
  •   本文以文滨花园酒店式公寓为例,对水环热泵空调系统进行了介绍。分析了水环热泵空调机组、双源热泵热水机组的特点,并对该系统的节能设计理念作了阐述。
    关键字: 水环热泵

  1 引言

  水环热泵空调系统具有回收建筑内部余热、可同时供冷供暖、系统布置简单灵活、设计施工方便、节能环保等优点。20世纪80年代初,我国在一些外商投资的建筑中采用了水环热泵空调系统。时至今日,水环热泵空调系统在我国的应用已经有了不小的普及,适用范围也越来越广,在商业、酒店、医院、办公楼、学校、体育场馆等建筑中均得到了应用。本文所述的文滨花园酒店式公寓项目,在水环热泵空调系统的基础上,对系统做了进一步的废热回收利用,形成一套可供冷、供热的高效节能中央空调系统。。

  2 工程概况

  文滨花园酒店式公寓位于厦门市,是一座四星标准酒店,建筑地下一层,地上共20层,总建筑面积28100m2,其中1~3层为大堂、餐厅,4~6层为商业娱乐和办公等,7~20层为客房。设计要求提供夏季舒适性空调,以及全年生活热水。

  3 空调方案选择

  市场上常见的中央空调型式主要有水冷电动式、风冷热泵式、多联机系统以及水(地)源热泵空调系统,他们的特点分别如下:

  水冷电动式:该空调系统能集中供应,利于集中管理,单机制冷量大,主机能效比较高,主机运行稳定,寿命较长。不过其冷冻水管需要保温,二次转换有能量损失,主机及水泵占用机房面积,不管任何情况,主机都得投入使用,主机产生故障,则整个系统瘫痪,低负荷下能量调节特性有限。

  风冷热泵式:该空调系统安装、操作简单,适合小型项目,但受空气影响较大,天气越热或越冷,其制冷性能或制热性能就越差,并且新风机不能独立运行。

  多联机系统:该空调系统,其安装简单、方便,可分批投资,风险分散并且操作简单,但是主机置于室外常年日晒雨淋导致压力变高,易发生冷媒泄漏,泄漏后维修困难同时运行效果受气候变化影响较大。

  水环热泵式:该空调系统集中取冷热源、分散制冷,使用控制灵活方便,无主机房投资,直接供冷热,减少中间环节能量损失,气候的变化不会影响空调的效果,主要缺点就是调试周期较长。

  经过对以上几种空调系统的优劣势比较,并且结合项目建筑特点以及实际需求,本项目决定选用水环热泵式中央空调系统方案。

  4 空调设计依据

  4.1 遵循的设计规范及要求

  (1) 采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003);

  (2)建筑给水排水设计规范(GB50015-2003);

  (3)室外给水设计规范(GBJ13—86);

  (4)公共建筑节能设计标准(GB50189—2005);

  (5)建设单位的要求和各专业的设计图纸。

  4.2 空调设计计算参数

  4.2.1 室外空调设计参数(夏季)

  大气压力:99910 Pa;室外平均风速:3.0 m/s;

  干球温度:33.4℃;湿球温度:27.6℃。

  4.2.2 室内空调设计参数

  表1室内房间空调设计参数

房间类型 人员密度
(人/ m2
夏季 新风量
干球温度/℃ 相对湿度/% m3/h·人  
办公 0.1 26±2 ≤65 30  
客房 2-4人/间 26±2 ≤65 40  
大堂 0.15 26±2 ≤65 20  
 

  4.2.3 热水设计计算参数

  冷水计算温度:15℃;热水计算温度:55℃;

  热水使用温度:40℃。

  5 系统设计说明

  针对项目实际分析,本设计采用中宇水环热泵高效节能空调系统,即水环热泵+双源热泵热水机组的中央空调系统形式,采用双源热泵热水机组对系统的冷凝热进行回收利用,从而制取廉价的生活热水。

  夏季空调系统运行方式:高效水环热泵机组+双源热泵热水机组(水源侧)+冷却塔+水泵;

  冬季及过渡季节系统运行方式:双源热泵热水机组+水泵。

  5.1 空调冷源

  本设计拟对全楼空调区域提供舒适性空调,总设计空调面积为21920m2,设计空调冷负荷为4946kW,设计55℃卫生热水用量52m3/天。主要设备包括:水冷分离式风机盘管、水冷分离式吊挂式风柜、双源热泵热水机组。

  空调系统机组选用分散式自带冷源的水环热泵风机盘管和吊挂式风柜,空调机组水侧换热器采用高效换热技术,冷凝温度大大下降。若考虑室内风机功耗,空调机单机能效比EER高达4.0~5.5,比一般空调系统节能20%~40%。该系统由多台空调机组组成,空调机组可单独开停,系统能量调节比冷水机组更接近于无级调节,比一般空调系统节能30%~55%。

  双源热泵热水机组即空气源-水源热泵二合一设计,夏季采用水源制取免费热水,冬季采用空气源,避免了水源换热器低温冻裂的危险。一机二用,替代水源热泵热水器+空气源热泵热水器两台机器。水源水进水15℃时,能效比达5.6,运行费用仅为电热水器的19%、液化石油气锅炉的23%、柴油锅炉的22%、空气源热泵热水器的76%。与中央空调冷却水系统偶合时,吸收免费的空调冷却水热量,应用在制冷、采暖、热水集中供应的三联供系统,整个系统更为节能。如夏季与空调冷却水环路偶合使用,热水机组能效比可高达7.0以上,此时,加热1吨热水成本仅需6.62元,而如采用电锅炉,则需成本33.59,节能效果非常明显。(电费按1.O元/度计算)

  5.2 空调水系统

  本工程设计了两套水系统:一至六层为一个系统,冷却设备置于六层屋面;七至二十层客房部分为一个系统,冷却设备置于天面。系统均采用两管制,同程式设计。夏季制冷时,冷却水设计供回水温度为30℃/34℃。

  空调冷却水管在每层总供回水管上安装调节阀门,保证水系统的平衡。在新风机冷却水管上设测温仪器,并与冷却水泵联锁,当空调系统不运行,水管内水温低于10℃时,冷却水泵启动,强制循环系统冷却水。

  为了满足系统水压的恒定和补水的需要,在系统的最高处设置了膨胀水箱,膨胀管不设阀门,直接接入到冷却水泵吸入端。

  5.3 空调风系统

  根据空调房间的结构以及功能特点,酒店客房、办公室以及其他小房间采用风机盘管加新风系统;商业、餐厅、会议室等大空间采用吊挂式风柜集中送风的空调方式。

  风机盘管加新风系统,新风机选用自带冷源的吊挂式风柜,室外新风由新风机处理到室内空气焓值后,在经新风管送到各个房间。风机盘管送风采用侧送侧回或者上送送回两种形式。新风机接室外风管上装电动调节阀门,并与新风机联动,当新风机关闭时阀门关闭,冬季时有效阻止室外冷空气进入设备。

  在各个卫生间设计机械排风系统,换气次数按10次/h计算,废气通过排气扇、排风管排出到室外,并在排风管设置止回阀。

  5.4 系统运行原理

  5.4.1 系统原理图

  图1 系统原理图

  5.4.2 空调夏季运行

  夏季运行时,开启夏季工况的各回路阀门,空调机制冷时的冷凝热由冷却循环水带到冷却塔散发至大气中和经双源热泵热水机组(水源侧)加热卫生热水。

  5.4.3 热水全年运行

  冷水经双源热泵机组加热后进入加热箱,如此循环加热到55℃后,电动阀打开热水进入蓄热箱,向用户提供卫生热水。夏季系统开启空调循环水泵;过渡季节关闭空调循环水泵,启动过渡季节水泵降低系统运行费用,达到节能目的。

  5.5 系统自动控制

  为了有效地控制室内空气温度和系统供回水温度,方便维护运行管理,节约能耗,设置以下自动控制措施。

  (1)空调机的自动控制

  a.风机盘管的控制

  制冷时采用风量调节和压缩机启停相结合的微电脑智能化控制,制冷迅速,室温选择范围广,室温感应灵敏,受外界环境影响小。

  b.新风机及柜机的控制

  制冷时采用压缩机启停的微电脑智能化控制。制冷迅速,送风温度感应灵敏。

  (2)为了防止水系统流量不足或水泵停机时空调机组产生误操作,在回水总管上设置水流开关,水电联锁保证系统安全运行。水系统开机顺序为:冷却塔—水泵—空调机组,停机顺序与之相反。

  (3)冷却水泵的自动控制

  水系统为定流量系统,系统流量不随机组的开停机变化,水泵定速运行,空调机组不设置电动二通阀。

  (4)空调冷源的自动控制

  冷却水系统的供水总管上装有温感器,制冷时根据供水温度(30℃~32℃),控制冷却塔风机的启停或变速调节;夏季冷却水温度高于25 ℃时,冷却塔运行。

  (5)热水管网的自动控制

  加热箱上装有温感器,当水温度达到55℃时,电动阀打开热水流入蓄热箱,直到蓄热箱达到设定水位,热水才停止流入;当加热箱和蓄热箱温度低于45℃时,启动辅助热源空气源热泵和水冷热回收机组;当热水管网最远处水温低于40℃时,启动内循环水泵。

  6 结语

  水环热泵空调系统是利用水源热泵机组进行供冷和供热的系统形式之一,系统按负荷特性在各房间或区域分散布置水源热泵机组,根据房间各自的需要,控制机组制冷或制热,将房间余热传向水侧换热器(冷凝器)或从水侧吸收热量(蒸发器);以双管封闭式循环水系统将水侧换热器连接成并联环路,以辅助加热和排热设备供给系统热量的不足和排除多余热量。

  本工程设计为夏季制冷,和提供全年热水,夏季运行时通过热回收设备回收部分热量和冷却水塔排除多余热量,冬季过渡季节通过空气源热泵的形式制取热水,系统的整体节能效果明显。另外,由于室内机组采用分散制冷的方式,对于机组噪声的控制,在设计和施工中都需要特别注意。

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