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青岛蓝色中心东区商业楼配套酒店项目暖通空调设计

时间:2017-08-28 15:20:44; 来源:青岛绿城建筑设计有限公司,山东 青岛 266000 作者:​张小峰 刘树峰

 :以实际案例为切入点,通过项目典型设计日全天负荷计算值,并结合不同类型冷水机组相对应的各自能效比情况,对设计日机组24 h能耗分别进行统计对比,以展示磁悬浮变频离心式冷水机组较普通离心式冷水机组的节能优势。同时介绍了项目中所采用的一级泵变流量技术、大温差技术等其他节能技术。

关键词:磁悬浮冷水机组;典型设计日;能效比;能耗

1  项目概况

青岛蓝色中心东区商业楼配套酒店项目位于青岛即墨蓝色硅谷核心区,其中,酒店建筑面积64 690 m2,地上9层,地下1层,建筑高度39.7 m,处于商业楼东侧。本项目定位为五星级酒店,功能包括宴会、会议、展览及客房等,客房自然间数400间。整个建筑造型宏伟、新颖,建成后将成为该区域标志性建筑,如图1所示。

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1  蓝色中心东区商业楼及配套酒店效果图

2  冷热源系统设计

该项目设置集中空调系统,冷冻水采用一级泵变流量系统,冷水主机选用两台磁悬浮变频离心式水冷冷水机组,单台额定制冷量2 439 kW,总装机容量与设计计算最大负荷比为0.88:1。冷冻水系统设计供回水温度为6/13 ℃。

空调热源由建筑内锅炉房提供,锅炉房设置油气两用常压热水锅炉两台,单台额定供热量2.1 MW,同时供应建筑内生活热水及泳池用热。一次侧供回水温度为85/60 ℃,经由换热机组及热水循环泵输送至建筑各区。空调热水供回水温度为60/45 ℃,热水循环泵配变频器,变流量运行。一次侧设供热量自动控制装置,根据室内负荷变化对一次侧热水流量进行调节。

3  冷水机组能效比较

磁悬浮变频离心式冷水机组利用直流变频驱动技术、高效换热器技术、过冷技术,基于工业微机的智能抗喘振技术以及磁悬浮无油运转技术等,从根本上提高离心式中央空调的运行效率和性能稳定性,属于国家重点推广技能技术[1]。普通离心式冷水机组满载能效比一般在5.5左右,IPLV7左右,磁悬浮离心式冷水机组满负荷能效比在6以上,IPLV可达10以上,同时采用全直流变频技术,实现10%100%负荷自由调节,完美解决普通离心机低负荷喘振风险。

IPLV值作为评价机组部分负荷的性能系数,在一定程度上反映了冷水机组在实际运行中的能效情况,但在实际运行时,机组的大部分时间并不是在IPLV值计算时所采用的工况下运行的,尤其是冷凝器的进水温度,对机组能效比影响较大。下面就该项目典型设计日机组运行情况进行模拟分析。

1)冷机配置分为磁悬浮冷机和常规冷机两种方案形式。方案一,磁悬浮冷水机组选用如上文所述;方案二,常规冷机分别选用两台变频离心式冷水机组和一台螺杆式冷水机组,单机额定制冷量分别为2 039 kW1 020 kW

2)典型设计日空调负荷情况:通过鸿业暖通空调负荷计算专用软件计算得出,典型设计日单体逐时空调冷负荷值如图2所示。

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2  典型设计日空调冷负荷逐时值(排版注意:横坐标1:009:00,前面都加0,下同)

3)根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 507362012可知,青岛市夏季空调设计室外计算干球温度为29.4 ℃,另外,根据上述规范中,夏季空调室外计算逐时温度计算方法[2],可以得出青岛市空调室外计算逐时干球温度,同时参照《中国建筑热环境分析专用气象数据集》[3]中,与青岛比较接近的台站“成山头”的典型气象年逐时参数,近似模拟青岛市夏季空调设计日逐时湿球温度。如图3所示。

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3  典型设计日室外逐时干、湿球温度

由此可见,设计日逐时湿球温度变化较小。考虑冷却塔回水温度与环境湿球温度的逼近度,为简化计算,设定冷机冷却水进水温度情况为:010006001700240029 ℃,0700160030 ℃。

4)根据上述两种冷却水进水工况,由厂家提供冷水机组在不同负荷率下的能效比。如图4、图5所示。

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4  冷却水29 ℃进水工况下各冷机能效比曲线图

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5  冷却水30 ℃进水工况下各冷机能效比曲线图

5)根据不同负荷率下能效比情况,设定设计日不同时间段冷机运行策略,合理设置冷机开启台数,使该配比下各冷机尽可能的在能效比高点运行。两种冷机配置设计方案不同时间段下的能效比及冷水机组耗电量分别如图6、图7所示。

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6  典型设计日冷水机组逐时能效比

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7  典型设计日冷水机组逐时值能耗

经计算,方案一,选用磁悬浮冷水机组,典型设计日冷水机组全天总耗电量为14 188.19 kW·h;方案二,选用普通变频离心式冷水机组+螺杆式冷水机组,典型设计日冷水机组全天总耗电量为15 628.73 kW·h

6)通过上述分析计算可以得出,典型设计日冷水机组全天耗电量方案一较方案二节能9.2%

在上述分析对比中,由于设计日白天空调冷负荷大部分时间均接近计算最大负荷值,也就是说,冷水机组在大部分时间段是在满负荷情况下运行的,而通过冷机在不同负荷率下的能效比我们可以看出,普通冷水机组在满负荷情况下与其最高能效比相差不大,但磁悬浮机组在满负荷时能效比并不高,相反在部分负荷率下能效比较高。在实际运行中,我们知道在整个供冷季,冷机大部分时间都是在部分负荷率下工作。因此,整个供冷季的冷机总能耗,磁悬浮机组节能潜力要远远大于典型设计日的节能效果。

4  空调水系统设计

1)空调水系统采用大温差一次泵变流量系统,这是目前行业内普遍认可的节能技术。本项目空调冷、热水设计水温分别为6/13 ℃、60/45 ℃。在酒店的日常运营能耗统计中,空调能耗占到总能耗的45%左右,是绝对的能耗大户。而在这一部分能耗中,冷机能耗约占25.3%,冷冻水泵约占11.2%[4]。如何降低这些能耗,是我们设计中需要重点考虑的问题。虽说降低机组蒸发器出水温度,在一定程度上降低了机组COP值,但降低的程度很小。大温差小流量在降低了管材、阀件等一系列初投资的同时,也大大减小了循环水泵流量和运行能耗。从整体上来说,系统节能效果非常显著。与常规5 ℃温差系统相比,7 ℃温差系统水流量减少28.6%,由此带来循环水泵成本降低约20%,水系统管材及阀件成本降低23%,同时管道保温成本降低10%,人工费用降低10%

另外,一次泵变流量系统,水泵变频运行,根据实际负荷需求供给冷热水,做到按需分配,这也最大限度地降低了系统运行能耗。我们都知道,水泵功率与其转速成三次方关系,由此可见,变频运行节能效果显著。在热源侧,一次热水系统中,设置了供热量自动控制措施,根据室内负荷变化对一次侧热水流量进行调节,进一步从热源开始进行控制,以实现节能运行。

2)空调水系统根据不同功能区域进行划分,同时考虑各区域存在的不同运行时间上的要求,分八个环路,分别是地下层的后勤区、泳池健身区,裙房的公共区、宴会会议区、其他餐饮区、厨房区,客房层的风机盘管环路和新风及客房公共区的环路。为方便能耗统计,各环路均设置冷热量计量表。其中除客房的风机盘管采用四管制,其他环路均采用二管制。

3)冷却水系统采用定流量运行,冷却水泵与冷水机组、冷却塔一一对应,每组冷却塔搭配三台双速风机,通过控制风机台数和转速,来调节冷却水回水温度,从而适应室外气候情况以及冷负荷的变化。

5  空调水系统控制

1)冷冻水系统采用变频一级泵压差旁通控制变流量系统,冷水循环泵与冷水机组并联连接,两者台数变化和启停分别独立控制。循环水泵根据系统最不利环路压差值与设定值进行比较,采用比例积分方式调节一级冷冻水循环泵转速。在实际运行中,为防止某一功能区末端不运行而带来系统压力变化得不到及时反馈,在选取压差测量点时,可适当分环路多取几个点位,实测取值后进行分析比较,最终再确定系统设定压差值。为保证冷水机组最小流量,冷冻水循环泵最低频率设定为30 Hz

单台冷水机组运行时,一台循环水泵以低频率运行,如果不能满足末端压差设定值,通过水泵转速上升来加大流量,直到末端的压差设定值得以保证为止。当末端负荷减少,末端压差高于设定值时,通过水泵减频来维持压差设定值。两台冷水机组运行时,优先以两台水泵低频率运行,如果不能满足末端压差设定值,通过两台水泵同频上升来加大流量,直到末端的压差设定值得以保证为止。当末端负荷减少,末端压差高于设定值时,通过两台水泵同步减频来维持压差设定值。无论水泵台数及频率如何变化,必须保证运行冷水机组的实际冷冻水流量不小于机组设计工况流量的50%

2)本工程采用直接数字式监控系统(DDC),在控制中心能显示打印制冷、热等设备的运行状态和主要运行参数,并实现远程集中控制和程序控制,可以进行就地手动控制切换。冷水机组台数控制根据建筑所需冷负荷,自动调整冷水机组运行台数;建筑冷负荷需求根据冷冻水供/回水温度和水流量测量值,自动计算建筑空调实际所需冷负荷量。加机以系统供水温度为判断依据,在加机前先对原运行机组卸载;减机以压缩机运行电流为依据。各机组冷冻水出水管电动调节阀应线性调节,避免加减机时流量变化太大。

利用冷水机组的超额冷量,减少并联的机组和冷却水泵的全年运行时数和能耗,当机组冷却水温度低于设计工况时,可加大冷水机蒸发器的流量,充分利用冷机超额冷量,不必开启另一台冷水机组和冷却水泵,从而减少并联的机组和冷却水泵的全年运行时数和能耗。

6  其他

本项目设计过程中,我们引入BIM技术,对土建及机电全专业进行了同步三维立体建模,将整个建筑构造形成一个直观可视化的电子模型,通过模拟各种管线与土建构造的相对关系,使管线排布更加合理化,有效地提高了室内空间的利用率和舒适感。整个BIM成果最终随施工图一同交付施工单位,直接指导现场施工。建筑内机电管线综合排布如图8所示。

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8  建筑内机电管线综合排布截图

在设计过程中,对于冷却塔、屋顶风机等设备的布置,以及外墙百叶位置的选取,通过多视角模拟和计算,充分利用建筑造型的有效遮挡,紧密贴合建筑外立面需求,尽可能地把对建筑立面的影响降到最低。

7  结语

变频磁悬浮空调冷水机组在部分负荷情况下综合能效比明显高于普通冷水机组,同时因其采用磁悬浮无油变频压缩技术,无摩擦运转,几乎没有结构性震动,因而运转噪音低,使用寿命长,维护费用也较低,实际设计中值得推广。

节能建筑并不是将所有节能技术不计代价的累加堆砌,而是要以项目实际情况为出发点,通过合理分析,选用与之相适用的节能技术。

[参考文献]

[1] 国家重点节能技术推广目录(第五批):国家发展和改革委员会[A].

[2] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范:GB 507362012[S].

[3] 中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[4] 江亿.从大型公共建筑节能诊断谈改进暖通空调系统设计[Z]2006.

收稿日期:2017-07-12

作者简介:张小峰(1969—),男,陕西人,高级工程师,研究方向:暖通空调。


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