一、项目概况：
1、工程概况：
（1）南京国际广场位于南京市中央路玄武湖畔，占地面积3.5万平方米，一期建筑面积22.8万平方米，包括裙楼和两幢塔楼，地下两层，裙楼一至八层，南塔九层至三十五层甲，北塔九层至三十九层。
（2）南京国际广场主要功能有商场、办公楼、酒店、公寓以及配套的中西餐厅、室内游泳池、健身中心、桑拿中心、地下车库、变配电房、生活热水锅炉房、生活用水水泵房、洗衣房、职工餐厅、地下超市、空调设备用房、空调热交换室、空调水泵房等。
2、暖通设计概况：
（1）设计内容
本工程为南京国际商城，地下二层，裙房八层，南、北两座塔楼通风空调设计。主要分成四大部分：A、 裙楼空调通风系统。B、 办公空调通风系统。C、 酒店空调通风系统。D、公寓空调通风系统。整个项目采用封闭式环路水环热泵空调系统。
（2） 设计依据
l 《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003)；
l 《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005)；
l 《全国民用建筑工程设计措施暖通空调.动力》（2003)
l 《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）（2001年版）；
l 《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）（2001年版）；
l 《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》 (GB50189-93)；
l 业主对本工程的使用要求及业主与设计院的有关协商纪要；
（3） 室内外设计计算参数
l 室外计算参数
表1-1
季节 | 空调计算温湿度（℃） | 平均风速 （m/s） | 大气压力 KPa | ||
干球 | 湿球 | 相对湿度 | |||
夏季 | 36 | 28.3 | -- | 2.6 | 100.391 |
冬季 | -6 | -- | 73% | 2.6 | 102.525 |
表1-2
房间名称 | 夏季 | 冬季 | 人均使用面积 M2/P | 新风标准 CMH | 照明及动力用电 W/M2 | 噪声标准 NC | ||
干球温度 ℃ | 相对湿度 % | 干球温度 ℃ | 相对湿度 % | |||||
商场 | 25 | 60 | 16~18 | ≥30 | 2~3 | 25 | 60 | 44 |
大餐厅 | 25 | 60 | 20 | 40 | 1.4 | 25 | 40 | 40 |
小餐厅 | 24 | 60 | 22 | 40 | 1.6 | 30 | 45 | 40 |
快餐 | 25 | 60 | 20 | 40 | 1~1.2 | 25 | 40 | 40 |
咖啡、酒吧 | 25 | 60 | 20 | 40 | 1 | 25 | 35 | 35 |
展厅 | 24 | 60 | 20 | ≥30 | 1.5~2.5 | 25 | 70 | 34~44 |
办公 | 25 | 60 | 20 | ≥30 | 8 | 30 | 50 | 36~40 |
物业等 | 24 | 60 | 20 | ≥30 | 4~6 | 30 | 35 | 36 |
会议＜65m2 | 24 | 55 | 22 | 40 | 2 | 30 | 40 | 35 |
会议≥65m2 | 25 | 60 | 20 | 40 | 1 | 25 | 40 | 40 |
健身 | 22 | 50 | 18 | ≥30 | 5 | 60 | 55 | 45 |
室内游泳池 | 29 | ≯70 | 29 | ≯70 | 8 | 2/h | 40 | 40 |
公寓起居 | 24 | 55 | 20 | ≥30 | 5~8 | 25 | 50 | 40 |
公寓卧室 | 25 | 50 | 22 | ≥30 | 6~10 | 30 | 20 | 35 |
门厅、大堂 | 26 | 50 | 18~20 | -- | 10 | 10 | 35 | 40 |
前厅、休息 | 26 | 55 | 20 | ≥30 | 5 | 10 | 25 | 40 |
客房 | 24 | 60 | 20 | ≥30 | ~20 | 80/r | 600/r | 35 |
（4）空调冷热源
l 本工程采用封闭式水环热泵形式(WLHP),水环热泵机组分散于各个区域/房间，通过水环路连接起来。制冷时水环热泵机组向水环路中释放热量，水温升高，当系统二次回水温高于40.5℃时启动冷却塔;制热时水环热泵机组从水环路中吸取热量，水温降低。本系统以冷却塔为冷源，辅助热源是燃气热水锅炉。
l 本系统1#管井预留了水量102.4m /h;4#管井预留了水量62.64m /h;6#管井预留了水量40.6m /h。供地下室地下超市和后勤用房使用。
l 裙楼空调夏季总冷负荷为15,501kw，南塔酒店空调夏季总冷负荷为2,622kw，南塔办公楼空调夏季总冷负荷为2,513kw，北塔公寓楼空调夏季总冷负荷为1,963kw.
l 裙楼空调冬季总热负荷为6,839kw，南塔酒店空调冬季总热负荷为1,238kw，南塔办公楼空调冬季总热负荷为1,179kw，北塔公寓楼空调冬季总热负荷为1,310kw.
l 裙楼空调冷却水(一次)夏季供回水温度为38.5/33.5℃，南塔酒店空调冷却水(一次)夏季供回水温度为38.5/33.5℃，南塔办公楼空调冷却水(一次)夏季供回水温度为38.5/33.5℃，北塔公寓楼空调冷却水(一次)夏季供回水温度为38.5/33.5℃.5.裙楼空调冷却水(二次)夏季供回水温度为40.5/36.1℃，南塔酒店空调冷却水(二次)夏季供回水温度为40.5/36.8℃，南塔办公楼空调冷却水(二次)夏季供回水温度为40.5/37.1℃.
l 锅炉水系统(一次水)供回水温度为80/60℃，南塔酒店、南塔办公楼、北塔楼公寓（二次）冬季供回水温度为25/15℃.裙房（二次）冬季供回水温度为25/15℃.
l 螺杆式水环热泵机组（为新风机组供冷、供热用）夏季供回水温度为：7/12 ℃ ，冬季供回水温度为：40/45 ℃。
（5）空调水系统：
l 裙房、办公楼、酒店空调源侧水系统为二次水泵双管制系统，北塔公寓空调源侧水系统为一次水泵双管制系统
l 空调源侧水系统采用膨胀水箱定压，膨胀水箱采用液位控制水位。
l 开式环路部分采用化学水处理装置，闭式环路采用电子除垢仪水处理装置。
（6）空调风系统：
l 裙楼商场，展厅，餐厅等部分内区采用大型水环热泵机组和小型水环热泵加新风两种形式。一层商店的大门开启频繁，在一层中庭外门侧设电热空气幕，冬季用较高的风速向下送热风，以增加冷风渗入的阻力，提高外门内侧的环境温度。
l 裙楼商场，展厅，餐厅等部分外区采用小型吊顶水环热泵机组，配套主 机放置于夹层机房。靠外墙的小商店及外区设置整体吊顶式水环热泵机组，冬季负担外围区域的全部热负荷，夏季对周边区供冷，调节小商店周边区域的温度。
l 酒店采用分离式水环热泵机组，部分配套主机安置于管道井，内机侧送风。新风处理采用螺杆式水环热泵加新风处理机集中设在二十四层设备机房内，通过风管竖井分送到各个房间。新风处理机设电极式加湿器。
l 办公室采用整体式（内区）和分体式（外区）水环热泵机组相结合的形 式，通过散流器或条形风口在房间的顶部将处理后的空气送入房间，为便于办公室分层租赁，每一层设一台新风机组。构成按水平分层的独立的新风系统。为了达到冬季湿度要求，每一台新风机组内设电极式加湿器。
l 为节省机房占用面积及提供每个房间独立温度控制，公寓采用分离式水 环热泵机组，配套主机置于空调机房室，为配合装潢要求，内机大部分采用侧送风，局部顶送。新风处理采用螺杆式水环热泵机组加新风处理机集中设在二十四层设备机房内。
（7）通风系统：
l 为确保裙楼室内外的空气压差不小于5pa，在各层设箱式离心排风机， 通过各层各服务区的压差传感器和中庭一层设置的四个空气压差传感器控制各服务区和中庭排风机的停启，空气压差传感器及其控制系统由楼宇控制专业提供。排风机设在带有消音处理的机房内，采用消音器消音，减振。
l 办公室在洗手间采用机械排风处理方式。排风机分别设于24层和十层机 房。
l 酒店客房浴厕均配吊顶式排气扇，其排风支管通过竖井与设在屋顶的双 速风机相连，该排风系统每天6：00-9：00及18：00-20：00全速运行，其它时间均按设计转速的50%运行，以节省能耗。
l 公寓每户卫生间均配吊顶式排气扇，其排风支管通过竖井与设在24层的排风机串连控制。
l 由于无厨房工艺配合，本设计图中厨房的送排风管及风口位置均只能做为参考，不能做为正式的施工依据。此部分应以厨房工艺承包商最终确定并进行相应的调整。厨房工艺承包商还应配套灶具排烟罩及油烟过滤器。
l 本设计中餐厅厨房灶具排风量按房间换气次数40次/小时考虑，厨房机械进风量为灶具排风量的70%，其余 补风为邻近房间的自然补风。厨房内还设有平时的全面通风换气系统供灶具排风不开时使用，全面通风换气量为总排风量的35%左右。厨房补风，冬季将被加热到15℃。
二、设备运行及控制策略：
l 冷热源及空调水系统控制
采用楼宇中央控制BAS保证每一系统温度控制。中央控制可以监测并控制环路水温使其保持在预先设定的运行点内。控制箱通过逐级加热和冷却设备：锅炉，冷却塔和水泵来控制环路水温。
l 新风系统控制
A、裙楼商场大型水环热泵机组控制
大型水环热泵机组的新风比固定不变，对其新风的温、湿度不作单独控制。
B、办公楼、酒店、公寓新风机组控制
通过装于新风机房内的现场控制器，感应送风温度与设定值的偏差来控制新风机组的压缩机启停；根据送风湿度与设定值的偏差，控制电极加湿器的加载与卸载。
l 水环热泵机组控制
由机组配带的壁挂式室温控制器控制机组的运行。这种室温控制器具有手动、自动切换，室温设定和显示，供冷、供热模式的切换等功能。
l 所有设备均能就地启停。同时，除少数就地使用的风机（或排风扇）及 分体空调机外，大部分设备也能在自控室中通过中央电脑BAS进行远距离启停。
三、水泵运行及控制策略
由于水环热泵系统水泵系统的能耗占了相当大的比例，如何降低循环水泵的运行费用变得更加重要，一次侧水泵采用台数控制，夏天根据二次侧水温启停一次侧的水泵和冷却塔；冬天也同样根据二次侧水温启停锅炉循环泵和锅炉。二次侧循环泵采用变频控制，根据最不利环路末端的压差，调速运行二次侧水泵，下面主要介绍二次侧水泵变频节能运行的控制策略。
1、 水泵变频的节能原理
水泵在不同的转速下具有不同的流量和不同的功率损耗，其中流量与水泵的转速成正比，而功率则与转速的三次方成正比，即：
G1/G2＝n1/n2
H1/H2＝（n1/n2）2
P1/P2＝（n1/n2）3
式中 G———流量，（m/s）；
n———转速，（r/min）；
H———水泵扬程，（m）；
P———水泵输入功率，（W）。
因此，当系统所需要的供水流量降低时，可以相应地降低水泵的转速，同时使得水泵的功耗以3次方的指数关系降低。例如，本项目满负荷设计的空调系统，其设计水温差为5℃，当温差降到4℃时，表明此时系统对负荷的需求降低，相应的水量供应过大。若仍维持5℃温差不变，则需要相应降低水量，使其达到设计流量的80％（4℃/5℃）。这时，可将转速调低为额定转速的80％，相应的功耗为：
P＝Pe×0.83＝0.512Pe
即此时水泵的功耗仅为额定功耗的0.512倍，节电率达到48.8％。
在系统温差变低，水量需求减小时，通过变频器降低水泵的输入频率来降低水泵的转速，调整系统供水量，恒定供回水温差，从而降低水泵能耗，达到节能的目的。
2、 冷却水二次泵变频的节能原理
在冷却水二次泵变频群控系统中，二次泵满足末端不断变化的负荷的需要，当末端负荷变小时，可以在二次回路保持最小且有效的水压力来降低系统噪声和提高水泵的效率，同时保证系统一次泵回路水量的衡定以达到机组运行的要求。
在本项目的一次/二次冷却水系统中，一次泵是定频的，其规格确定只需考虑供水回路的流量需求和一次水系统的压降即可，而更大的冷却水二次泵的确定则应确保水能在整个系统循环流通。
3、 冷却水二次泵变频控制特性
（1）水泵变频特性
除了上述水泵转速（频率）与流量、扬程的关系外，水泵变频对水泵工作效率也有影响。
水泵的选型都是根据额定流量和扬程选取的，即选取在额定流量和扬程的情况下具有比较好的效率的水泵型号（叶轮尺寸）。根据流体机械的相似性原理，水泵在变频下的特性曲线形状基本不改变，只是位置往左下方移动。变频工况下，它的效率与设计工况相比有少许下降。
（2）传感器类型和安装位置
对于冷却水二次泵系统来说，应当采用压差传感器，传感器类型及其安装位置对节能影响很大。传感器能检测到负荷和两通控制阀两端的压力差，放置传感器十分重要，应该安装在最不利环路的最远末端。本项目中环路的最远端都安装有压差传感器，为保证最远端的需求，控制系统监测最远端压差的最小值的变化，并依此调节冷却水二次泵的频率。
（3）电机启动
控制系统通过变频器使得电机从较低转速开启平稳起动，变频器向电机提供正确的电流以克服负载惯性，使电机慢慢升速运行。这样免除了全线电源电压作用于电机，因为这容易产生高电流和热量，变频器平稳起动特点的最大好处是降低热负荷，延长电机使用寿命，避免水锤和消除系统运行时的机械应力。
4、 冷却水二次泵频率控制
（1）最小频率
水泵运行必须有一最小频率，水泵运行的频率在任何时候都不能小于最小频率。因为随着水泵频率的降低，水泵的扬程将大幅降低。为了保障最远末端用户的冷却水流量，要求水泵的扬程不能低于某一个数值，因此水泵频率也就有了最小值。在冷却水环路的最远末端（最不利末端）都安装有压差传感器，为了保证流量，它们的最小值不应小于0.1MPa。
在系统调试阶段，整个末端系统水管上阀门都要人为开到最大，这时开启冷却水二次泵并调整频率，使得压差传感器的最小值不小于0.08MPa的水泵频率就是冷却水二次泵的最小频率。
在系统运行过程中，系统还随时跟踪末端压差值，在设定水泵频率时保证末端最小压差不小于0.08MPa。
当水泵开启后，频率随之要升高到最小频率之上，达到系统的设定值。为了保护水泵和供电系统，一般频率从零增加到最小频率之上达到设定值的时间不能太短，可在调试时根据现场情况进行设定，暂取12s。
（2）最大频率
一般来说，由于我国的供电频率是50Hz，绝大多数用电设备也是按照50Hz进行设计的，所以水泵的最大频率一般为50Hz。在系统调试中，由于系统受压设备及管道安装的限制，水泵运行在50Hz时对系统或设备可能会产生不利影响，因此最大频率可能小于50Hz（根据实际调试情况而定）。
（3）频率的PID调节
末端负荷发生变化后，末端的温度控制系统会自动调节末端的电动调节阀，从而引起末端压差的变化。当末端负荷增加时，末端压差减小，当供冷设备监控系统监测到该变化时，就通过PID运算输出水泵频率的调整值，升高运行水泵的频率。当末端负荷减少时，末端压差增大，当供冷设备监控系统监测到该变化时，就通过PID运算输出水泵频率的调整值，降低运行水泵的频率。
本项目的冷却水系统流量大，管路长，因此系统的惰性大，因此水泵频率控制的PID参数整定非常关键，又由于该项目的系统特性，参数与一般系统的设置有所不同，系统反应时间需要人为设置稍长一点。即P参数大一点，积分时间稍短一点。
PID参数整定步骤：
l 整定比例控制：将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快，超调小的响应曲线。根据以往能源中心控制工程经验，最初比例参数设置在40。
l 整定积分环节：将比例控制参数调小50％～80％，先设置一个较大的积分时间，观察响应效果，不断缩短积分时间，相应调整比例参数，反复试凑得到满意的效果。根据以往控制工程调试经验，积分时间一般设置在10s。
l 整定微分环节：在上述两步无法控制压差误差时，调整微分参数由零逐渐增大，相应调整比例参数和积分时间，直至达到满意效果。对于暖通系统来说，经过比例积分控制，系统都能达到较好的稳态效果，一般不需要微分控制。
5、 二次水泵台数控制
水泵频率是不能无限制地降低与增大的。当已运行水泵的频率都达到最大值时（一般为50HZ），但是末端需求负荷（供回水温差不变时表现为流量）仍然在增加时，控制系统需要再自动投入一台水泵运行来满足末端需求；当已运行水泵的频率都达到最小值（即满足系统最不利环路末端最小压差时水泵的最小频率。下面将有假设最小频率分别为25Hz、30Hz、35Hz时水泵台数控制分析），如果末端需求负荷（要保证供回水压差不变）仍然在减少时，控制系统需要关闭一台正在运行的水泵来满足末端需求。
（1）台数需求判断
根据安装在供回水总管上的流量传感器、温度传感器测得的现场数据，可以计算出此时末端所需总的负荷，从而计算出所需总流量。根据每台水泵所能提供的最大流量、最小流量（通过水泵的最大频率、最小频率求得），可以知道水泵的最少运行台数和最多运行台数。根据水泵理论中输入功率与流量的关系，可以比较得到在一定总流量下，水泵最节能运行的台数。
根据下列推论可以知道在允许的情况下，为保持相同的流量，应尽量多开启冷却水二次泵在低频率下运行。
已知，mG1=（m+1） G2， G1/G2＝n1/n2， P1/P2＝（n1/n2）3，所以
式中 m P1/（m+1）P2＝[（m+1）/m]2（大于1）
G1 、G2——单台水泵的流量，（m3/s）；
P1、P2——单台水泵输入功率，（kW）；
n1、n2——单台水泵频率，（Hz）；
m——运行水泵数，（台）。
频率的降低会略微降低水泵的运行效率，但是这与频率降低带来的输入功率的大幅减少相比是微不足道的。
不同最小频率下运行台数分析见表1-3。
25Hz | 流量 （m3/s） | 0~1580 | 1580~2370 | 2370~3160 |
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