某政务中心大楼空调系统设计

某政务中心大楼空调系统设计

袁乐

中南建筑设计院股份有限公司湖北武汉430071

摘要：本文先对动力中心的空调冷热源方案进行了较详细的经济性对比分析，3方案分别为：地源热泵机组+水冷冷水机组；水冷冷水机组+城市热力管网；热水直燃两用型溴化锂冷温水机组+城市热力管网。得出方案1的初投资和运行费用均最高，方案3相比方案2运行费用少，静态回收期约为2年的结论。后从空调水环路划分、冷热水系统模式、水温设计、风系统设计方面对政务中心大楼空调系统设计做了简要介绍，并作出设计总结。

关键词：地源热泵溴化锂冷温水机组城市热网二次泵大温差

1工程概况

某政务中心项目，占地面积约8.4万m2，总建筑面积约11.3万m2（含3.2万m2地下室）。地下1层为车库，地上3栋建筑分别为1栋15层的主楼，2栋4层的附楼，功能为接待大厅、办公、会议等。主楼共15层，高度65.8m，2栋附楼均为4层，高度23.6m。

2负荷计算

办公室夏/冬季室内设计温度为26/20℃，会议室夏/冬季室内设计温度为26/18℃，夏季相对湿度均为不大于65%。

采用暖通专业软件（冷负荷系数法）进行空调冷热负荷逐时计算，得到政务中心最大冷热负荷为11600/7900KW，后期中心1600/1000KW，服务中心5600/3900KW，会议中心2700/1900，总冷热负荷21500/14800KW。

3冷热源设计

3.1冷热源方案

政务中心的冷热源由位于行政片区东北角的动力中心提供。动力中心除为政务中心提供冷热源外，还为会议中心、后勤中心及服务中心提供冷热源，各楼栋较为分散。

设计之初，根据项目特点、现行能源政策，笔者对空调冷热源提出如下3个方案：

方案1：地源热泵机组+水冷冷水机组。以满足冬季热负荷为标准设置地埋管系统，夏季不足部分由水冷冷水机组补充。

方案2：水冷冷水机组+城市热力管网。夏季由水冷冷水机组供冷，冬季由城市热力管网提供的高温水，经换热机组换热后供暖。

方案3：热水直燃两用型溴化锂冷温水机组+城市热力管网。夏季由城市热力管网提供的高温水经溴化锂机组供冷，冬季由城市热力管网提供的高温水，经换热机组换热后供暖。当城市热力管网故障时，溴化锂冷温水机组直燃状态工作。

为方便对3种方案进行比较，现作如下假设条件：

1、所有空调设备选用中高档产品，价格按2012年厂家报价，下表中性能参数是以某些国内品牌产品为依据。

2、能源价格（2012年）：电价0.6元/度、天然气3元/Nm3、热网0.33元/KWH。

3、运行时间：空调夏季运行150天，冬季运行120天，每天运行10小时。（城市热网故障检修期按平均每年10天考虑）全年运行费用在此仅指冷热源运行费用。

3套方案的经济性比较见表3~7：

根据上述各表数据分析得出如下结论：

1、为达到相同的制冷制热目的，不同冷热源方案其初投资不同，由小到大的排列顺序为：方案2、方案3、方案1。方案1受当地地质条件所影响，如当地地质条件较差、地埋管较难开挖等都将使初投资继续增加。以方案2为基准，方案3增加投资约20%，方案1增加投资约150%。

2、空调冷热源全年运行费用由小到大的排列顺序为：方案3、方案2、方案1。以方案2为基准，方案3减少投资约64%，方案1增加投资约44%。

3、综合考虑初投资及年运行费用，方案3为最佳选择。尽管方案3在设备初投资上比方案2多600万元，但其年运行费用比方案2少291万元。相比方案3，其静态回收期约为2年，因此可以接受。

3.2冷热源设计

为使空调系统能最大程度适应各楼栋负荷变化，减小低负荷运行时主机效率降低带来的能耗损失，主机容量大小及数量需要合理配置。本项目动力中心设置2台直燃、热水两用型溴化锂机组、1台单效热水型溴化锂机组，3台换热机组。考虑到政务中心最先投入使用且负荷值最大，2台两用型机组制冷/热量分别为2326kw/1791kw、9304kw/7176kw，热水型机组制冷量为9304kw。

平时利用城市热力管网提供的120/70℃热水做热源，夏季3台溴化锂机组热水状态运行，冬季3台换热机组运行；城市热力管网故障时，两用型溴化锂机组直燃状态工作。

4空调水系统设计

4.1水环路划分

本项目空调系统作用半径较大，会议中心的水管最不利环路约为1350m，政务中心约为1150m，后勤服务中心约为620m，各环路系统阻力差别较大。空调冷水系统选择采用变流量二级泵系统，按政务中心、会议中心、后勤服务中心设置3个环路，溴化锂机组、一级泵、冷却塔、冷却泵一一对应配置。一级泵定流量运行，二级泵根据空调末端负荷变化变频运行。

空调热水系统采用一级泵变流量、两管制异程系统，按政务中心、会议中心、后勤服务中心设置3个系统，各系统根据末端负荷变化情况，换热机组（水泵）变频运行。

4.2水温设计

据统计，水泵输配能耗约占空调能耗的15%～20%[3]，本项目系统作用半径较大，管路水流阻力较高，为节省系统输配能耗，降低运行费用，减少水管尺寸和安装空间，本项目采用大温差供冷。根据文献[2]，大温差冷冻水系统的供水温度宜为5～6℃，温差宜为7～8℃，本项目夏季供水温度为6℃，供回水温差为7℃，冬季供回水温度为60/50℃。

当采用大温差时，应校核流量减少对采用定型盘管的末端设备传热系数和传热量的影响，相比冷冻水供回水温为7/12℃，当冷冻水供回水温为6/13℃时，空调机组制冷量下降约3~9.35%[2]。本项目对风机盘管和空调器采取0.9的折减系数进行选型计算。

城市热力管网起点供水温度为120℃，到动力中心较远，考虑热水程温降，一次水供水温度按110℃考虑，回水温度80℃。

5空调风系统设计

5.1、大会议室、生态中庭采用大风量柜式空调机组+低速风道系统，喷口或线性风口侧送、顶送风，集中回风；

5.2、各办公室、小会议室等采用风机盘管加新风系统，每层设置一台全热回收新风空调机，新风入口处均设置过滤网及静电除尘净化模块。

6设计总结：

6.1、根据方案比选得出，方案1的初投资及全年运行费用均为最高，而其夏季运行费用比方案2低，原因在于方案2/3的冬季供热均采用了城市热网。因此，从经济性角度出发，当有城市或区域热网的地区，集中式空调系统的供热热源宜优先采用城市或区域热网[1]。

6.2、二次泵系统中，对每个二级环路应进行认真详细的负荷计算和水力计算。设计负荷偏大或选择的流量偏大，致使系统大流量小温差运行；二级泵扬程选配过高，导致实际运行时旁通流量过大，更甚者，旁通管内发生倒流现象（空调系统回水直接从平衡管旁通后进入供水管）。

6.3、对应多个用户楼栋的动力中心设计，需认真研究各楼栋投入使用情况，及各部分空调负荷的性质、变化情况等，合理配置主机容量大小及台数。当用户侧负荷变化较大时，应优先考虑水泵的变频调速。

6.4、水系统采用大温差（7℃），相对常规系统的5℃温差，当水泵效率相同时，整个系统的水输送能耗减少28.6%，大幅节省输送能耗。

参考文献

[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[S]GB50736-2012

[2]柴慧娟.高层建筑空调设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1995

[3]陈伟煌.大型公共建筑大温差空调冷水系统的能耗分析[J].制冷，2015，02-046-04