赫基国际大厦高效空调系统设计

赫基国际大厦高效空调系统设计

莫煜均

广东省建筑设计研究院有限公司 广东省 510010

摘要：本文主要浅析赫基国际大厦高效空调系统设计，通过分析高效空调系统的设计，得出高效空调系统设计的主要途径。

关键词 高效制冷系统 空调设计 节能

0 前言

广东省2018年4月1日已经实施的《集中空调制冷机房系统能效监测及评价标准》中规定总装机大于500RT，一级能效EER需达到5.0。所以目前行业内一般将机房能效EER>5.0空调机房称为高效空调机房。

为响应国家有关节能环保政策并根据上述要求，本人回顾曾经设计的赫基国际大厦高效空调系统，可作为相似项目的参考。

1 项目概况及设计目标

赫基国际大厦为赫基集团新总部,位于珠江沿岸的琶洲岛上。总建筑面积164073平方米，其中地上部分123323.2平方米。地上建筑高度178.80米，41层，属超高层建筑。裙房有五层,全楼主要功能为办公，五、六、七层部分为员工餐厅，10、26层为避难/设备层；地下室共三层，为机电用房及车库（地下三层兼人防区）。本项目业主要求空调机房按高效制冷机房即EER>5.0设计。

2 空调系统设计介绍

2.1 冷/热源及水系统设计

根据项目的性质、特点、使用要求，本项目设置了舒适性空调系统和工艺性空调系统。全楼共用一套冷暖型舒适性中央空调系统，冷热分别为电驱动蒸汽压缩式冷水机组和锅炉。本项目空调面积89000㎡，逐时冷负荷14700KW，热负荷4950KW,选用3台1100USRT的水冷离心机组+2台400USRT的水冷螺杆机组作为冷源。选用2台2500KW的常压燃气热水锅炉作为热源。制冷机房设置在负二层，热水锅炉设置在负一层，冷却塔设置在裙楼五层屋面。空调水系统分为高、中、低三个区，其中6层及以下为低区环路，7~25层为中区环路系统，27-~41层为高区系统，中区及低区均由机房直接供冷暖；高区通过设置在26层（标高110米）的板换机房换热供冷暖。制冷系统及板换后系统均采用高位膨胀水箱定压。膨胀水箱分别设置在27层（标高114.3米）和电梯机房层（标高：187.80米）。本项目水系统采用两管制，采暖与供冷系统共用末端系统，冬夏通过设置在机房内的阀门进行切换供暖或供冷。

空调冷冻水供回水温度分别为6°C/11°C；27层至41层办公经过设置在26层的板式换热器换热后采用供回水温度为7°C/12°C供冷；冷却水进出水温度为30.5°C/37°C。空调采暖热水炉供回水温度分别为90°C/70°C经板换换热后供回水温度为55°C/50°C，低区使用55°C/50°C采暖，高区27层至41层办公经过设置在26层的板式换热器换热后采用供回水温度为54°C/49°C采暖。

工艺性空调全楼设置两套，8~25层机房空调一套，27~41层机房空调一套，闭式冷却塔及水泵设置在避难层10层。

空调水系统原理示意图

2.2空调风系统设计

大堂、餐厅等大空间区域采用组合式空调机组全空气低速空调系统, 并设置二氧化碳浓度检测装置，由二氧化碳浓度控制新回风比例。 裙楼办公采用单风道压力无关型串联式box变风量空调系统，并设置二氧化碳浓度检测装置，在满足box最小风量情况下，由二氧化碳浓度控制新回风比例。塔楼采用新风+风机盘管系统，其中新风先经过板翅式热回收机组预处理后再经设置在每层的新风空调机组处理后再送入室内。热回收新风机组设置在避难层10层、26层以及屋面42层。

3 提高空调系统能效的主要措施

3.1提高制冷机房效率

常规制冷机房年综合能效EER一般都小于4.0W/W，要实现制冷制冷机房年综合能效EER 5.0以上的设计目标，必须采取一些优异于常规设计的措施方可实现。本项目主要采取了以下措施：

1）选用高效制冷机组，在国标工况下：1100RT的水冷离心机组COP≥7.0 W/W ，IPLV≥7.8,400RT的水冷螺杆机组COP≥6.10 W/W ，IPLV≥8.2；同时螺杆机变频，以提高不同负荷率机组搭配运行效率。

2）选用高效水泵，1100RT主机的冷冻水泵效率≥85%，冷却水泵效率≥85%；4000RT主机的冷冻水泵效率≥82%，冷却水泵效率≥82%，同时冷冻水和冷却水均采用变频控制，满足不同负荷需求下的节能运行。通过一系列降低水力损失的措施实现低水泵扬程：冷却水泵扬程，220Kpa,冷冻水泵：300Kpa。从而实现了超低输送能效。空调冷水系统循环水泵的耗电输冷比比现行国家标准《民用建筑供暖、通风与空气调节设计规范》GB 50736 规定值低30.9%，制冷系统耗电输冷比ECR＝0.003096∑（G*H/ηb）/∑Q＝0.018909，为节能限制值∑Q]/[A（B+α∑L）/ ΔT＝0.027353的69.1%。

3）根据制冷主机的资料可知，冷却水温每降低1℃，制冷主机COP将提高约3%，结合广州地区的气象参数，本项目通过加大冷却塔来降低冷却塔出水温度，采用2.5℃的逼近度即冷却水采用供回水温度30.5/37℃，6.5℃供回水温差，既提高了制冷主机的制冷效率，又减少了冷却水流量，从而降低冷却水输送能效。

3.2 降低输送能耗

由水泵耗功率N=2.73 GH/η可知，输送能耗与水泵扬程与流量有关。降低水力损失可降低水系统的输送能效。以下为降低水力损失的主要措施：

3.2.1冷却水环路：

1）采用大温差6.5℃，减少冷却水流量，同时管径依旧按5℃温差计算出来的管径设计，即降低单位比摩阻；

2）冷却塔采用低矮型，高度≤3.8米，从而降低冷却水提升高度，实现降低扬程；

3）尽量减少管路中的弯头，同时直角弯头转弯半径大于2D;

4)管路中的三通尽量采用斜接，角度大于120度；

5）采用直角弯头过滤器，同时对过滤器采用放大一个型号，既减少了一个弯头，同时也降低了过滤器的压力损失；

6）冷清器在线清洗装置、冷却水处理器均采用旁流型的，不增加附加阻力给冷却水管路；

7）主机与水泵尽量在同一直线上，减少不必要的拐弯及立管；

8）选用低冷凝器水阻的主机；

3.2.2冷冻水环路：

1）机房内采用共用母管，在机房分环路的位置不再设分集水器，而是采用放大母管的的方式连接各环路主管；

2）尽量减少管路中的弯头，直角弯头转弯半径大于2D；

3）管路中的三通尽量采用斜接，角度大于120度；

4）采用直角弯头过滤器，同时对过滤器采用放大一个型号，既减少了一个弯头，同时也降低了过滤器的压力损失；

5）冷冻水处理器采用旁流型的，不增加附加阻力给冷冻水管路；

6）主机与水泵尽量在同一直线上，减少不必要的拐弯及立管。

7）选用低蒸发器水阻的主机；

8）最不利环路干管及末端管路管径均做适当的放大处理；

9）限制最不利环路末端设备的水压降。

3.3实现系统全年高效运行

在选择了高效机组并降低水泵扬程后，如何才能使系统在不同负荷下保持高效运行，这关系整个系统能否以较高的能效全年运行。这是高效制冷机房的一个难点与重点。本项目为了适应不同负荷的变化，确保在不同负荷工况下系统均能高效运行，从以下几个方面做了考虑：

1）制冷主机采用大小机搭配组合方式，且其中小机采用变频，在此配置下全年任何负荷率下均可通过不同的组合方式开机及调节变频主机频率实现制冷主机的高效运行；

2）主机、水泵一一对应设置，确保了各台主机之间的流量平衡，从而确保主机高效运行；

3）水泵采用变频技术，通过控制水泵的运行频率调节流量及扬程，以保证供回水温差，从而实现低输送能耗；

4）冷却塔风机采用变频技术，以便实现部分负荷时多台冷却塔同时变频运行的低耗能运行；

5）冷冻水供回水干管设置压差旁通电动阀，以便在水泵降频至下限时通过旁通实现保证供回水温差；

6）空调柜设置二通比例积分调节阀，以便根据空调柜的需要控制冷冻水流量，确保供回水温差；

7）盘管设置电动二通阀，从而保证冷冻水不流经停止运行的设备。

8）塔楼风机盘管与新风空调器系统分环路设置，且均采用竖向和水平同程设置，确保在不同工况下系统均能有较好的水力平衡。裙楼通过设置平衡阀组，实现系统平衡。

9）全空气空调系统风机均采用变频，可根据负荷需求调节风机运行频率，降低风机能耗，且过渡季可实现全新风运行。

10）裙楼办公区域采用变风量空调系统，通过变风量末端设备自调节以便适应各区域需求风量的变化，进而调节送风机的电机频率，从而实现节能运行。

11）塔楼新风及排风通过设置在10层、26层以及屋面层的板翅式全热回收机组实现热回收处理，同时全热回收机组的新风及排风均设旁通，可实现过渡季低阻力运行，送风机及排风机均变频。

4 结束语

本项目制冷机房设计为高效制冷机房，预计年综合能效EER在5.5以上，将比普通制冷机房(EER按4.0考虑)年节能率在27%以上；同时末端采用了变风量系统，风机变频、热回收等措施，综合年节能率估计在35%以上，既节约了能耗，又未为业主降低了运营成本。

本项目作为大型、超高层公共建筑，其高效节能的空调系统设计方法以及设置的高效制冷机房可为今后类似的工程项目提供设计思路及参考，同时为此类工程项目的空调系统节能设计奠定基础。

本项目中高效制冷机房的成功建设，将可引领更多的业主建设高效制冷机房，从而实现大规模的空调节能，达到节约社会能源的目的。

本项目采用了多种先进的节能措施，随着项目的建成，可切实地促进相关节能技术的推广和应用。