大溫差空調(diào)系統(tǒng)在貴州省某大型商業(yè)綜合體應(yīng)用

李理智

（貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 工程概況

圖1 本項(xiàng)目實(shí)景

根據(jù)項(xiàng)目建筑特色分為A、B兩大館。A館地上1-6層，均為百貨、餐飲、娛樂的商業(yè)奧萊；B館為地下4層，以運(yùn)動(dòng)、戶外、潮牌為主，定位年輕時(shí)尚人群，并配有3000多車位的停車場。該項(xiàng)目用藝術(shù)雕塑、綠植花卉、噴泉廣場等，打造藝術(shù)景致，讓建筑更加溫暖和有內(nèi)涵。從POP到商品陳列都被藝術(shù)化，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上增加了購物樂趣，更適合家庭休閑，將時(shí)尚購物休閑娛樂、教育、文化體驗(yàn)等完美結(jié)合，為顧客帶來舒適良好的購物休閑娛樂感受。

由于該項(xiàng)目空調(diào)主機(jī)房位于地下停車庫內(nèi)，層高僅有3.9m，遠(yuǎn)低于空調(diào)機(jī)房及管道對(duì)層高的要求，空調(diào)主機(jī)房在地下室進(jìn)行降板600mm處理，同時(shí)為了考慮減少空調(diào)管道對(duì)機(jī)房層高的占用。

2 大溫差空調(diào)系統(tǒng)

2.1 大溫差系統(tǒng)簡介

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷凍水和冷卻水進(jìn)出水溫設(shè)一般為5℃，大溫差系統(tǒng)冷凍水一般進(jìn)出水溫差控制在6~10℃，冷卻水溫差一般控制在6~8℃。按循環(huán)水熱量計(jì)算，Q=GCΔt，水比熱C不變，為確?？偫錈嶝?fù)荷不變，可以加減少循環(huán)水的流量G或者增大溫差t來實(shí)現(xiàn)，降低了冷（卻）水泵的循環(huán)流量，水泵的揚(yáng)程也相應(yīng)降低，整體循環(huán)水泵的能耗下降，但由于制冷機(jī)組蒸發(fā)側(cè)溫度降低，機(jī)組冷凝側(cè)溫度提高，空調(diào)機(jī)組效率會(huì)有些許的損失，根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，大溫差系統(tǒng)下的空調(diào)系統(tǒng)的能耗總體是低于常規(guī)溫差系統(tǒng)的，因此很多大型項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)均運(yùn)用了大溫差空調(diào)系統(tǒng)[1]。

2.2 大溫差系統(tǒng)帶來空調(diào)主機(jī)房運(yùn)行節(jié)能分析

通過某一具體空調(diào)系統(tǒng)的具體案例，不同循環(huán)水溫差工況下的空調(diào)能耗情況，該案例為位于上海的一個(gè)酒店，空調(diào)制冷負(fù)荷為1800RT，夏季空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算開啟天數(shù)為150d，兩種不同方案如下。

方案1有5℃溫差，冷凍水溫差7~12℃，冷卻水溫差32~37℃。

設(shè)備參數(shù)如下。

空調(diào)主機(jī)采用600RT離心機(jī)，3臺(tái)，COP值為5.97。

為了促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的健康發(fā)展，生產(chǎn)出更多綠色無污染的產(chǎn)品，在實(shí)際工作中，養(yǎng)殖戶要在自動(dòng)化養(yǎng)殖的基礎(chǔ)上，融入環(huán)保理念，減少藥物的應(yīng)用。此外，還可以研發(fā)和使用綠色環(huán)保型藥物，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖中水體污染問題的發(fā)生，保證水體質(zhì)量。目前，我國已經(jīng)在綠色環(huán)保型藥物的研究上取得了一定的成績，這將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)健康發(fā)展[2]。

冷凍泵的參數(shù)分別為G取360m3/h，3臺(tái)，H取32m，P取55kW。

冷卻泵的參數(shù)分別為G：1428m3/h，3臺(tái)，H取28m，P取55kW。

方案2有8℃溫差，冷凍水溫差5~13℃，冷卻水溫差32~10℃。

設(shè)備參數(shù)如下。

空調(diào)主機(jī)采用600RT離心機(jī)，3臺(tái)，COP值為5.97。

冷凍泵的參數(shù)為G：227m3/h，3臺(tái)，H取32m，P取37kW。

冷卻泵的參數(shù)分別為G：270m3/h，3臺(tái)，H取28m，P取55kW。

利用軟件對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全年模擬運(yùn)行計(jì)算，通過分析全年主機(jī)設(shè)備總的能耗，采用大溫差以后，空調(diào)系統(tǒng)總能耗由4583MWh減少為4268MWh，節(jié)能6.9%。不同溫差下空調(diào)系統(tǒng)能耗對(duì)比如圖2所示。

圖2 不同溫差下空調(diào)系統(tǒng)能耗對(duì)比

從案例對(duì)比分析可知，大溫差系統(tǒng)可以使得冷水機(jī)組承受較高的工況，降低整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水泵及冷卻塔的能耗，從而達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能的目的。

2.3 大溫差對(duì)空調(diào)設(shè)備的影響

（1）冷卻塔：冷卻水流量降低后，冷卻水進(jìn)水溫度提高，提高冷卻塔進(jìn)水溫度、盡量擴(kuò)大溫差，從常規(guī)的5℃變?yōu)?℃，可以降低水泵流量及揚(yáng)程，可以降低初投資和冷卻循環(huán)水泵的運(yùn)行能耗，提高冷卻塔的換熱效率，冷卻水系統(tǒng)的綜合效率提高，同時(shí)流量降低后冷卻水管路型號(hào)也可以相應(yīng)降低，減少冷卻水管路的造價(jià)。

（2）系統(tǒng)末端：冷凍水供回水溫度的變化會(huì)影響空調(diào)機(jī)組及末端的效率。降低的冷水溫度提高了表冷器換熱和處理空氣的對(duì)數(shù)溫差，但表冷器的隨著流量降低換熱效率下降，綜合考慮，由于對(duì)數(shù)溫差提高的換熱量的影響大于流量降低引起的換熱量降低，末端表冷器的換熱量會(huì)增加，現(xiàn)對(duì)比了不同溫差下空調(diào)末端的制冷量?？照{(diào)器制冷量變化如表1所示，風(fēng)機(jī)盤管制冷量變化如表2所示。

表1 空調(diào)器制冷量變化

表2 風(fēng)機(jī)盤管制冷量變化

3 計(jì)算參數(shù)

室外參數(shù)如表3所示。

表3 室外參數(shù)

室內(nèi)參數(shù)如表4所示。

表4 室內(nèi)參數(shù)

4 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)項(xiàng)目各個(gè)區(qū)域共用制冷機(jī)房和鍋爐房作為空調(diào)冷熱源，整體空調(diào)面積約為10萬平方，根據(jù)逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，最大空調(diào)總冷負(fù)荷值為96.636MW，冷負(fù)荷面積指標(biāo)：141W/m2計(jì)算冬季總熱負(fù)荷為8.31MW，熱負(fù)荷面積指標(biāo)：86W/m2。制冷機(jī)設(shè)置于地下二層，設(shè)置3臺(tái)1200RT離心機(jī)，鍋爐房設(shè)置于地下二層，設(shè)置3臺(tái)2.8MW真空熱水鍋爐?？照{(diào)水系統(tǒng)采用兩管制系統(tǒng)，熱水鍋爐進(jìn)出水溫度為50/60℃提供空調(diào)用熱水?？照{(diào)冷凍水供回水溫度為5/13℃。冷凍機(jī)房配置4臺(tái)冷凍水一次循環(huán)泵（1臺(tái)備用）、4臺(tái)冷卻水泵（1臺(tái)備用）、4臺(tái)一次熱水循環(huán)泵（1臺(tái)備用）；冷卻塔3組6個(gè)模塊，每個(gè)模塊在標(biāo)準(zhǔn)溫差下流量為450m3/h，冷卻水進(jìn)出溫度為38℃/30℃，3臺(tái)冷卻塔設(shè)置在商場屋頂處，與制冷機(jī)搭配設(shè)置。鍋爐煙囪經(jīng)由鍋爐房煙囪井高于屋頂10m排放，各鍋爐煙囪獨(dú)立設(shè)置。空調(diào)膨脹水采用全自動(dòng)定壓罐，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定壓。主機(jī)側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 主機(jī)側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)冷凍水水平方向采用同程系統(tǒng)，豎向方向采用異程式布置。各空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組冷凍水、熱水出口設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，風(fēng)機(jī)盤管冷凍水、熱水出口設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通閥。中央機(jī)房內(nèi)冷凍機(jī)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、控制柜安裝位于空調(diào)制冷機(jī)房內(nèi)，水泵啟動(dòng)、控制采用智能控制箱，變頻泵智能控制箱含啟動(dòng)、變頻、控制模塊，定速泵智能控制箱含啟動(dòng)、控制模塊，安裝位于制冷機(jī)房內(nèi)。空調(diào)水系統(tǒng)采用一次變流量系統(tǒng)，空調(diào)冷凍水、熱水共用管路。供回水總管之間設(shè)壓差旁通。冷凍水泵采用變頻系統(tǒng)，空調(diào)負(fù)荷變化引起壓力變化，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，水泵流量根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)負(fù)荷要求不斷調(diào)整，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的。空調(diào)制冷機(jī)房布置如圖4所示。

圖4 空調(diào)制冷機(jī)房布置

5 空調(diào)通風(fēng)自動(dòng)控制要求

（1）除防排煙系統(tǒng)外，所有采暖、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備均由自控系統(tǒng)控制及監(jiān)測。自控系統(tǒng)采用直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)，并接入BMS系統(tǒng)。制冷機(jī)采用群控系統(tǒng)，并通過高階接口接入BMS系統(tǒng)。

（2）冷水機(jī)組帶有冷量計(jì)量裝置，可以顯示冷水機(jī)組系統(tǒng)的操作及運(yùn)行狀況，從而決定開關(guān)制冷機(jī)組臺(tái)數(shù)以配合運(yùn)行時(shí)的要求。

（3）冷凍水泵的運(yùn)行頻率由最不利末端供回水壓差控制，但總流量不得低于運(yùn)行的每臺(tái)機(jī)組所需最小流量之和。在冷凍水供/回水主管上設(shè)置一套壓差旁通閥組，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷變化使空調(diào)水系統(tǒng)的壓力變化，通過壓力傳感器計(jì)算對(duì)比來控制空調(diào)電動(dòng)閥組的開度，以旁通系統(tǒng)部分空調(diào)流量，確保冷水機(jī)組能正常運(yùn)行。冷凍水泵和冷卻水泵控制柜均采用配套全自動(dòng)控制箱，包含啟動(dòng)、變頻裝置和控制模塊。

（4）風(fēng)機(jī)盤管設(shè)有一個(gè)盤管（冷凍、加熱合用）。恒溫器設(shè)置在回風(fēng)管附近，按所選擇的工況及室內(nèi)溫度，控制動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通閥開關(guān)，以保持所要求的空間溫度。風(fēng)機(jī)盤管與冷凍水、熱水的管道系統(tǒng)相接，供冷季供冷和冬季供暖。

（5）空調(diào)處理機(jī)的回風(fēng)管內(nèi)設(shè)置溫度感應(yīng)器，以測量室溫及按系統(tǒng)的操作工況，控制和調(diào)節(jié)冷凍兼采暖盤管的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以保證達(dá)到要求的室內(nèi)溫度。兩通調(diào)節(jié)閥應(yīng)為常閉式并須與空調(diào)處理機(jī)的電動(dòng)機(jī)的操作互相聯(lián)鎖。于空調(diào)處理機(jī)的新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口將設(shè)有常閉式電動(dòng)風(fēng)閥，風(fēng)閥的開關(guān)應(yīng)與空調(diào)處理機(jī)的電動(dòng)機(jī)的操作互相聯(lián)鎖。新新風(fēng)機(jī)組，夏季空調(diào)工況排風(fēng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，以對(duì)應(yīng)最小新風(fēng)量，過渡季節(jié)以最大新風(fēng)量模式運(yùn)行，排風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，送風(fēng)機(jī)兼火災(zāi)時(shí)補(bǔ)風(fēng)用，平時(shí)運(yùn)行由樓宇自控系統(tǒng)監(jiān)控，火災(zāi)時(shí)送風(fēng)機(jī)和有關(guān)風(fēng)閥等立即轉(zhuǎn)入火災(zāi)控制狀態(tài)，由消防控制室監(jiān)控[2]。

（6）根據(jù)室外干球溫度和焓值的設(shè)定值，聯(lián)鎖啟閉冷、熱供、回水主管上的電動(dòng)閥以實(shí)行冬、夏季及過渡季節(jié)空調(diào)工況的自動(dòng)切換。工況切換及相關(guān)閥門的啟、閉狀態(tài)應(yīng)在控制中心顯示。

6 結(jié)語

整個(gè)商業(yè)建筑單層面積超過2萬m2，空調(diào)水系統(tǒng)利用建筑內(nèi)多個(gè)小中庭繞圈敷設(shè)管道，在不增加造價(jià)的條件下實(shí)現(xiàn)分區(qū)域水平同程，整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行近5年來均未出現(xiàn)水失調(diào)或冷暖不均?？照{(diào)水系統(tǒng)采用雙側(cè)變流量大溫差系統(tǒng)，循環(huán)水流量降低37.5%，降低冷凍泵及冷卻泵的運(yùn)行功耗近40%，較大節(jié)能運(yùn)行費(fèi)用，得到業(yè)主的好評(píng)。該項(xiàng)目竣工開業(yè)近5年了，有效平穩(wěn)運(yùn)行，有效帶動(dòng)和輻射了周邊產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升貴陽是的商業(yè)文化氛圍，對(duì)發(fā)展雙龍臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)現(xiàn)代化商貿(mào)具有重要意義。