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芬尼创意园供暖制冷项目设计方案
发布日期:2017-8-31 10:03:03


  摘 要:本文以芬尼克兹创意园为案例,分析探讨空气源热泵在供冷/供暖中的使用情况;案例详细叙述工程需求、设计选型(设计依据,负荷计算,主机选型)和工程安装。通过对比不同热源运行费用分析空气源热泵的节能程度。

 

  关键词:空气源、热泵供冷/供暖、节能比例、系统优势

 

1.工程概括

 

  芬尼克兹创意园位于广州市南沙区大岗镇天元路3号,建筑共4层,一层为接待大厅和实验室,夹层和二层为主办公区,三层为幼儿园和会议室,四层为预留办公室,五层为活动室;建筑面积共7300㎡。

 

 

  设计要求:满足办公楼正常办公休闲区(一楼接待厅,夹层和二楼办公区,三层幼儿园和会议室,五楼活动室)空调需求;室内设计温度恒定在±25℃,设备与系统的完美结合,效益与成本并重,满足日常空调和采暖需求的同时最大程度节省初投资和运行费用。

 

2.设计依据

 

  《公共建筑节能设计标准》广东省实施细 (DBJ15-51-2007);

  《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50243-2002);

  《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003);

  《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-1995)2005版;

  《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》 (GB50736-2012);

  《空气调节设计手册》(中国建筑工业出版社、第二版);

  《建筑设计防火规范》(GB50016-2006);

  本工程依据建设单位提供的建施图;

  PHNIX模块机组的性能参数;

  国家现行的其他相关规范及措施。

 

3.设计资料

 

  广州地处亚热带沿海,属海洋性亚热带季风气候,以温暖多雨、光热充足、夏季长、霜期短为特征。全年平均气温21.9℃,是中国年平均温差最小的大城市之一。一年中最热的月份是7月,月平均气温达28.7℃。最冷月为1月份,月平均气温为13.5℃。平均相对湿度77%,年降雨量约为1736毫米。

 

  1)夏季室外设计计算参数

  表1:夏季室外设计计算参数

 

 

  2)冬季室外设计计算参数

  表2:冬季室外设计计算参数

 

 

  3)室内设计计算参数

  表3:室内设计计算参数

 

 

4.负荷计算

 

  空调区的负荷由冷负荷和湿负荷组成,其中夏季冷负荷由围护结构传入热量,外窗辐射热量,人体散热量,照明散热量,内部热源散热量,各种潜热量逐时转化形成;湿负荷由人体散湿量,渗人空气带入的湿量,室内湿表面,液面的散湿量等组成。

 

  (1)外墙、屋顶传热形成的逐时冷负荷

  ( 公式1)

  K ------传热系数 W/(m2•℃);

  F------ 外墙和屋顶的面积 ㎡;

  ---- 作用时刻下冷负荷计算温度,简称冷负荷温度 ℃;

  △------围护结构的地点修正系数,℃;

  ------室内设计温度 ℃。

 

  (2)内墙、楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷

  当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,可按公式2计算:

  ( 公式2)

  F——内围护结构的传热面积,m²;

  K——内维护结构的传热系数,W /( m²•℃) ;

  twp——夏季空调房间室外计算日平均温度,℃;

  △t——附加温升℃。

 

  (3)外窗温差传热引起的冷负荷

  在室内外温差的作用下, 玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按公式3计算:

  ( 公式3)

  K——玻璃的传热系数,W /( m²•℃);

  F——窗口面积,㎡;

  ——窗框修正系数;

  ——计算时刻下的冷负荷温度 ℃。

 

  (4)透过玻璃窗的太阳辐射得热引起的冷负荷

  无任何遮阳措施来计算,辐射得热冷负荷计算按照公式4来计算:

  ( 公式4)

  Xg-----窗的构造修正系数;

  Xd-----地点修正系数;

  Xz-----遮阳修正系数;

  Xnt-----计算时刻下透过玻璃的太阳辐射的冷负荷强度 W/㎡。

  人员散热引起的冷负荷

  ( 公式5)

  ——不同室温和劳动性质成年男子显然散热量,W;

  ——群集系数;

  n——室内全部人数,本设计中室内人员数根据实际办公人数确定。

 

  (5)照明散热形成的冷负荷

  根据照明灯具的类型和安装方式的不同,其冷负荷计算式分别为:

  白炽灯:Q=1000•N•CLQ ( 公式6)

  荧光灯:Q=1000•n1•n2 •N•CLQ ( 公式7)

  N——照明灯具所需功率,W;

  CLQ——照明散热冷负荷系数,本设计根据陆耀庆《实用供热空调设计手册第二版》(下册)选取;

  n1——镇流器消耗功率系数,当明装荧光灯的镇流器装在空调房间时,取n1=1.2;当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时,可取n1=1.0;

  n2——灯罩隔热系数,当荧光灯上部穿有小孔(下部为玻璃板),可利用自然通风散热与顶棚内时,n2=0.5~0.8;而荧光灯罩无通风孔时,n2=0.6~0.8。

 

  (6)设备散热形成的冷负荷

  Q7=Qq+Q•CLQ ( 公式8)

  Q7——设备和用具实际的显热形成的冷负荷,W;

  Qq——设备和用具的实际显热散热量,W;

  CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数;如果空调系统不连续运行,则CLQ=1.0。

  人体散湿量:

  ( 公式9)

  g——成年男子的小时散湿量,g/h;

  n——室内全部人数;

  ——群集系数。

 

  (7)室内其他物体散湿量

 

  敞开水面、食物等散湿量根据实际情况酌情考虑,可参考陆耀庆《实用供热空调设计手册第二版》(下册)选取。

 

  根据以上计算公式,计算每个空调区的各分项负荷值,并将各分项负荷按照计算时刻累加,得出空调区总冷负荷逐时值的时间序列,找出最大值作为该空调区的计算冷负荷。

 

  以一层办公区间为例计算发现该空调区最大逐时负荷为16:00,结果见表4。

 

  表4:房间负荷计算结果

  由计算可知,芬尼创意园新办公区冷负荷指标大概在180--220w/㎡;会议室活动室的负荷指标200--220w/㎡;热负荷指标大约在60--80 w/㎡。

 

5.设备选型

 

  由负荷计算结果可知:芬尼创意园制冷需求远远大于采暖,因此,本次设计根据冷负荷需求量为选型标准。

 

  (1)主机选型

 

  根据负荷表计算得,芬尼办公楼空调区域总面积5200㎡实际总冷负荷986.6KW,总热负荷416KW,根据创意园的功能结构,同时使用系数为0.76,即:不采取任何措施下,需提供750KW冷量,316KW热量来满足最大使用需求;

 

  采用隔热膜和防辐射窗帘后,实验测得室内负荷减少至原来的65%(节省30%以上),主机实际需提供487.5KW冷量便可满足最大使用需求;主机选择4台50P模块。

 

  选型核验:PHNIX空气源超级模块机组PASRW500S单台机组额定制冷量为138kW,制热量为120 KW,制冷输入功率为 38kW,制热输入功率为36kW;4台50P模块提供总冷量Q=138*4=552KW > 487.5KW 满足最大使用需求;

 

  计算发现,3台50P模块运行7.5h后即可满足330T水池蓄能(水池设计8℃蓄能温差,可蓄能870RT)故选4台50P模块可在波谷电价阶段轻松满足水池蓄能。

 

  综上所述,主机选择4台50P模块满足使用和节能需求。

 

  (2)末端选型

 

  根据负荷计算表,参照风机盘管参数,对应选出每个功能区的末端,具体情况如表5所示。

 

  表5:不同空调区末端选型

 

 

6.系统设计

 

  设计要求:节能,环保,舒适,智能

 

  设计思路:

 

  (1)末端除了使用风机盘管外,办公区安装地暖,新风装置,给员工提供舒适的环境;

 

  (2)回收中央机房的废热,直接用于幼儿园地板采暖和整栋办公楼的生活用水需求,使得供暖和生活热水完全免费;

 

  (3)回收实验室的大量废热,考虑到热源温度,本系统中增加一台水水式热泵作为热源转换装置,通过该机组进行二次加热,再将热水储存至蓄能水池中;

 

  (4)为避开高峰用电,合理利用峰谷电价的优势,系统采用蓄能水池,设计为二次泵系统:夜晚蓄能,白天使用,大大节省运行费用;

 

  (5)大楼设计集控装置,监控每个末端能耗,随时根据需求调整模式,智能方便;

 

  (6)采用进口的美国原装隔热膜(隔热率为87%)和防辐射窗帘,美观的同时减少太阳辐射率,大大减少室内负荷。

 

7.不同空调热源运行分析

 

  根据实际情况,芬尼创意园热源还可以选择螺杆机组+燃气锅炉系统,这里将两个系统的运行费用做个分析对比,以供各位参考,详见表6和表7。

 

  表6:不同空调热源运行费用分析

 

 

  备注:空气源直供系统是指不蓄能情况下模块机组直接制冷,采暖所产生的费用。

 

  表7:不同空调热源运行费用分析(现场情况)

 

 

  备注:(1)两个系统制冷过程均采用蓄能模式,主机夜间启动,白天不工作;

 

  (2)采暖过程,热回收时候采用水水机进行二次加热蓄能,每天工作17h;波谷电价(0.46元/度)工作8h,平段电价(0.9元/度)工作10h,平均电价0.7元/度。

 

  因此,我们认为空气源热泵特有的高效节能,安全环保,灵活多变等优势是其在诸多场所制冷和采暖广泛应用的主要原因。随着社会发展,在节能环保的号召下,空气源热泵系统将成为制冷/采暖系统的主力热源,逐步取代传统空调。

 

8.系统优势

 

  空气源+蓄能系统,结合热回收技术,使得芬尼创意园中央空调系统节能效果十分显著,目前芬尼节能楼已运行半年,系统稳定,实测节能数据如下:

 

  (1)实验室废热作为采暖热源,相比主机直接供暖,采暖季可节省电费超过7万;

 

  (2)利用蓄能水池,机组夜晚工作,白天休息,仅波峰谷电价上优势而言,制冷季节每天可节省电费>1000元;

 

  (3)空气源热泵系统相比螺杆机+锅炉系统,不仅节省机房建设费,后期运行费用也大大减少。

 

9.系统安装示意图

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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