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水源热泵冷热水机组工程实例
2014-04-04  来源:广州恒星    发布者:admin

       深圳皇城广场中央空调热水节能改造工程

一、项目简介

  深圳市皇城广场位于深圳市福田区皇岗口岸福田南路7号,占地面积17500㎡,由一栋31层写字楼,两栋公寓楼和商业裙楼构成,总建筑面积138000㎡。主要配套设施有:32层写字楼34284㎡,两栋32层公寓楼共72631㎡,4层商业裙楼31085㎡。其中商业裙楼设有各类功能小型商场等20个;大堂吧2个,中式餐厅2间,包房13间,港式餐厅5间;桑拿休闲中心3处;室外恒温泳池1座。

  皇城广场于1996年投入使用。空调系统由10台500RT离心式冷水机组供冷,分三个区,写字楼高区,写字楼低区,商业裙楼。公寓楼不供冷。皇城广场写字楼空调每年5月至10月共六个月供冷,每天供冷时间为8:00至18:00;裙楼空调每年5月至10月共六个月全日供冷,其余月份通风排气。桑拿及餐饮业常年需要制冷或采暖,经业主和租户讨论,确定裙楼2层进行空调及热水节能改造。二楼餐厅及桑拿建筑面积7771.25㎡全年需空调,室外1座25×20㎡泳池过渡季节及冬季需恒温。

  项目为中央空调及热水一次供热系统改造。项目热水每天需求量:100m3,全年全天24小时供应50~55℃热水。

  原热水系统热源为天然气热水锅炉,提供60℃热水。现已改为水源热泵智能冷热水机组作为冷热源,直接为二楼餐厅及桑拿区域提供50~55℃热水,在制冷或制热热的同时,为空调系统提供部分免费的热水或冷冻水,达到节能的*大化,制热时进行冷回收,制冷时全热回收或部分热回收。
  

二、项目技术特点

  水源热泵冷热水机组技术的应用。传统空气源热泵热水机组制热时的副产品冷量冷风未作利用,直接排至室外。水源热泵热水机组在制热的同时,将副产品冷量用于降低水温供给空调系统使用,水源热泵热水机组与普通空气源热水机组采用表面换热器不同,采用“冷媒――水”热交换器。制冷时水源热泵智能热水机组实质为全热回收热水机组,空调要求大于热水时,全热回收运行。
   

三、水源热泵冷热水系统的运行策略
       机组每年11~12月至次年的3~4月,由于裙楼不供冷,此时机组蒸发器应以满足7771.25㎡桑拿餐厅空调使用,冷凝器全热回收制取热水,当冷凝器端热水出水达到52℃时,通过比例三通阀将热水部分或全部接入闭式冷却塔进行散热,机组变为水冷系统或部分热回收保证空调可靠制冷供空调使用;次年的1~2月该段时间机组冷凝器以热水工况运行,以7771.25㎡桑拿餐厅空调水源为低温源,即提取冷冻水的热量使冷冻水降温供空调使用,将提取的热量和压缩机电热量转化为高温热水,当冷冻水温度低至7℃以下通过管道自动切换接通裙楼31085㎡为低温热源制取热水,有足够换热低温源进行散冷,保证热水系统稳定高效智能运行。


四、水源热泵机组相关计算及选型

(一)方案选型依据

       1、《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019—2003

  2、《机械设备安装工程施工及验收规范》TJ231-78

  3、《建筑给水排水设计规范》GB50015-2002

  4、《采暖与卫生工程施及验收规范》GBJ243-82

  5、《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

  6、用户要求

  7、皇城地产物业管理公司提供的空调数据。

(二)热水设备选型计算参数

       1、自来水平均*低水温tw=10℃,此参数作为选型用。

  2、自来水年平均水温tp=23℃,持续时间按365天计算

  3、室外*低气温ta=5℃,此参数作为桑拿区域散冷不足时切换大系统的依据。

  4、用热平均水温t=50~55℃,按51℃计。


(三)空调设计计算参数

  1、夏季空调室外计算参数(参照深圳)

   干球温度td=33.5℃   湿球温度tw=27.9℃

  2、冬季空调室外计算参数

     干球温度tdw=5℃     相对湿度:70%

     3、夏季空调室内计算参数



      4、冬季空调室内计算参数(运行时设定温度参数)



(四)机组正常选型计算

4.1、冷负荷计算

秋春季酒店类项目按建筑面积冷指标86.0W/㎡估算

冷负荷Ql=86.0*7771.25/1000=668.3KW

4.2.1 淋浴热水负荷计算

自来水温按10℃度计算, 50℃度热水100吨/天,热水小时变化系数2.9计,

热负荷Qr=1.163*100*(50-10)÷24×2.9=562.1KW/h

4.2.2  恒温泳池热负荷估算

恒温池温度为24~27℃,按0.41kw/h㎡计

热负荷Qp=0.41×25×20=205.KW/h

4.2卫生热水供热负荷

卫生热水总负荷Qt=Qr+Qp=767.1KW/h

4.3、冬季采暖负荷计算

深圳地区酒店桑拿类项目按建筑面积采暖指标15.0 W/㎡估算

热负荷Qf=15*7771.25/1000=116.6KW


4.4、热水全年平均日负荷

自来水温按23℃度计算, 50℃度热水100吨/天计,

热负荷Qau=1.163*100*(50-23)=3140.1KW/d

平均时负荷Qauh=1.163*100*(50-23)÷24×2.9=379.4KW


4.5、机组设备选型及使用

  根据负荷计算结果、经济性考虑及实际使用和备用原则,根据项目的实际以热水需求及春秋两季空调运行需要,选用2台“宏星”牌水源热泵螺杆冷热水机组,型号分别为40STD-500WHS3和40STD-180WHS3,二用 ,设备置于负二层。

 冷热源设备主要参数如下: 



4.6、冬季冷负荷消耗必须面积

设备负荷672KW,按建筑面积冷负荷指标25.0 W/㎡估算空调换热面积。空调面积A=672÷0.025=26880㎡<31085㎡,应能满足散冷需求。


供冷、供热解决方案

    根据负荷计算及选型结果,设备运行使用:

夏季:

  空调:空调统一使用大厦空调,夏季6个月全天供应冷气。

  热水:只需开启1台水源热泵螺杆冷热水机组40STD-180WHS3即可满足全天热水需求,热水运行时间T=3140.1/208=15.0小时,即机组每天运行15小时即可满足全天热水负荷需求,同时,冷气回收接入大厦裙楼系统,回收冷量3140.1÷208×(208-44.6)=2466.8KW。

过渡季节:

     空调:11月、12月,3月4月由于大厦停止供应冷气,酒楼桑拿的空调需求668.3KW大于热水需求379.4KW。两台水源机组制冷量672KW以全热回收空调冷水工况运行,热水制热余量(788-379.4)408.6KW,通过闭式冷却塔进行散热,达到冷热平衡。

     热水:机组热回收供应。

   冬季:

     空调:由于餐厅与桑拿冷热需求矛盾,*恶劣环境下桑拿部分按摩房间需要采暖;餐厅则需要供冷,故桑拿按摩房间风机盘管为带PTC陶瓷暖风盘管,也可供冷。

     热水:2台水源热泵冷热水机组开启,满足热水及恒温需求所需运行时间为T1=9572/788≈12小时,考虑到冬季环境温度低有所降低及热水负荷比夏季热负荷大的因素,低温源接通整个裙楼方能保证2台机组运行。运行时间12小时即可满足热水负荷需求。  过渡季节水源热泵热水机组还可提供部分冷负荷给需要供冷的客房使用,一套设备,满足两种需求。


(六)节能措施

1、严格执行国家相关节能规范,从建筑设计上满足建筑的保温隔热性能达到节能要求指标。本项目根据《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》进行节能设计。

2、空调冷负荷按单位冷负荷计算,本次设计的春秋冷负荷共668.3KW,由于主机选型已计算同时使用系数,本次选春秋季主机冷源,总冷量为(496+176)672KW。

3、淋浴及室外恒温泳池热水负荷按单位冷负荷计算,设计的热负荷共767.1KW,由于主机选型已计算同时使用系数,本次选冬季主机热源,总制热量为(580+208)788KW。

4、本项目采用水源热泵冷热水机组的制冷性能系数(制冷量<528KW)COP=3.9及3.7W/W,水

本项目采用水源热泵冷热水机组的制热性能系数COP=4.9及4.7W/W,机组冷热均利用,故水源热泵螺杆冷热水机组的综合性能系数COP≥8.8及8.4W/W,符合《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》。

5、本设计空调新风(含初效过滤)的风机的单位风量耗功率W原设计及工程方负责考虑。〔﹤0.46〕

6、本设计空调系统冷水系统的*大输送能效比ER=0.0212。〔﹤0.0241(夏热冬暖地区)〕。

*大输送能效比计算依据:

ER=0.002342H/(δT·η)
式中H――水泵设计扬程(m)

   δT――供回水温差(℃)5

   η――水泵在设计工作点的效率(%)

   冷冻泵1*大输送能效比ER=0.002342×28.5/5/0.73=0.0183

   冷冻泵2*大输送能效比ER=0.002342×28.5/5/0.63=0.0212

   冷却泵1*大输送能效比ER=0.002342×20.0/5/0.76=0.0123

   冷却泵2*大输送能效比ER=0.002342×20.0/5/0.68=0.0138


 7、空调水泵参数


8、DDC数字控制技术应用:秋春季冷负荷大于热水负荷,当用热量不足影响制冷时,闭式冷却塔按比例投入散热;冬季热水负荷大于制冷负荷,当桑拿餐厅区域7771.25㎡无法消耗冷量或出水温度≤4℃时,冻水系统自动按比例切入整个裙楼31085㎡,从而保证机组提取能量。


五、节能经济分析

  节省直接费用

  深圳地区为海洋气候特点,夏季天气炎热,全年供冷时间较长。每年除了约15天的冬季外,桑拿酒店空调制冷运行时间长达350天,而卫生热水则全年365天均需提供。按每天实际制取生活热水A=100000升(Ltr),则在此期间热水所需总热量为:

   Q热=A×(t1-t2)×C×365

     Q热:机组所产生的热量,千卡(kcal)

     A: 每天产生的热水量,升(Ltr)

     t1: 全年热水平均温度,51℃

     t2: 自来水年平均温度,23℃

     C: 水的比热,kcal/㎏.℃

      Q热=100000×(51-23)×1×365          =1,022,000,000kcal

   下表给出该大厦原采用燃气锅炉及冷回收热水机组产1,022,000,000kcal热量所需运行费用对比为:

  上述分析表明:如果采用天然气锅炉,每年运行费用为761,179.50元,制每吨水费用为20.90元/吨,而采用冷回收热水机组费用为297,093.00元,每吨水的制取费用8.20元/吨。

  间接费用

  免费制取的冷量:冷回收收热水机组制热同时可进行冷量回收,免费提供于空调系统,机组全年制取热水的同时提供的制冷量为:1,022,000,000÷4.7×3.7÷860=935,526KW(4.7为热水机组年平均能效比,3.7为热水机组制冷平均能效比,860为热功当量)。

  旧型号离心冷水机组能效比以5.0算,可节省的运行电量为935,526/5.0=187,105.20KWh,为中央空调节省的运行费用(电费按1.00元/kwh计):187,105.20×1.00=187,105.20元

机组在制热时运行的费用减去免费制取冷量为中央空调节省的运行费用后实际所需要的费用为:297,093.00-187,105.20=109,987.80 元

锅炉与热水机组的年运行费用

天然气锅炉运行费用:761,179.50元

水源热泵冷热水机组年运行费用:109,987.80 元

  机组全年运行可节能的费用为:761,179.50-109,987.80=651191.70元

  由此可见,采用恒星水源热泵冷热水机组制取卫生热水,可全年为桑拿提供卫生热水,同时又可为该大厦提供部分舒适的冷气,理论上节能效果是相当显著,能给项目带来可观的经济效益。目前,该系统设备经本公司调试已运行先后两年,实际节能效果系统运行两年后水、气、电消耗对比检验证实,系统可靠,节能效果明显,给项目带来了可观的经济效益。

  恒星水源热泵冷热水机组适用于空调和热水需求较大的场所。在大型酒店、医院、工厂项目的冷热源设备的配置,适合配套适当规模的水源热泵冷热水机组,值得推广。

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