天津泰达广场G&H项目空调系统设计论文_詹桂娟1  尧文林2

(1.天津市建筑设计院,天津300384;2.天津泰达发展有限公司,天津300457)

摘要:天津泰达广场G&H项目空调系统设计给出空调系统形式,对冰蓄冷变频主机及定频主机进行计算比较,指出变频冷机比定频冷机更具有优势。H2塔楼为节能示范楼,对H2塔楼的冷热源及空调系统进行了介绍。

关键词:冰蓄冷;变频冷机;节能

前言

G&H区是天津泰达现代服务产业区“MSD拓展区”其中两个紧临区域。北临发达街,南依第二大街,西至新城东路,东靠北海西路。G&H区的主要功能为办公、会议、银行、商业、培训、餐饮及配套服务设施。G区由两座19层塔楼、3层裙房和2层地下室组成,总建筑面积123836m2,其中地下建筑面积27898m2。H区由两座19层塔楼、一座6层塔楼、3层裙房和2层地下室组成,总建筑面积114899m2,其中地下建筑面积32328m2。图1为GH区效果图。

1空调系统设计

空调室内外设计参数如表1~2所示。

1.1冷源和热源

(1)空调冷源

空调冷源采用冰蓄冷技术。考虑到天津地区商业有峰谷电价差异,冰蓄冷系统能充分利用晚间低峰电价差,降低整体运行费用;同时降低制冷机组总装机容量。经综合经济技术比较,本次设计蓄冰量占全天总冷负荷30%左右,显著降低空调运行费用。

G地块集中设置一个制冷机房,负担办公区和商业空调(除会所外)冷负荷。制冷机房位于地下一层,蓄冰槽安装位置在地下二层。制冷机房内设4台850RT离心式双工况主机,1台400RT常规螺杆式制冷机组。联合供冷时总制冷量最大可达5900RT,设计总蓄冰量17664 RTH。

冷冻水由蓄冰电制冷系统提供,双工况主机与蓄冰槽串联,作为板式换热器一次冷源;板换与常规主机并联,共同提供6/13℃空调冷冻水。

(2)热源系统

空调热水由市政高温热水换热后提供。市政热水参数110℃/70℃,经板式换热机组制备60℃/50℃热水供空调末端使用。热交换机房集中设在地下一层。热网供热时间为4个月,满足舒适度要求。

1.2空调风系统设计

(1)H1、H2及H3座办公区域采用风机盘管+集中新风的空调系统;新风机组集中设在屋顶及地下一层空调机房。机组内设置初中效两级空气过滤器(中效过滤级别达到F7)、转轮热回收装置、表冷器、加热器、加湿器、空气净化消毒装置、送风机等功能段。送风机变频驱动,根据办公区域设置的CO2 浓度传感器控制每个楼层集中设置的新风VAV装置风量,进而根据新风总管压力控制送风机频率改变新风量,暂未租售使用的楼层可关闭新风VAV,以达到更佳的节能效果。

(2)G1、G2座办公区域采用可变风量(VAV)空调系统,以提高室内温湿度控制精度,并可通过分散设置的变风量末端装置(VAV BOX),满足不同区域用户的温度需求。内区采用单风道型VAV BOX,外区采用带热盘管的风机动力型变风量装置(FVAV)。内区常年供冷,外区夏季供冷,冬季供热。每层设空调机房,空调机组内设置初中效两级空气过滤器(中效过滤级别达到F7)、表冷器、加热器、空气净化消毒装置、送风机等功能段,送风机变频驱动。

(3)G1、G2座集中设置新风预处理机组(PAU),机组内设置初中效两级空气过滤器(中效过滤级别达到F7)、转轮热回收装置、表冷器、加热器、加湿器、空气净化消毒装置、送风机等功能段。送风机变频驱动,根据办公区域设置的CO2浓度传感器控制每个楼层集中设置的新风VAV装置风量,进而根据新风总管压力控制送风机频率改变新风量,暂未租售使用的楼层可关闭新风VAV,以达到更佳的节能效果。

另外,G1、G2座标准办公每层设独立的冬季外区新风系统,包括每层外区新风送风机、定风量阀及相应的送风管;经集中预处理后的新风通过垂直竖向风管送至每层楼面,而外区新风则由上述独立的新风送风系统,直接送至办公外区FVAV末端回风口,与室内回风混合、加热后送入办公外区,以避免外区新风进入楼层空调箱再加热,产生冷热抵消。所有办公区空调机组配有空气净化消毒装置,去除空气臭味。

(4)办公大堂采用全空气定风量空调系统,机组内设置初中效两级空气过滤器(中效过滤级别达到F7)、表冷器/加热器、加湿器、空气净化消毒装置送风机等功能段。冬季配合地板采暖系统,达到更好的供热效果。

1.3空调水系统设计

(1)工程制冷系统同时负担5栋办公塔楼及裙房空调,水系统各回路之间阻力损失相差较大,故冷冻水采用一次泵定流量,二次泵变流量系统,供回水温度为6/13℃。一次水泵负责机房内回路循环,定流量运行;按不同回路的冷负荷及扬程需求配置二次变频水泵。通过机房群控系统,控制冷机组、冷却塔、冷冻/冷却水泵的运行台数、制冷主机出力、双工况主机运行模式、融冰速度等,以保证制冷系统经常处于高效能状态下运作,达到节省能源的效益。

(2)空调热水由市政热网经板式换热机组提供,供回水温度为60℃/50℃。

(3)H1、H2、H3塔楼标准办公区水系统采用分区两管制,分内外区设置用户回路。外区夏季供冷,冬季供热;内区常年供冷。夏季及过渡季节由制冷系统提供内区冷冻水,冬季以冷却塔及板式热交换器作为冷源制备内区冷水。

(4)G1、G2塔楼标准办公区水系统采用四管制,配合可变风量(VAV)全空气空调系统,实现外区夏季供冷、冬季供热。

(5)裙房夏季除会所外,其他商业区域纳入中央制冷系统;冬季,所有商业包括会所供热均由中央热交换机房。裙房水系统分区两管制水系统,外区夏季供冷,冬季供热;内区常年供冷。夏季及过渡季节由制冷系统提供内区冷冻水,冬季以冷却塔及板式热交换器作为冷源制备内区冷水。

(6)空调水系统为闭式循环系统,定压及膨胀采用定压补水机组。

(7)为满足租户服务器房空调的需求,在每栋塔楼屋顶设置闭式冷却塔,为塔楼总部机房、银行服务器机房、租户服务器机房空调预留24小时冷却水。

(8)办公塔楼每栋楼设独立的冷冻水二次变频泵,及独立的空调热水变频泵,泵后设能量计量表,并纳入BA系统。

(9)商业分G地块和H地块设独立的冷冻水二次变频泵,及独立的空调热水变频泵。在接入每个商业租户的水管上设能量计量表,并纳入BA系统。

(10)冷冻水二次泵及热水二次泵均采用变频调节的变流量控制,以节省空调冷热水日常运行的输送能耗-设计工况配电功率降低21%,平均节能14.3%;年节省电费80万元,折合标准煤96吨。

2空调设备选型分析计算

天津泰达现代服务产业区(MSD)-泰达广场G&H项目采用双工况变频主机,比定频主机约节能13%,以设计日100%工况为参照,变频机组节约运行费用5394元/日,以设计日75%工况为参照,变频机组节约运行费用4249元/日,年节省电费40万元。下面列举100%工况时的具体计算内容,见表3、表4。

3 H2节能示范塔楼设计

本工程H2塔楼,共9层,为绿建示范楼,采用多项先进技术,如地源热泵、热泵式热回收溶液除湿机组、地板送风、毛细管辐射空调系统等,大幅度节约能源及运行费用。H2绿建楼实现:中国绿色建筑标准—三星、美国绿色建筑标准LEED—GOLD、英国绿色建筑标准BREEAM—VERY GOOD、日本绿色建筑标准CASBEE—S级。

3.1冷热源

H2楼位于泰达广场GH区内,GH区原本存在集中的冷热源供应站房,冷源由水冷冷水制冷机组及冰蓄冷系统联合提供,热源由市政高温热水经换热机组后提供。本次设计结合H2低碳示范楼的节能减碳要求,为H2楼空调系统进行了专门的方案比选。

通过经济技术比较,本设计为H2楼专门设置地源热泵系统,夏季负担3~9层空调室内显热负荷,配合温湿度独立控制的空调系统,得以提高冷冻循环水供回水温度(15/20℃),进而显著提高地源热泵机组的COP;冬季负担H2楼所有(除3~9层新风)热负荷,利用地源热泵冬季能耗低的优势,降低H2楼整体冬季空调运行能耗。

地源热泵机组同时也作为太阳能生活热水系统的辅助加热系统,大大减少电能的消耗。尤其当夏季太阳能热水负荷需求不大时,仅运行1台地源热泵机组,一边制冷,同时利用机组的部分热回收功能制取热水,供生活热水使用,如此运行既对热泵机组效率影响较小,又满足了生活热水系统的需求,达到了最佳的节能运行效果。本工程进行了全年土壤热平衡计算。

3.2温湿度独立控制的空调系统

通过经济技术比较,本设计在H2楼的主体建筑,即3~9层办公与展厅区域,采用温湿度独立控制的空调系统。由于系统末端夏季干工况运行,系统冷冻水运行温度得以大幅度提高,主机COP也随之显著提高,系统整体运行能耗优于传统的冷水机组+锅炉或市政热水系统。

温湿度独立控制系统包含以下三项关键技术特点。

(1)由热泵型(带热回收)溶液调湿新风机组,承担服务区域冬、夏两季全部新风负荷以及夏季室内湿负荷,并控制室内湿度;(2)空调末端夏季夏季处于干工况运行状态,负担室内显热负荷;冬季负担室内热负荷,专门控制室内温度;(3)作为空调末端干工况运行的必要条件,夏季须为系统提供高温冷冻水,供水温度须高于室内设计状态的露点温度,这一特点对于提高制冷机组COP十分有利。

综合冷热源及末端空调系统,经初步计算,就空调整体能耗而言,地源热泵与温湿度独立控制的空调系统的组合,其全年能耗比之传统冷水机组+电锅炉节能电能约23.5%,比之传统冷水机组+市政热水,节电约11.6%。

3.3新排风热交换及新风需求控制

(1)溶液调湿新风处理机组内办公区排风与新风经全热交换后排出,有效减小新风处理能耗。热交换效率达到60%以上。

(2)办公及商业均设置CO2检测功能,新风机电机变频驱动,根室内CO2浓度调节电机频率、改变新风量。在满足舒适性标准前提下,减少新风能耗。

3.4过渡季节增大通风措施

本设计为办公及展厅区域过渡季节消除室内冷负荷,同时提供开窗自然通风的设施;以及利用新、排风系统实现机械通风两种途径。当受风雨、尘埃影响不适宜开窗通风时,通过加大风量的新、排风系统实现机械通风,减少过渡季开启制冷机的时间。

3.5裙房冷冻水系统

裙房冷冻水系统由GH区中央制冷站房内H区商业冷冻水二次变频泵组提供,变流量运行,并采用7℃的大温差,减少这部分冷冻水的输送能耗和管材耗量。

3.6租户24小时冷却水系统

提供给办公区租户和银行服务器机房的24小时闭式冷却水系统采用变流量系统,可根据实际租售情况弹性调节及控制冷却水流量,避免“大马拉小车”现象,达到节能目的。

3.7地下车库通风系统

地下车库设诱导风机,减小风管延伸长度,降低排风机静压;排风机采用双速风机,根据排风口处的CO浓度控制风机风速,实现节能运行。由诱导风机+CO浓度控制的车库排风系统,比之传统车库排风系统全年可节约电能约30%。

3.8设备机房通风采用温度控制,实现间歇运行,比之连续运行的通风机全年节约电能约30%。

3.9中央空调系统设置自动控制系统,实现智能化运行,有效监控空调系统运行能耗。

4结语

(1)冰蓄冷中变频冷机比定频冷机更具有优势,且随着变频技术的发展,价格的下降,变频主机性价比更优。

(2)H2塔楼冷热源采用了高温水地源热泵机组,采用温湿分控技术,大大提高了冷机的COP值,既节能又提高了舒适度。

参考文献:

[1]周瑾,刘毅,唐振中.离心式冷水机组主机变频的节能性研究-2010年上海世博会主题馆空调冷水机组设计研究[J].制冷技术,2010(S1)

论文作者:詹桂娟1  尧文林2

论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月下

论文发表时间:2016/9/6

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