高层建筑中央空调水系统优化设计

高层建筑中央空调水系统优化设计

刘坤

银川市规划建筑设计研究院有限公司 宁夏回族自治区银川市 750001

摘要：我国的建筑行业建设和生态环境保护之间有着密切的关联，绿色、环保建筑的建设对于自然生态环境保护有着重要的意义。在建筑物的能耗中，空调系统的能耗占据了大部分的比例，因此针对建筑物的空调系统设计尤其要融合节能设计的理念，降低建筑物的能耗，提高空调设计的合理性、科学性和环保性，推动建筑企业未来发展。本文主要介绍某高层项目中央空调水系统设计情况，项目空调冷源采用冰蓄冷系统（串联式），夜间电网低谷时段开启双工况水冷螺杆式冷水机组制冰蓄冷，用电高峰时段融冰供冷。空调冷冻水及空调热水系统均采用一次泵系统、变频运行，末端空调采用四管制系统。项目高层区域存在较大内区，常年有稳定大量余热，设计采用变风量全空气系统（VAV）。

关键词：高层；中央空调水系统；优化设计

1工程概况

项目地下3层、地上23层，建筑高度为99.9m。建筑面积约75700㎡，其中地下室23400㎡、配套商业3300㎡。

2冷热负荷

利用负荷计算软件导入围护结构参数及设计参数，得到项目夏季冷负荷5992.0kW、冷指标136.9W/㎡；冬季热负荷4173.2kW，热指标96.5W/㎡。此外，本次设计制冷机主机、冰槽、换热器等设备同时考虑二期工程负荷预留，预留冷负荷1950kW、热负荷1060kW。

3冷热源

本项目空调冷源采用串联式蓄冰系统，双工况水冷螺杆式机组在夏季夜间利用电网低谷时段制冰蓄冷，在日间用电高峰时段融冰供冷。全年可通过调配水冷螺杆式机组和蓄冰槽不同运行组合以满足大楼不同的负荷需求，设计负荷日采用主机与蓄冷装置联合运行方式以满足负荷需求。设计工况供冷运行策略为主机优先，部分负荷时策略运行按融冰优先与优化控制相结合。双工况机组夜间制冰、白天制冷。蓄冰装置设计采用不完全冻结的钢盘管。蓄冰盘管采用并联的方式置于蓄冰槽中。双工况冷水机组载冷剂选用质量分数为25%的抑制性乙烯乙二醇溶液。夏季建筑负荷高峰时段采用融冰+主机联合供冷方式。蓄冰系统抑制性乙烯乙二醇溶液的供液温度为3.5℃、回液温度为11℃，通过乙二醇/水板式换热器向末端供冷，供、回水温度为5/13℃。同时，本项目考虑夜间供冷，系统配置的基载主机可满足夜间加班供冷需求。冬季热源来自市政热力管网，最不利供回水温度为90/50℃，经地下三层换热站的板式换热器后向末端供热。本项目地下三层设置1个中央制冷站，制冷系统详细配置如下：

（2）蓄冰系统：本项目采用主机上游、冰槽下游的串联式蓄冰系统，设计负荷日采用主机与蓄冷装置联合运行的方式以满足负荷需求，部分负荷日采用融冰优先方式。

一次侧乙二醇循环泵：YB-B3-01-03，两用一备，水泵变频；流量450m3/h，扬程40m水柱，对应主机CH-B3-01-02及板换BH-B3-01-02。

二次侧冷冻水循环泵：B-B3-01-03，两用一备，水泵变频；流量430m3/h，扬程35m水柱，对应板换BH-B3-01-02。基载主机冷冻水循环泵：B-B3-04-05，一用一备，水泵变频；流量200m3/h，扬程35m水柱，对应主机CH-B3-03。双工况主机冷却水循环泵：b-B3-01-03，两用一备，水泵变频；流量520m3/h，扬程30m水柱，对应主机CH-B3-01-02。

基载主机冷却水循环泵：b-B3-04-05，一用一备，水泵变频；流量350m3/h，扬程30m水柱，对应主机CH-B3-03。空调热水二次侧循环泵：RB-B3-01-03，两用一备，水泵变频；流量180m3/h，扬程30m水柱，对应板换BH-B3-03-04。

4空调水系统优化设计

本项目空调水系统采用四管制，空调冷冻水及空调热水系统均采用一次泵系统，变频运行。空调冷冻水及空调热水系统均采用开式膨胀水箱定压，水箱分别放置于屋面层水箱间。空调冷冻水及空调热水系统末端设备及阀门公称压力为1.6MPa，冷却水系统末端设备及阀门公称压力为1.6MPa。冷水机组的冷冻水、冷却水出水管上安装电动蝶阀，通过联锁控制实现机器的启停动作。空调冷冻水、冷却水主管上安装全程水处理器，具备灭藻、杀菌、过滤、防垢、缓蚀功能。安装冷凝器胶球自动在线清洗装置，保证制冷机组换热效率，确保制冷机组运行COP值不下降。空调机组、新风机组回水管上设动态平衡比例积分电动调节阀，风机盘管回水管上设电动两通阀，根据空调负荷变化调节水量。空调水系统立管、裙房水平干管均为异程，水平回水管上加装静态平衡阀。

5地板辐射供冷/采暖系统

（1）设计温度

夏季地板辐射供冷由制冷主机提供13/5℃冷冻水，经板式换热器换热后提供19/24℃冷水供末端盘管辐射供冷；冬季辐射供暖由市政管网提供高温热水，设计供回水温度90/50℃，经板式换热器换热后提供60/45℃采暖热水供末端盘管辐射供热。

（2）系统分区。

系统分为三个区域：东大堂、西大堂、宴会前厅。系统工作压力满足规范要求不大于0.8MPa，按系统分区分别设置计量装置。

（3）系统形式。

各分水器每个支管上设热电式温度控制阀，并在每个环路相应位置设置温度控制器，地板辐射排管间距为300mm，按照平行型或回折型管线设计布置各区域管线。

6空调风系统

（1）VAV变风量低温送风中央空调水系统。本工程塔楼及裙房高层存在较大内区且常年有稳定大量余热的高层区域，设计采用变风量中央空调水系统（VAV）。塔楼每层设2台变风量空气处理机组，高层室末端内区采用低温型单风道VAV-box，外区采用低温型并联式风机动力型VAV-box，采用压力无关型控制方式。塔楼部分的新风系统通过设置在四层或塔楼屋面层的热管式热回收机组，将室外新风送至各楼层空气处理机组，该热回收机组与空气处理机组联动。裙房高层采用变风量混风热管式热回收空调机组，新风通过回收段热管与排风换热回收能耗，送、排风机均采用变频控制，以满足排风系统与新风量的调节相适应。

（2）一次回风全空气系统。

大堂、宴会厅、宴会前厅、网球场等高大空间均采用一次回风全空气系统，选用混风热管式热回收空调机组，新风通过能量回收段热管与排风换热回收部分能耗。在人员密集场所的侧墙1.5m高度或非人员密集场所的机组回风口处加装二氧化碳传感器，由传感器控制新风量的大小，空调机组风机采用变频运行。

（3）风机盘管+新风系统。

裙房及地下室部分面积较小且要求独立控制的房间如咖啡厅、网球场配套用房、公共走道、地下室后勤用房等，采用“风机盘管+新风”系统。新风处理至室内空气等焓点后送入空调房间，末端风机盘管采用直流无刷电机无级变速调节。

结语

项目严格按照国家相关节能规范执行，制冷设备亦采用R134a、R410a等高效节能型环保冷媒，多处采用行业典型节能降费设计。冰蓄冷系统合理利用峰平谷电价节省运营费用，变频水泵根据末端需求变化合理调整水泵运行台数及状态，主机采用大温差供冷措施进一步节省水泵能耗，末端采用低温送风系统减少风机能耗，空调机组采用显热回收装置回收室内排风冷热量。设计还考虑了方便控制室外新风量的措施，风柜的新风管装设有调节阀：当夏季人员密度较低时，可调低阀门开度；当过渡季节室外空气焓值小于室内空气设计状态焓值时，可直接利用室外新风为室内降温，从而减少冷机运行时间并节省能耗。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB50736-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.公共建筑节能设计标准：GB50189-2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4]赵荣义，范存养，薛殷华，等.空气调节（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.