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水源熱泵冷熱水機組工程實例
2014-04-04  來源:廣州恒星    發布者:admin

       深圳皇城廣場中央空調熱水節能改造工程

一、項目簡介

  深圳市皇城廣場位于深圳市福田區皇崗口岸福田南路7號,占地面積17500㎡,由一棟31層寫字樓,兩棟公寓樓和商業裙樓構成,總建筑面積138000㎡。主要配套設施有:32層寫字樓34284㎡,兩棟32層公寓樓共72631㎡,4層商業裙樓31085㎡。其中商業裙樓設有各類功能小型商場等20個;大堂吧2個,中式餐廳2間,包房13間,港式餐廳5間;桑拿休閑中心3處;室外恒溫泳池1座。

  皇城廣場于1996年投入使用??盞饗低秤?0臺500RT離心式冷水機組供冷,分三個區,寫字樓高區,寫字樓低區,商業裙樓。公寓樓不供冷?;食槍慍⌒醋致タ盞髏磕?月至10月共六個月供冷,每天供冷時間為8:00至18:00;裙樓空調每年5月至10月共六個月全日供冷,其余月份通風排氣。桑拿及餐飲業常年需要制冷或采暖,經業主和租戶討論,確定裙樓2層進行空調及熱水節能改造。二樓餐廳及桑拿建筑面積7771.25㎡全年需空調,室外1座25×20㎡泳池過渡季節及冬季需恒溫。

  項目為中央空調及熱水一次供熱系統改造。項目熱水每天需求量:100m3,全年全天24小時供應50~55℃熱水。

  原熱水系統熱源為天然氣熱水鍋爐,提供60℃熱水。現已改為水源熱泵智能冷熱水機組作為冷熱源,直接為二樓餐廳及桑拿區域提供50~55℃熱水,在制冷或制熱熱的同時,為空調系統提供部分免費的熱水或冷凍水,達到節能的*大化,制熱時進行冷回收,制冷時全熱回收或部分熱回收。
  

二、項目技術特點

  水源熱泵冷熱水機組技術的應用。傳統空氣源熱泵熱水機組制熱時的副產品冷量冷風未作利用,直接排至室外。水源熱泵熱水機組在制熱的同時,將副產品冷量用于降低水溫供給空調系統使用,水源熱泵熱水機組與普通空氣源熱水機組采用表面換熱器不同,采用“冷媒――水”熱交換器。制冷時水源熱泵智能熱水機組實質為全熱回收熱水機組,空調要求大于熱水時,全熱回收運行。
   

三、水源熱泵冷熱水系統的運行策略
       機組每年11~12月至次年的3~4月,由于裙樓不供冷,此時機組蒸發器應以滿足7771.25㎡桑拿餐廳空調使用,冷凝器全熱回收制取熱水,當冷凝器端熱水出水達到52℃時,通過比例三通閥將熱水部分或全部接入閉式冷卻塔進行散熱,機組變為水冷系統或部分熱回收保證空調可靠制冷供空調使用;次年的1~2月該段時間機組冷凝器以熱水工況運行,以7771.25㎡桑拿餐廳空調水源為低溫源,即提取冷凍水的熱量使冷凍水降溫供空調使用,將提取的熱量和壓縮機電熱量轉化為高溫熱水,當冷凍水溫度低至7℃以下通過管道自動切換接通裙樓31085㎡為低溫熱源制取熱水,有足夠換熱低溫源進行散冷,保證熱水系統穩定高效智能運行。


四、水源熱泵機組相關計算及選型

(一)方案選型依據

       1、《采暖通風及空氣調節設計規范》GB50019—2003

  2、《機械設備安裝工程施工及驗收規范》TJ231-78

  3、《建筑給水排水設計規范》GB50015-2002

  4、《采暖與衛生工程施及驗收規范》GBJ243-82

  5、《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005

  6、用戶要求

  7、皇城地產物業管理公司提供的空調數據。

(二)熱水設備選型計算參數

       1、自來水平均*低水溫tw=10℃,此參數作為選型用。

  2、自來水年平均水溫tp=23℃,持續時間按365天計算

  3、室外*低氣溫ta=5℃,此參數作為桑拿區域散冷不足時切換大系統的依據。

  4、用熱平均水溫t=50~55℃,按51℃計。


(三)空調設計計算參數

  1、夏季空調室外計算參數(參照深圳)

   干球溫度td=33.5℃   濕球溫度tw=27.9℃

  2、冬季空調室外計算參數

     干球溫度tdw=5℃     相對濕度:70%

     3、夏季空調室內計算參數



      4、冬季空調室內計算參數(運行時設定溫度參數)



(四)機組正常選型計算

4.1、冷負荷計算

秋春季酒店類項目按建筑面積冷指標86.0W/㎡估算

冷負荷Ql=86.0*7771.25/1000=668.3KW

4.2.1 淋浴熱水負荷計算

自來水溫按10℃度計算, 50℃度熱水100噸/天,熱水小時變化系數2.9計,

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

4.2.2  恒溫泳池熱負荷估算

恒溫池溫度為24~27℃,按0.41kw/h㎡計

熱負荷Qp=0.41×25×20=205.KW/h

4.2衛生熱水供熱負荷

衛生熱水總負荷Qt=Qr+Qp=767.1KW/h

4.3、冬季采暖負荷計算

深圳地區酒店桑拿類項目按建筑面積采暖指標15.0 W/㎡估算

熱負荷Qf=15*7771.25/1000=116.6KW


4.4、熱水全年平均日負荷

自來水溫按23℃度計算, 50℃度熱水100噸/天計,

熱負荷Qau=1.163*100*(50-23)=3140.1KW/d

平均時負荷Qauh=1.163*100*(50-23)÷24×2.9=379.4KW


4.5、機組設備選型及使用

  根據負荷計算結果、經濟性考慮及實際使用和備用原則,根據項目的實際以熱水需求及春秋兩季空調運行需要,選用2臺“宏星”牌水源熱泵螺桿冷熱水機組,型號分別為40STD-500WHS3和40STD-180WHS3,二用 ,設備置于負二層。

 冷熱源設備主要參數如下: 



4.6、冬季冷負荷消耗必須面積

設備負荷672KW,按建筑面積冷負荷指標25.0 W/㎡估算空調換熱面積??盞髏婊鼳=672÷0.025=26880㎡<31085㎡,應能滿足散冷需求。


供冷、供熱解決方案

    根據負荷計算及選型結果,設備運行使用:

夏季:

  空調:空調統一使用大廈空調,夏季6個月全天供應冷氣。

  熱水:只需開啟1臺水源熱泵螺桿冷熱水機組40STD-180WHS3即可滿足全天熱水需求,熱水運行時間T=3140.1/208=15.0小時,即機組每天運行15小時即可滿足全天熱水負荷需求,同時,冷氣回收接入大廈裙樓系統,回收冷量3140.1÷208×(208-44.6)=2466.8KW。

過渡季節:

     空調:11月、12月,3月4月由于大廈停止供應冷氣,酒樓桑拿的空調需求668.3KW大于熱水需求379.4KW。兩臺水源機組制冷量672KW以全熱回收空調冷水工況運行,熱水制熱余量(788-379.4)408.6KW,通過閉式冷卻塔進行散熱,達到冷熱平衡。

     熱水:機組熱回收供應。

   冬季:

     空調:由于餐廳與桑拿冷熱需求矛盾,*惡劣環境下桑拿部分按摩房間需要采暖;餐廳則需要供冷,故桑拿按摩房間風機盤管為帶PTC陶瓷暖風盤管,也可供冷。

     熱水:2臺水源熱泵冷熱水機組開啟,滿足熱水及恒溫需求所需運行時間為T1=9572/788≈12小時,考慮到冬季環境溫度低有所降低及熱水負荷比夏季熱負荷大的因素,低溫源接通整個裙樓方能保證2臺機組運行。運行時間12小時即可滿足熱水負荷需求。  過渡季節水源熱泵熱水機組還可提供部分冷負荷給需要供冷的客房使用,一套設備,滿足兩種需求。


(六)節能措施

1、嚴格執行國家相關節能規范,從建筑設計上滿足建筑的保溫隔熱性能達到節能要求指標。本項目根據《公共建筑節能設計標準GB50189-2005》進行節能設計。

2、空調冷負荷按單位冷負荷計算,本次設計的春秋冷負荷共668.3KW,由于主機選型已計算同時使用系數,本次選春秋季主機冷源,總冷量為(496+176)672KW。

3、淋浴及室外恒溫泳池熱水負荷按單位冷負荷計算,設計的熱負荷共767.1KW,由于主機選型已計算同時使用系數,本次選冬季主機熱源,總制熱量為(580+208)788KW。

4、本項目采用水源熱泵冷熱水機組的制冷性能系數(制冷量<528KW)COP=3.9及3.7W/W,水

本項目采用水源熱泵冷熱水機組的制熱性能系數COP=4.9及4.7W/W,機組冷熱均利用,故水源熱泵螺桿冷熱水機組的綜合性能系數COP≥8.8及8.4W/W,符合《公共建筑節能設計標準GB50189-2005》。

5、本設計空調新風(含初效過濾)的風機的單位風量耗功率W原設計及工程方負責考慮?!博?.46〕

6、本設計空調系統冷水系統的*大輸送能效比ER=0.0212?!博?.0241(夏熱冬暖地區)〕。

*大輸送能效比計算依據:

ER=0.002342H/(δT·η)
式中H――水泵設計揚程(m)

   δT――供回水溫差(℃)5

   η――水泵在設計工作點的效率(%)

   冷凍泵1*大輸送能效比ER=0.002342×28.5/5/0.73=0.0183

   冷凍泵2*大輸送能效比ER=0.002342×28.5/5/0.63=0.0212

   冷卻泵1*大輸送能效比ER=0.002342×20.0/5/0.76=0.0123

   冷卻泵2*大輸送能效比ER=0.002342×20.0/5/0.68=0.0138


 7、空調水泵參數


8、DDC數字控制技術應用:秋春季冷負荷大于熱水負荷,當用熱量不足影響制冷時,閉式冷卻塔按比例投入散熱;冬季熱水負荷大于制冷負荷,當桑拿餐廳區域7771.25㎡無法消耗冷量或出水溫度≤4℃時,凍水系統自動按比例切入整個裙樓31085㎡,從而保證機組提取能量。


五、節能經濟分析

  節省直接費用

  深圳地區為海洋氣候特點,夏季天氣炎熱,全年供冷時間較長。每年除了約15天的冬季外,桑拿酒店空調制冷運行時間長達350天,而衛生熱水則全年365天均需提供。按每天實際制取生活熱水A=100000升(Ltr),則在此期間熱水所需總熱量為:

   Q熱=A×(t1-t2)×C×365

     Q熱:機組所產生的熱量,千卡(kcal)

     A: 每天產生的熱水量,升(Ltr)

     t1: 全年熱水平均溫度,51℃

     t2: 自來水年平均溫度,23℃

     C: 水的比熱,kcal/㎏.℃

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

   下表給出該大廈原采用燃氣鍋爐及冷回收熱水機組產1,022,000,000kcal熱量所需運行費用對比為:

  上述分析表明:如果采用天然氣鍋爐,每年運行費用為761,179.50元,制每噸水費用為20.90元/噸,而采用冷回收熱水機組費用為297,093.00元,每噸水的制取費用8.20元/噸。

  間接費用

  免費制取的冷量:冷回收收熱水機組制熱同時可進行冷量回收,免費提供于空調系統,機組全年制取熱水的同時提供的制冷量為:1,022,000,000÷4.7×3.7÷860=935,526KW(4.7為熱水機組年平均能效比,3.7為熱水機組制冷平均能效比,860為熱功當量)。

  舊型號離心冷水機組能效比以5.0算,可節省的運行電量為935,526/5.0=187,105.20KWh,為中央空調節省的運行費用(電費按1.00元/kwh計):187,105.20×1.00=187,105.20元

機組在制熱時運行的費用減去免費制取冷量為中央空調節省的運行費用后實際所需要的費用為:297,093.00-187,105.20=109,987.80 元

鍋爐與熱水機組的年運行費用

天然氣鍋爐運行費用:761,179.50元

水源熱泵冷熱水機組年運行費用:109,987.80 元

  機組全年運行可節能的費用為:761,179.50-109,987.80=651191.70元

  由此可見,采用恒星水源熱泵冷熱水機組制取衛生熱水,可全年為桑拿提供衛生熱水,同時又可為該大廈提供部分舒適的冷氣,理論上節能效果是相當顯著,能給項目帶來可觀的經濟效益。目前,該系統設備經本公司調試已運行先后兩年,實際節能效果系統運行兩年后水、氣、電消耗對比檢驗證實,系統可靠,節能效果明顯,給項目帶來了可觀的經濟效益。

  恒星水源熱泵冷熱水機組適用于空調和熱水需求較大的場所。在大型酒店、醫院、工廠項目的冷熱源設備的配置,適合配套適當規模的水源熱泵冷熱水機組,值得推廣。

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