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本文以无锡某大型综合商场的冰蓄冷主机选型为例，针对带基载的冰蓄冷系统主机、蓄冰装置选型做初步探讨，指出规范（JGJ158-2008蓄冷空调工程技术规范）在计算带基载的冰蓄冷主机时的不明确之处，以期为冰蓄冷系统的快速选型提供参考。 引言 某大型综合商场为无锡海岸城城市综合体项目的重要组成部分，配有商场、餐饮、影院、超市等 业态类型，总建筑面积约12万m2，空调建筑面积约 8.7万 m2。经过经济技术比选采用冰蓄冷空调系统，采用部分负荷蓄冷方式，蓄冰率控制在 25%以内，采用内融冰盘管式蓄冰装置（ice-on-coil systeminternal melt），采用大温差（6-13℃）二次泵水系统，蓄冰采用混凝土水槽形式。本文以该项目为例，对带基载的冰蓄冷空调系统主机进行选型，以期给出一个相对快捷的公式，计算选型双工况主机（refrigeratingunit with dual duty）、基载主机（refrigerating unit with baseload）、 蓄冰装置（cool storage device）的容量。 JGJ158-2008 蓄冷空调工程技术规程给出的计算冷源系统的公式，分为全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷，其中全负荷蓄冷的公式完全合理，计算也比较简单，这里不详细叙述。部分负荷蓄冷公式如下：[1] 制冷机名义制冷量： n2 为双工况主机空调运行时间，h； cf 为制冰系数； qc 制冷机名义制冷量，KW（RT）； qi 为 24 小时逐时负荷,KW（RT）。 对该公式条文说明的解释是，当白天制冷机在空调工况下运行时，如果计算得到的制冷机名义制冷量qc 大于该时段内 n 小时制冷机承担的逐时冷负荷qj、qk 等等，则需对白天制冷机在空调工况下运行的小时数n2 进行实际修正为n21。n21 的计算公式为：
采用以上公式（1）、（2）来计算带基载的冰蓄冷系统容量有以下几个问题：[2] （1）对于蓄冰容量（蓄冰率），一般需要事先决定，以控制蓄冰容量、蓄冰占地面积、造价估算等，在不同地区根据电价政策，一般有经验性的蓄冰率范围，或者建设方本身有意向性的蓄冰率要求，以上公式并直接未明确蓄冰率的目标参数，不能直接得出蓄冰负荷占总负荷多少的大致范围。 （2）未明确有基载主机的冰蓄冷系统的基载主机是否优先运行，实际计算时,基载主机不仅起到 在双工况主机夜间制冰时满足小负荷的作用；在白天的负荷时段，也可满负荷开启，以满足负荷的要求，不足时再开启双工况主机的空调工况,以节能运行；在商业刚刚运行，有一定除热量时，也优先开启基载主机来运行，该公式并没有明确考虑基载主机在非蓄冷时段的贡献。[3] （3）一般只有在计算了典型设计日 100%负荷平衡表后,才能明确哪些时段由公式（2）计算出的qj、qk 等比qc 小，在双工况主机、蓄冷装置及其释冷率、基载主机容量尚不明确时，无法进行条文说明中的数值比较。 （4）公式（1）中的二十四小时逐时负荷，应减去基载在 24 小时内承担的冷负荷，这样可以大大减少双工况主机和蓄冰装置的选型容量。[4] [5] 2 带基载的冰蓄冷系统选型计算方法 鉴于以上原因，笔者提供一种比较快速的选型方法。以商场选型为例来说明。 2.1 计算条件 采用部分负荷蓄冷系统，主要功能：商业与电影院。商业运行时间：9:00-22:00，总计 13 小时；电影院运行时间：9:00-02:00，总计 17 小时；夜间蓄冰时间：0:00-8:00，总计8小时。制冰性能 系数取：Cf=0.67。蓄冰率取η=25%。 2.2 典型设计日逐时冷负荷 表 1 商场逐时冷负荷值 2.3 计算选型 设计日总冷负荷 ： 62469RTH=219703KWH ，用于计算双工况主机的设计日总冷 负荷 ：Ql =50322RTH=176982KWH，设计日尖峰冷负荷为下午15点时刻：17172KW=4882RT。 2.3.1 基载主机的选型： 考虑到基载优先使用；商业业态 8：00 时刻负荷（673RT）要求及今后业态改变的可能性，选用两 台 350RT 基载主机，以满足商业使用要求。[6] 2.3.2 双工况主机的名义制冷量： Qc=η×Ql/n1cf（3） qc 为名义制冷量，KW（RT） 则 0.25×50322/8/0.67=2347RT，选择三台，则： 2347/3=782RT 取修正系数考虑 1.1，结合厂家设备档位，选择三台 q =900RT双工况主机。 q 为实选双工况主机 制冷量，RT。 2.3.3 蓄冰装置的容量为： Qs = qcfn1n（4） 900×0.67×8×3=14472RTH n 为双工况机组台数。 2.3.4 验算尖峰冷负荷的蓄冰量： 设计日尖峰冷负荷为：17150/3.516＝4877RT 尖峰冷负荷时蓄冰槽融冰承担的负荷：4882-900×3-350×2=1482RT 尖峰负荷时蓄冰槽融冰量与蓄冰槽总蓄冰量比例：1482/14472=10.2%，融冰速率满足蓄冰槽要求，可按照等额融冰模式融冰。校核尖峰时刻的融冰率是必须的，钢盘管的融冰率最大融冰率一般在 16-18%，塑料盘管一般在 12-13%，一般和融冰温度有关。10.2%满足要求。计算得到实际蓄冰率为23.2%。[7] [8] 表2 100%工况负荷平衡表
3 结语 带基载主机的冰蓄冷主机的选型，可以采用预先确定大致蓄冰率的方式直接根据公式（3）、（4） 计算。根据公式（3）、（4）初步选择的制冷设备容量及融冰率更快捷，之后再根据制作典型设计日 100% 的负荷平衡表作设备容量校核，更流畅。100%的负荷平衡表的计算是必须的。
参考文献： [1]徐伟 丛旭日 邹瑜等 JGJ158-2008 蓄冷空调工程技术规程[S] 中华人民共和国住房和城乡建设部 [2]丁高 王为 王诗萃等 全国民用建筑工程设计技术措施2009[S] 住宅和城乡建设部工程质量安全监管司 [3]张克崧 周吕军 陆耀庆 GB50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范[S] 中国计划出版社出版 [4] 胡翌 冰片滑落式冰蓄冷系统的研究 东华大学硕士论文[P]2006 年 [5]朱卫东 胡翌 刘刚 冰片滑落式冰蓄冷系统运行策略 东华大学学报(自然科学版)[J] 2007 年 01期 [6]徐伟 邹瑜 龙惟定等 JGJ176-2009 公共建筑节能改造技术规范[S] 中华人民共和国住房和城乡建设部 [7]方银贵编 蓄能空调技术[M] 机械工业出版社 2006 年 [8]于航编著 空调蓄冷技术与设计[M] 化学工业出版社 2007 年 作者介绍： 撒世忠（1975-）男，土木学士，暖通硕士，机电总监，土建高工，勘察设计注册公用设备师。 王 伟（1965-）男，暖通学士，教授级高工，勘察设计注册公用设备师。 本文对某办公楼空调系统的建设做了多方案比选，最终确定为水源热泵 VRV 方案。对水源热泵VRV的系统的设备做了设计选型，对水源热泵VRV 的建设模式、节能运行做了讨论，希望地产开发商、设计咨询、施工企业等提供参考。 0 引言 某综合建筑属于无锡太湖新城商业地块的标志性建筑之一。该超高层总高度为 149.4m，本楼的 7-21F 为办公楼业态，单层面积为1532.45m2，总建筑面积为 22986.8m2。经过业态定位及多方案比选 确定采用水源热泵VRV的空调方式。现就办公方案的方案比选及设计做详细介绍与计算。 1 方案比选 考虑到无锡太湖新城的发展及其强大的经济推动力，业主在办公业态的定位上做了详细考虑，对于 该办公楼空调系统的类型做了几种设想： 1.采用集中空调水系统，与大型商场的冰蓄冷系统合用； 2.应本地及上海高端租客的要求而设置 VAV空调系统； 3.采用普通的变制冷剂流量空调系统适应空调计费等要求； 4.采用水源热泵 VRV 空调系统满足计费及封闭式幕墙围护结构的美观要求。 经过市场调研，决策者认为小办公及家庭式办公的业态即 SOHO 仍然受到诸多潜在客户的追捧，且投资回收期快，外立面围护结构采用封闭式幕墙形式与整个商业项目的外观更协调。此决策为空调系统的选择提供了依据。笔者就以上提到的 4 种空调形式做了定性评分比较如下表 1：【1】 表一SOHO类建筑采用空调系统比较
从表格分析看，水源热泵 VRV系统获得的分值最高。因此 SOHO 采用了水源热泵 VRV 空调系统的设计方案。 2 设计选型 水源热泵 VRV 的设计方法与水环热泵系统（Water LoopHeat Pump System）类似，包括水源热泵 主机选型、夏季封闭式冷却塔(开式+板换)选型、冬季补热用锅炉选型、公共水环路的设计；末端冷剂 式系统设备选型与 VRV多联机类似，仅仅是负荷特性不同，冬季的单位面积负荷较传统 VRV 少很多。 2.1 设计介绍 考虑到水源热泵VRV空调与水环热泵不同，在一个共用主机系统内一般不能实现同时实现供冷供热模式（除非采用热回收机型），对于幕墙建筑考虑到过渡季节负荷特性不明确，因朝向不同存在同时供冷与供热的可能性，业主要求采用按照朝向分区的方式来划分区域。本设计一个楼面划分了 4 个区域，因此每层采用了 5台主机，共计75台 10HP 水冷变频室外机，其中 15 台用于承担新风负荷。设计院设 计参数如下：夏季总负荷为 2280KW，单位制冷量为 99.5W/m2；冬季总制热量为 1597KW，单位制热量为 69.7W/m2。水平环路采用同程布置，竖直环路采用了异程布置，在每层水平回水总管上设置静态平衡阀。冬季由整个项目中商场地下室设置的真空锅炉提供辅助加热，补热用水-水换热器一台 1400KW。一次水为80/60℃,二次水为 25/20℃。采用了闭式冷却塔，冷却塔采用 2 台 300m3/h 冷却塔循环水为 30/35℃； 循环水泵冬夏季合用，选择 3 台 250 m3/h，扬程32m，功率 30KW，定频运行。以下分析设计院设计参数的合理性。
2.2 设计选型分析 2.2.1 冷却塔的选型 无锡地区夏季湿球温度为 28.6℃，按照冷幅 2.5 度计算，冷却塔的供水温度应该为 31.1℃，因此 笔者认为冷却塔的标注应该为 32/37℃为合理数据。75 台10HP水源热泵VRV主机的单台制冷量为 28KW，功率为 6.1KW，流量为1.67L/s,冷却塔需要排出的热量为：（28+6.1）×75=2257.5KW，75 台主机的水容量为:125.3L/s,同时使用系数取 K=0.8，则冷却塔的流量为：【2】 L=3.6KQL/[C（T1-T2）] （1） 其中 QL为冷却塔需排除热量KW；C 为水的比热 4.178KJ/Kg/K；T1、T2 分别为冷却塔进出口温度，单位为℃；L为冷却塔的流量，单位为m3/h。 计算得出为：310.56m3/h。因此笔者认为图纸设计冷却塔选择偏大。 2.2.2 辅助加热设备的选型 系统正常运行所需总的辅助加热量 QF 为：【3】 QF=Qr（COPh－1）/COPh－Qt（COPe+1）/COPe （2） 其中 Qr 为采暖总负荷； Qt 为冬季供冷总负荷 KW； COPe 为制冷系数；28/6.1=4.59； COPh 为制热系数；31.5/5.8=5.43。 本工程冬季没有明显的内区，因此冬季制冷工况不去考虑。则总的辅助加热量为：QF=1597×(5.43－1)/5.43=1302KW。笔者认为图纸选择一台 1400KW 板换不甚合理，拟选择2台950KW 换热器较好，每台板换可以承担总的70%左右的负荷。 2.2.3 管路和水泵的选择 水管流速分环路干管采用 0.5-1.5m/s；主立管与干管采用1-2.5m/s；水泵出入口采用 1.2-2m/s。 闭式冷却塔的扬程仅为设备阻力和管道阻力，应该比开式小，开式冷却塔扬程一般在 25-30m，笔者认 为是否扬程选择较大，且水泵选择为定频运行，做真正意义上的变水量运行应该更适合水源热泵 VRV 系统的节能。 3 建设、管理模式思考 水源热泵空调系统的建设可以分为 3 个层面，一是锅炉房的建设；一是公共水环路及冷却塔的建 设；一是末端冷剂式系统的安装建设。从建设时间上看也可以分为几个步骤，可以先建设好公共水环路和锅炉房及水源热泵主机就位，等部分小业主进场装修时再行配合精装修安装室内冷媒系统。建设的单 位也可以分为三个部门，一是具有锅炉安装资质的企业对锅炉房进行集中安装与调试；二是具有水系统安装经验的企业进行公共水环路及冷却塔的安装；三是具有 VRV 施工经验及安装资质的企业进行冷媒管 的安装与调试，并进行收费计量系统的安装与调试。 4 总结 水源热泵系统是否采用需要详细的多方案比选，业态合适的才能采用，毕竟造价相对高些。 冷却塔的选型需谨慎，闭式冷却塔的价格是开式的 7-8 倍，价格较高，系统不是很大时，为了保证夏季的供冷效果建议采用闭式冷却塔，公共水环路的供回水温度都将较低，可以节省水泵扬程及末端选型的容量。 从冬季辅助加热量选型可以看出，机组的 COPh 较高，相对节能。但是，是以辅助热源的能耗为代 价的，COPh 越高，反而需要的辅助加热量越多。因此，不同地区电价与天然气等能源的价格比决定了水源热泵 VRV 系统的运行费用。我们也看到，无锡地区 SOHO 类办公楼冬季实际运行时的供热时间较短，且系统在实际运行中，很少开启新风机组，难以计量。因此冬季能耗并不是太大。如果有蒸汽等辅助热 源加热，初投资和运行费用会进一步降低。【4】 该系统由于没有可用的天然水源及可埋管的地域，没有和可再生能源耦合，否则可以省去辅助冷却塔和辅助热源，这将使该系统的建设更有意义。【5】 参考文献： 【1】水环热泵空调系统设计[M] 马最良 化学工业出版社 2005.01 【2】水环热泵空调系统设计与安装[M] 统一编号 GJBT-996 2007.01 【3】大金水源热泵 VRV 样本 2010 【4】空调用封闭式冷却塔[M]李永安 中国建筑工业出版社出版 2008.02 【5】实用中央空调设计指南[M] 区正源 中国建筑工业出版社出版 2007.07 想了解更多的冷热源信息，请扫一下我们的二维码，期待您的加入! |
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