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摘要：不合理的设计概念，不负责任的设备选型数据，即使在进行水环热泵这种较为简单的空调系统设计时，也会造成面目全非的设计结果，进而给业主招投标、造价核算、材料采购、工程实施、工期质量造成很大困扰，并可预见会对今后运营管理能耗造成极大浪费。本文通过对无锡海岸城商业街A地块小商业6144m2水环热泵空调系统的设计选型进行剖析、更正，并对水环热泵空调系统中主要设备的设计选型进行探讨，以期为商业建筑中水环热泵空调系统的设计提供实例参考。 关键词：水环热泵 冷热源 优化 0 引言 无锡海岸城27#地块ABC商业街位于无锡太湖新城观顺道与观山路交界处，为14万m2商业建筑，配有家乐福、迪卡侬等商业，A地块出售小商铺部分空调建筑面积为6144m2，其中43%面积为餐饮，53%面积为非餐饮，4%面积为公共区域，采用了水环热泵（GSHP）空调系统，末端设置整体吊装水环热泵机组。采用此系统至少有以下主要原因：1）该系统设计简单，造价较低；2）没有复杂的冷热机房，运行管理方便；3）便于计量，空调系统70-80%的用电量在小业主电表内就可以结算，20-30%的公共设备能耗可以通过物业费的方式进行结算。现先就本系统优化前与优化后的设计做对比分析。 1 原设计主要设备选型及设计不合理性分析 原设计夏季供冷，采用了2台277m3/h（湿球温度Ts=29.3℃）开式冷却塔，冷却塔循环水温为31-36℃，冷却塔一次侧采用了2台（95m3/h，18m）冷却水泵，采用了2台板换（1550KW）；公共水环路二次侧水温为33-38℃，公共水环路采用了二次泵，公共水环路一级泵为2台（245m3/h，18m）泵，公共水环路二次泵也为2台泵（245m3/h，24m），且并未分区。 原设计冬季供热，采用2台460KW真空锅炉，均设置在屋面，一次侧热水泵采用2台，一次侧供回水温度为80-60℃，冬、夏季采用了2台独立板换，公共水环路二次侧一级泵热水泵为2台，同样公共水环路的供冷用二级泵也为冬季供热使用。 笔者认为该系统设计的不合理性有如下几条：1）冷却塔选型混乱，标注不合理，277m3/h的冷却塔，样本找不到，还需要折算，给招投标带来麻烦，湿球温度Ts=29.3℃没有设计依据；2）该系统仅6000多m2的系统，负荷侧采用二次泵没有任何必要，且二次泵概念使用错误，二次泵未分区，也未采用变频措施，且水泵扬程未经过核算，一次泵+二次泵扬程高达42m，明显偏大；3）不合理的设置二次泵导致装机容量增加，控制程度复杂，浪费资金；4）水泵未采用备用泵，明显不合理；5）锅炉选型明显偏大，导致锅炉本体、配套水泵、板换、管径、燃气系统（调压箱、阀门、管路）投资明显增加；6）供热用真空锅炉，可以采用混水器直接与水系统串联，没有必要再设置板换，浪费能源与材料。 2 实施设备选型分析及系统设计优化 根据鸿业负荷计算软件，本系统的夏季冷负荷为1220KW，单位冷负荷为：198W/m2，冬季热负荷为488KW，单位热负荷为79W/m2。根据以上设计的不合理性分析，及考虑实际运行情况及使用设备的档次，更改设备选型如下表1所示（请横屏查看）。
3 水环热泵系统选型的几个问题探讨 由于冷却水温度、冷却水量对水环热泵夏季工作的效果至关重要，经济、合理的设置水环热泵系统的显得极为重要。以下就几个重要问题作探讨。在探讨之前，首先分析一下夏季工况水环热泵整体吊装主机的夏季工作温度适应性。综合考察目前国内主流厂家提供的数据样本，夏季整体式水环热泵的机组修正系数变化曲线如下图1所示。 图一 夏季水环热泵水温下的修正系数 从图表中可以看出，当进水温度在30℃时，修正系数为1，当温度为40℃时，修正系数为0.92，40℃一般被认为是水环热泵机组停机保护的极限值，当进水温度为35℃时，修正系数为0.97，因此只要进水温度不超过35℃，可以认为对水环热泵机组的供冷能力无影响。这为冷却塔和板换的温度选择提供了依据。 3.1 开式冷却塔+板换系统的水温选择 假定冷却塔选型为标准塔，即32-37℃循环，板换温度可以选择的温差为ΔT=1℃,1.5℃,2℃。则水环热泵进水温度分别为33℃，33.5℃，34℃，均不超过35℃。因此，可以选择标准工况下的冷却塔，以节省冷却塔的造价成本。板式换热器可以选择1℃温差，1.5℃温差甚至2℃温差，考虑到冷却塔、换热器、水泵、管路设备均设置在屋面，夏季环境温度较高，本次设计采用了1.5℃温差，根据新规范2013中的规定，水源热泵机组的系统中板换的附加系数为1.15-1.25。 3.2 选择开式冷却塔与闭式冷却塔的对比 选择闭式冷却塔不存在板换的换热温差和换热损失，一般认为效果优于开式冷却塔+板式换热器的组合。但从机组进水温度看，32℃与33.5℃或34℃进水对主机冷量修正几乎可以忽略不计，因此无论采用开式塔+板换或采用闭式塔对整个系统的运行并无较大影响。但闭式塔的价格是开式塔价格的5-8倍，我司曾采购的用于SOHO办公楼水冷VRV空调系统的2台250m3/h闭式冷却塔的造价核算出来为开式塔的5.6倍。因此从造价的角度，采用开式+板换是较合理地选择。 3.3冷却塔和锅炉的选型探讨 水环热泵空调系统辅助冷热源中冷却塔和锅炉的选型必须依据现有生产厂家的设备性能。以下罗列了几个主流厂家的设备性能，如表2所示： 从表2可以看出， 1）制热工况下，无论采用合资还是国产品牌，不同系列平均制热COP均>4，因此辅助锅炉的选择，可以在计算总制热量的基础上，至少折减0.75倍； 2）制冷工况下，新环保冷媒R410A的制冷COP一般高于R22冷媒，合资品牌的制冷COP一般高于国产品牌制冷COP，在冷却塔选型时，可以根据采用的机型及厂家的平均COP乘以1.25-1.4左右的放大系数； 3）根据无锡地区的室外设计参数Ts=28.1℃（2013新规）工况下，根据计算总冷负荷乘以放大系数后，计算出总水量后，按照29℃湿球状态下来修正（无锡的习惯做法，2003规Ts=28.6℃，按29℃修正），可以选择出合理的冷却塔；同样如果按照计算总冷负荷换算到美国冷吨，按照1USRT对应1m3/h来估算，计算出的冷却塔选型基本与上述方法数值一致。 3.4关于对二次泵水系统必然导致大流量小温差的诠释 二次泵系统有两级水泵，一般设计时都考虑了过大的安全余量，普遍存在选型偏大的问题。目前很多工程无法真正实现变流量调节，甚至国内很多二次泵在实际运行时，二次泵前面的供回水旁通管完全关闭，从不打开，这样的系统实质成为两级水泵串联的一次泵系统，由于水泵选型偏大，其结果就是大流量小温差运行，效率低、能耗高。 末端侧流量高于冷机侧额定流量是系统经常出现的现象，如果采用二次泵系统，只能是旁通管反向流动，即部分末端侧高温回水经旁通管流向供水侧，与冷机出水掺混，提供了末端侧的供水温度，使得末端侧的换热量下降，从而末端对水量的需求进一步提高，导致旁通流量进一步提高，掺混更加严重，末端供水温度进一步上升，形成恶性循环。这是许多二级泵系统不能实现节能的重要原因。 有些系统由于末端缺少调控手段，导致近端支路流量过大，远端压差不足，进而远端流量不足。在实际运行中，一旦流量调小，部分末端就会由于流量不足而“过热”，所以宁可提高（降低）供水温度，大流量、小温差，也不能降低（提高）供水温度、小流量、大温差。 因此，二次泵系统需要慎用，管路特性确实不同或者各个环路阻力相差确实很大的情况下，才可以用，否则本身装机容量很大的二次泵将会导致能耗更大。 4 结语 合理的水环热泵空调系统设计与设备选型是每个暖通设计师的义务与责任，这就要求每位工程师在方案阶段精心设计多方求证、合理选型，暖通设备选型正确合理了，相应地建筑结构设计、配电设计、燃气设计、自动控制设计才趋于合理，进而业主招投标、造价核算、材料采购、工程实施、工期质量才能得到保证，商业运营才有可能做到节能环保，优化运行管理。简单的水环热泵空调系统如此，复杂的暖通系统更是如此，可以预见，采用了较好的空调系统形式，如果设计不合理、施工不到位、或者在实施过程中被别有用心的人任意操纵，只能延误新事物、新系统的推广与发展。 参考文献： 1.美意技术手册 2.欧科技术手册 3.天加技术手册 4.06K504水环热泵空调系统设计与安装 本篇文章作者撒世忠，由作者原创，已获授权，分享供学习！感谢您的阅读，如果您觉得对您有用，那就点个  |
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