論文1：帶基載主機(jī)的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)選型的探討
本文以無錫某大型綜合商場的冰蓄冷主機(jī)選型為例，針對帶基載的冰蓄冷系統(tǒng)主機(jī)、蓄冰裝置選型做初步探討，指出規(guī)范（JGJ158-2008蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)范）在計算帶基載的冰蓄冷主機(jī)時的不明確之處，以期為冰蓄冷系統(tǒng)的快速選型提供參考。
引言
某大型綜合商場為無錫海岸城城市綜合體項目的重要組成部分，配有商場、餐飲、影院、超市等 業(yè)態(tài)類型，總建筑面積約12萬m2，空調(diào)建筑面積約 8.7萬 m2。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，采用部分負(fù)荷蓄冷方式，蓄冰率控制在 25%以內(nèi)，采用內(nèi)融冰盤管式蓄冰裝置（ice-on-coil systeminternal melt），采用大溫差（6-13℃）二次泵水系統(tǒng)，蓄冰采用混凝土水槽形式。本文以該項目為例，對帶基載的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行選型，以期給出一個相對快捷的公式，計算選型雙工況主機(jī)（refrigeratingunit with dual duty）、基載主機(jī)（refrigerating unit with baseload）、 蓄冰裝置（cool storage device）的容量。
JGJ158-2008 蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程給出的計算冷源系統(tǒng)的公式，分為全負(fù)荷蓄冷和部分負(fù)荷蓄冷，其中全負(fù)荷蓄冷的公式完全合理，計算也比較簡單，這里不詳細(xì)敘述。部分負(fù)荷蓄冷公式如下：[1]
制冷機(jī)名義制冷量：
（1）
其中 n1 為蓄冰時間，h；
n2 為雙工況主機(jī)空調(diào)運行時間，h；
cf 為制冰系數(shù)；
qc 制冷機(jī)名義制冷量，KW（RT）；
qi 為 24 小時逐時負(fù)荷,KW（RT）。 對該公式條文說明的解釋是，當(dāng)白天制冷機(jī)在空調(diào)工況下運行時，如果計算得到的制冷機(jī)名義制冷量qc 大于該時段內(nèi) n 小時制冷機(jī)承擔(dān)的逐時冷負(fù)荷qj、qk 等等，則需對白天制冷機(jī)在空調(diào)工況下運行的小時數(shù)n2 進(jìn)行實際修正為n21。n21 的計算公式為：
（2）
采用以上公式（1）、（2）來計算帶基載的冰蓄冷系統(tǒng)容量有以下幾個問題：[2]
（1）對于蓄冰容量（蓄冰率），一般需要事先決定，以控制蓄冰容量、蓄冰占地面積、造價估算等，在不同地區(qū)根據(jù)電價政策，一般有經(jīng)驗性的蓄冰率范圍，或者建設(shè)方本身有意向性的蓄冰率要求，以上公式并直接未明確蓄冰率的目標(biāo)參數(shù)，不能直接得出蓄冰負(fù)荷占總負(fù)荷多少的大致范圍。
（2）未明確有基載主機(jī)的冰蓄冷系統(tǒng)的基載主機(jī)是否優(yōu)先運行，實際計算時,基載主機(jī)不僅起到 在雙工況主機(jī)夜間制冰時滿足小負(fù)荷的作用；在白天的負(fù)荷時段，也可滿負(fù)荷開啟，以滿足負(fù)荷的要求，不足時再開啟雙工況主機(jī)的空調(diào)工況,以節(jié)能運行；在商業(yè)剛剛運行，有一定除熱量時，也優(yōu)先開啟基載主機(jī)來運行，該公式并沒有明確考慮基載主機(jī)在非蓄冷時段的貢獻(xiàn)。[3]
（3）一般只有在計算了典型設(shè)計日 100%負(fù)荷平衡表后,才能明確哪些時段由公式（2）計算出的qj、qk 等比qc 小，在雙工況主機(jī)、蓄冷裝置及其釋冷率、基載主機(jī)容量尚不明確時，無法進(jìn)行條文說明中的數(shù)值比較。
（4）公式（1）中的二十四小時逐時負(fù)荷，應(yīng)減去基載在 24 小時內(nèi)承擔(dān)的冷負(fù)荷，這樣可以大大減少雙工況主機(jī)和蓄冰裝置的選型容量。[4] [5]
2 帶基載的冰蓄冷系統(tǒng)選型計算方法
鑒于以上原因，筆者提供一種比較快速的選型方法。以商場選型為例來說明。 2.1 計算條件
采用部分負(fù)荷蓄冷系統(tǒng)，主要功能：商業(yè)與電影院。商業(yè)運行時間：9:00-22:00，總計 13 小時；電影院運行時間：9:00-02:00，總計 17 小時；夜間蓄冰時間：0:00-8:00，總計8小時。制冰性能 系數(shù)?。篊f=0.67。蓄冰率取η=25%。
2.2 典型設(shè)計日逐時冷負(fù)荷
表 1 商場逐時冷負(fù)荷值
2.3 計算選型
設(shè)計日總冷負(fù)荷 ： 62469RTH=219703KWH ，用于計算雙工況主機(jī)的設(shè)計日總冷 負(fù)荷 ：Ql =50322RTH=176982KWH，設(shè)計日尖峰冷負(fù)荷為下午15點時刻：17172KW=4882RT。
2.3.1 基載主機(jī)的選型：
考慮到基載優(yōu)先使用；商業(yè)業(yè)態(tài) 8：00 時刻負(fù)荷（673RT）要求及今后業(yè)態(tài)改變的可能性，選用兩 臺 350RT 基載主機(jī)，以滿足商業(yè)使用要求。[6]
2.3.2 雙工況主機(jī)的名義制冷量：
Qc=η×Ql/n1cf（3）
qc 為名義制冷量，KW（RT）
則 0.25×50322/8/0.67=2347RT，選擇三臺，則： 2347/3=782RT
取修正系數(shù)考慮 1.1，結(jié)合廠家設(shè)備檔位，選擇三臺 q =900RT雙工況主機(jī)。 q 為實選雙工況主機(jī) 制冷量，RT。
2.3.3 蓄冰裝置的容量為：
Qs = qcfn1n（4）
900×0.67×8×3=14472RTH
n 為雙工況機(jī)組臺數(shù)。
2.3.4 驗算尖峰冷負(fù)荷的蓄冰量： 設(shè)計日尖峰冷負(fù)荷為：17150/3.516＝4877RT 尖峰冷負(fù)荷時蓄冰槽融冰承擔(dān)的負(fù)荷：4882-900×3-350×2=1482RT
尖峰負(fù)荷時蓄冰槽融冰量與蓄冰槽總蓄冰量比例：1482/14472=10.2%，融冰速率滿足蓄冰槽要求，可按照等額融冰模式融冰。校核尖峰時刻的融冰率是必須的，鋼盤管的融冰率最大融冰率一般在 16-18%，塑料盤管一般在 12-13%，一般和融冰溫度有關(guān)。10.2%滿足要求。計算得到實際蓄冰率為23.2%。[7] [8]
表2 100%工況負(fù)荷平衡表
冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)100%工況負(fù)荷平衡表
序 號
分時電力 時段(起始)
逐時空 調(diào)負(fù)荷(Rt)
冷量分配(Rt)
雙工況主機(jī)蓄冷(Rt)
蓄冰槽
基載主機(jī)供冷
雙工況主機(jī)供冷
蓄冰槽融冰供冷
單臺
制冷 量
數(shù) 量
總制冷量
蓄冷量(Rt)
取冷率(%)
1
(谷)0:00
375
375
603
3
1809
1809
2
(谷)1:00
319
319
603
3
1809
3618
3
(谷)2:00
280
280
603
3
1809
5427
4
(谷)3:00
0
0
603
3
1809
7236
5
(谷)4:00
0
0
603
3
1809
9045
6
(谷)5:00
0
0
603
3
1809
10854
7
(谷)6:00
0
0
603
3
1809
12663
8
(谷)7:00
0
0
603
3
1809
14472
9
(平)8:00
673
673
0
14472
0.0%
10
(平)9:00
3848
700
2700
448
14024
3.1%
11
(平)10:00
4199
700
2700
799
13225
5.5%
12
(平)11:00
4341
700
2700
941
12284
6.5%
13
(平)12:00
4454
700
2700
1054
11230
7.3%
14
(平)13:00
4618
700
2700
1218
10012
8.4%
15
(平)14:00
4784
700
2700
1384
8628
9.6%
16
(平)15:00
4882
700
2700
1482
7146
10.2%
17
(平)16:00
4805
700
2700
1405
5741
9.7%
3 結(jié)語
帶基載主機(jī)的冰蓄冷主機(jī)的選型，可以采用預(yù)先確定大致蓄冰率的方式直接根據(jù)公式（3）、（4） 計算。根據(jù)公式（3）、（4）初步選擇的制冷設(shè)備容量及融冰率更快捷，之后再根據(jù)制作典型設(shè)計日 100% 的負(fù)荷平衡表作設(shè)備容量校核，更流暢。100%的負(fù)荷平衡表的計算是必須的。
參考文獻(xiàn)：
[1]徐偉 叢旭日 鄒瑜等 JGJ158-2008 蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程[S] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部
[2]丁高 王為 王詩萃等 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施2009[S] 住宅和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司
[3]張克崧 周呂軍 陸耀慶 GB50019-2003 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S] 中國計劃出版社出版
[4] 胡翌 冰片滑落式冰蓄冷系統(tǒng)的研究 東華大學(xué)碩士論文[P]2006 年
[5]朱衛(wèi)東 胡翌 劉剛 冰片滑落式冰蓄冷系統(tǒng)運行策略 東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)[J] 2007 年 01期
[6]徐偉 鄒瑜 龍惟定等 JGJ176-2009 公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范[S] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部
[7]方銀貴編 蓄能空調(diào)技術(shù)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 年
[8]于航編著 空調(diào)蓄冷技術(shù)與設(shè)計[M] 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 年
作者介紹：
撒世忠（1975-）男，土木學(xué)士，暖通碩士，機(jī)電總監(jiān)，土建高工，勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備師。
王 偉（1965-）男，暖通學(xué)士，教授級高工，勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備師。
論文2 無錫某SOHO辦公樓水源熱泵+VRV空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及分析
本文對某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)做了多方案比選，最終確定為水源熱泵 VRV 方案。對水源熱泵VRV的系統(tǒng)的設(shè)備做了設(shè)計選型，對水源熱泵VRV 的建設(shè)模式、節(jié)能運行做了討論，希望地產(chǎn)開發(fā)商、設(shè)計咨詢、施工企業(yè)等提供參考。
0 引言
某綜合建筑屬于無錫太湖新城商業(yè)地塊的標(biāo)志性建筑之一。該超高層總高度為 149.4m，本樓的 7-21F 為辦公樓業(yè)態(tài)，單層面積為1532.45m2，總建筑面積為 22986.8m2。經(jīng)過業(yè)態(tài)定位及多方案比選 確定采用水源熱泵VRV的空調(diào)方式。現(xiàn)就辦公方案的方案比選及設(shè)計做詳細(xì)介紹與計算。
1 方案比選
考慮到無錫太湖新城的發(fā)展及其強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)推動力，業(yè)主在辦公業(yè)態(tài)的定位上做了詳細(xì)考慮，對于 該辦公樓空調(diào)系統(tǒng)的類型做了幾種設(shè)想：
1.采用集中空調(diào)水系統(tǒng)，與大型商場的冰蓄冷系統(tǒng)合用；
2.應(yīng)本地及上海高端租客的要求而設(shè)置 VAV空調(diào)系統(tǒng)；
3.采用普通的變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)適應(yīng)空調(diào)計費等要求；
4.采用水源熱泵 VRV 空調(diào)系統(tǒng)滿足計費及封閉式幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的美觀要求。
經(jīng)過市場調(diào)研，決策者認(rèn)為小辦公及家庭式辦公的業(yè)態(tài)即 SOHO 仍然受到諸多潛在客戶的追捧，且投資回收期快，外立面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用封閉式幕墻形式與整個商業(yè)項目的外觀更協(xié)調(diào)。此決策為空調(diào)系統(tǒng)的選擇提供了依據(jù)。筆者就以上提到的 4 種空調(diào)形式做了定性評分比較如下表 1：【1】
表一SOHO類建筑采用空調(diào)系統(tǒng)比較
評價項目
水源熱泵VRV
VRV
VAV
集中水系統(tǒng)
1運行費用
3
3
4
2
2安裝是否方便
3
2
2
3
3是否便于獨立計費
3
4
1
1
4因故障原因停機(jī)時間是否短
5
5
2
2
5維修費用是否低
3
3
2
2
6維修是否容易
3
3
2
2
7分批安裝是夠靈活
4
4
4
2
8噪聲是否低
3
2
2
3
9安裝費用是否低
3
4
3
2
10供給新風(fēng)功能
2
2
4
2
11使用壽命
3
3
4
4
12安裝是否容易重新調(diào)整
4
3
4
2
13控制制冷是否容易
5
5
2
3
14占用機(jī)房面積是否小
4
2
4
2
15啟動和調(diào)試是否容易
3
4
1
2
16能否快速安裝
4
5
3
4
17適應(yīng)負(fù)荷變化能力
5
2
4
2
18容量調(diào)節(jié)性能
4
3
4
2
從表格分析看，水源熱泵 VRV系統(tǒng)獲得的分值最高。因此 SOHO 采用了水源熱泵 VRV 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案。
2 設(shè)計選型
水源熱泵 VRV 的設(shè)計方法與水環(huán)熱泵系統(tǒng)（Water LoopHeat Pump System）類似，包括水源熱泵 主機(jī)選型、夏季封閉式冷卻塔(開式+板換)選型、冬季補(bǔ)熱用鍋爐選型、公共水環(huán)路的設(shè)計；末端冷劑 式系統(tǒng)設(shè)備選型與 VRV多聯(lián)機(jī)類似，僅僅是負(fù)荷特性不同，冬季的單位面積負(fù)荷較傳統(tǒng) VRV 少很多。
2.1 設(shè)計介紹
考慮到水源熱泵VRV空調(diào)與水環(huán)熱泵不同，在一個共用主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一般不能實現(xiàn)同時實現(xiàn)供冷供熱模式（除非采用熱回收機(jī)型），對于幕墻建筑考慮到過渡季節(jié)負(fù)荷特性不明確，因朝向不同存在同時供冷與供熱的可能性，業(yè)主要求采用按照朝向分區(qū)的方式來劃分區(qū)域。本設(shè)計一個樓面劃分了 4 個區(qū)域，因此每層采用了 5臺主機(jī)，共計75臺 10HP 水冷變頻室外機(jī)，其中 15 臺用于承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷。設(shè)計院設(shè) 計參數(shù)如下：夏季總負(fù)荷為 2280KW，單位制冷量為 99.5W/m2；冬季總制熱量為 1597KW，單位制熱量為 69.7W/m2。水平環(huán)路采用同程布置，豎直環(huán)路采用了異程布置，在每層水平回水總管上設(shè)置靜態(tài)平衡閥。冬季由整個項目中商場地下室設(shè)置的真空鍋爐提供輔助加熱，補(bǔ)熱用水-水換熱器一臺 1400KW。一次水為80/60℃,二次水為 25/20℃。采用了閉式冷卻塔，冷卻塔采用 2 臺 300m3/h 冷卻塔循環(huán)水為 30/35℃； 循環(huán)水泵冬夏季合用，選擇 3 臺 250 m3/h，揚(yáng)程32m，功率 30KW，定頻運行。以下分析設(shè)計院設(shè)計參數(shù)的合理性。
圖 1 水源熱泵VRV系統(tǒng)局部圖
2.2 設(shè)計選型分析
2.2.1 冷卻塔的選型
無錫地區(qū)夏季濕球溫度為 28.6℃，按照冷幅 2.5 度計算，冷卻塔的供水溫度應(yīng)該為 31.1℃，因此 筆者認(rèn)為冷卻塔的標(biāo)注應(yīng)該為 32/37℃為合理數(shù)據(jù)。75 臺10HP水源熱泵VRV主機(jī)的單臺制冷量為 28KW，功率為 6.1KW，流量為1.67L/s,冷卻塔需要排出的熱量為：（28+6.1）×75=2257.5KW，75 臺主機(jī)的水容量為:125.3L/s,同時使用系數(shù)取 K=0.8，則冷卻塔的流量為：【2】
L=3.6KQL/[C（T1-T2）] （1）
其中 QL為冷卻塔需排除熱量KW；C 為水的比熱 4.178KJ/Kg/K；T1、T2 分別為冷卻塔進(jìn)出口溫度，單位為℃；L為冷卻塔的流量，單位為m3/h。
計算得出為：310.56m3/h。因此筆者認(rèn)為圖紙設(shè)計冷卻塔選擇偏大。
2.2.2 輔助加熱設(shè)備的選型
系統(tǒng)正常運行所需總的輔助加熱量 QF 為：【3】
QF=Qr（COPh－1）/COPh－Qt（COPe+1）/COPe （2）
其中 Qr 為采暖總負(fù)荷；
Qt 為冬季供冷總負(fù)荷 KW；
COPe 為制冷系數(shù)；28/6.1=4.59；
COPh 為制熱系數(shù)；31.5/5.8=5.43。
本工程冬季沒有明顯的內(nèi)區(qū)，因此冬季制冷工況不去考慮。則總的輔助加熱量為：QF=1597×(5.43－1)/5.43=1302KW。筆者認(rèn)為圖紙選擇一臺 1400KW 板換不甚合理，擬選擇2臺950KW 換熱器較好，每臺板換可以承擔(dān)總的70%左右的負(fù)荷。
2.2.3 管路和水泵的選擇
水管流速分環(huán)路干管采用 0.5-1.5m/s；主立管與干管采用1-2.5m/s；水泵出入口采用 1.2-2m/s。 閉式冷卻塔的揚(yáng)程僅為設(shè)備阻力和管道阻力，應(yīng)該比開式小，開式冷卻塔揚(yáng)程一般在 25-30m，筆者認(rèn) 為是否揚(yáng)程選擇較大，且水泵選擇為定頻運行，做真正意義上的變水量運行應(yīng)該更適合水源熱泵 VRV 系統(tǒng)的節(jié)能。
3 建設(shè)、管理模式思考
水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)可以分為 3 個層面，一是鍋爐房的建設(shè)；一是公共水環(huán)路及冷卻塔的建 設(shè)；一是末端冷劑式系統(tǒng)的安裝建設(shè)。從建設(shè)時間上看也可以分為幾個步驟，可以先建設(shè)好公共水環(huán)路和鍋爐房及水源熱泵主機(jī)就位，等部分小業(yè)主進(jìn)場裝修時再行配合精裝修安裝室內(nèi)冷媒系統(tǒng)。建設(shè)的單 位也可以分為三個部門，一是具有鍋爐安裝資質(zhì)的企業(yè)對鍋爐房進(jìn)行集中安裝與調(diào)試；二是具有水系統(tǒng)安裝經(jīng)驗的企業(yè)進(jìn)行公共水環(huán)路及冷卻塔的安裝；三是具有 VRV 施工經(jīng)驗及安裝資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行冷媒管 的安裝與調(diào)試，并進(jìn)行收費計量系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。
4 總結(jié)
水源熱泵系統(tǒng)是否采用需要詳細(xì)的多方案比選，業(yè)態(tài)合適的才能采用，畢竟造價相對高些。 冷卻塔的選型需謹(jǐn)慎，閉式冷卻塔的價格是開式的 7-8 倍，價格較高，系統(tǒng)不是很大時，為了保證夏季的供冷效果建議采用閉式冷卻塔，公共水環(huán)路的供回水溫度都將較低，可以節(jié)省水泵揚(yáng)程及末端選型的容量。
從冬季輔助加熱量選型可以看出，機(jī)組的 COPh 較高，相對節(jié)能。但是，是以輔助熱源的能耗為代 價的，COPh 越高，反而需要的輔助加熱量越多。因此，不同地區(qū)電價與天然氣等能源的價格比決定了水源熱泵 VRV 系統(tǒng)的運行費用。我們也看到，無錫地區(qū) SOHO 類辦公樓冬季實際運行時的供熱時間較短，且系統(tǒng)在實際運行中，很少開啟新風(fēng)機(jī)組，難以計量。因此冬季能耗并不是太大。如果有蒸汽等輔助熱 源加熱，初投資和運行費用會進(jìn)一步降低?！?】
該系統(tǒng)由于沒有可用的天然水源及可埋管的地域，沒有和可再生能源耦合，否則可以省去輔助冷卻塔和輔助熱源，這將使該系統(tǒng)的建設(shè)更有意義?！?】
參考文獻(xiàn)：
【1】水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計[M] 馬最良 化學(xué)工業(yè)出版社 2005.01
【2】水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與安裝[M] 統(tǒng)一編號 GJBT-996 2007.01
【3】大金水源熱泵 VRV 樣本 2010
【4】空調(diào)用封閉式冷卻塔[M]李永安 中國建筑工業(yè)出版社出版 2008.02
【5】實用中央空調(diào)設(shè)計指南[M] 區(qū)正源 中國建筑工業(yè)出版社出版 2007.07
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