艾默生杯成功案例(三)
 

数码水冷多联水源热泵
——在绿色与低能耗综合示范楼设计及应用

深圳麦克维尔空调有限公司                陆剑平
湖南省工业设备安装有限公司            杨宗剑
广州凯荣都国际大酒店                        刘建波

一、工程概况:

福建省建筑科学研究院闽侯基地位于闽侯北部铁岭工业集中区内,用地50亩左右。基地内已设计11座厂房及配套建筑,示范楼位于基地东北角,为整个基地的办公场所。示范楼总建筑面积约7200m2,楼高24米,共六层。地下一层为多功能厅及设备用房,地面一层、二层为绿色建筑及研究成果的展示空间,三~六层为办公空间、试验室及人员活动空间。

二、设计依据:

(1)《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
(2)《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045--2006
(3)《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2006(2005版)
(4)《公共建筑节能设计标准》 GB 50189-2005
(5)《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93
(6)《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
(7) 甲方要求(设计任务书)

三、空调设计参数

1、室外气象参数(福州地区)
室外气象参数(福州地区)

2、室内设计参数

室内设计参数

四、空调设计方案

1)项目定位及要求

根据省科技厅下达的福建省建科院建设《绿色建筑技术重点试验室》任务要求,以及福建省建科院承担省科技重大专项项目“建筑节能关键技术研究和应用示范”研究内容要求,把示范楼建造成为“三星级绿色建筑”和 “低能耗建筑”(节能率达70%以上)。而在办公建筑能耗中,空调系统能耗占比高达40%,甲方在选择空调时重点关注空调方案和设备的高效性、节能性和环保性,明确主机噪声值不高于55db(A),不能采用锅炉等有大量CO2排放的供暖方式等。

2)冷热源选用

示范楼将建成绿色与低能耗综合建筑,节能环保理念将涵盖整个空调系统的设计,冷热源作为系统的冷热供应来源,其节能性和环保性非常重要,传统的冷却塔和锅炉冷热源效率低、噪声大、CO2排放量高,已不能满足该项目的节能环保需求。福州为沿海城市,地下水资源丰富,地下水作为一种可再生能源,能源利用效率较高,CO2排放量低,现有技术条件能够达到设计要求,应用于该项目在福建省具有很强的示范意义。
此外,对于以办公为主要功能的建筑,由于人员流动比较频繁,应加强空调系统的独立运行管理,以达到空调系统合理运行的目的,所以采用多联机系统比较合理。
综合以上因素,示范大楼采用地下水水源多联机中央空调系统。
示范大楼中央空调夏季冷负荷约为840kW,冬季热负荷约为421kW,采用打井抽取地下水方式,并采取有效的地下水回灌措施,冷却水量65t/h;设计三口抽水井,六口回灌井,每口井设计出水量25t/h,回灌量为15t/h。

3)空调系统分区设计

3.1空调方案设计:根据业主要求、房间功能及使用情况,整个空调系统分为十四个小系统,由单独的麦克维尔水冷多联室外机和若干台室内机进行独立控制,部分负荷或部分空间使用时,能够灵活调节有效减少空调系统能耗,并通过麦克维尔网关接入楼宇系统,统一由楼宇系统控制,实现智能化操作、监视和管理。3.2新风方案设计:各小系统的新风由单独的麦克维尔全热交换新风机独立提供,并通过CO2浓度控制其开启,将排风与新风进行能量交换,即节能又环保。根据麦克维尔数码多联机组选型软件计算,空调设备选型见下表:

4)数码水冷多联机组介绍

数码多联水源热泵机组具有以下优势:

更节能:麦克维尔MDS-W 数码多联水源热泵机组采用全球首创的双变技术:变制冷剂流量(VRF)与变水流量(VWF),是将最新高科技的数码变容量创新性的引入到水冷机组领域的一次应用变革。打破了数码变容量技术仅应用于风冷多联机组的局面,通过高效的水冷换热技术,进一步提升了传统多联机组的能效比;也使普通型的水源热泵具备了精确的部分负荷能力调节,最大可实现容量2.5%~100%范围无级调节,提高了水源热泵的综合能效比(IPLV)。

更灵活:数码多联水源热泵机组采用数码压缩机,压缩机通过PWM 阀(脉冲宽度调节阀)进行能力输出的加减载,再配合电子膨胀阀精确的制冷剂控制技术使数码多联水源热泵机组能适应更低的进水工况,拓宽了水源热泵的应用领域,使整个系统具备更灵活的设计工况,更多的辅助热源形式可选,从而大大提升了设计与应用的灵活性。

更智能:数码水冷多联室内机出厂时均带有控制器,可进行开/关机、温度设定、模式设定、风速设定等设置,除单机控制外,对多台机组控制时还具备集中线控、集中监控软件、楼宇自控连接等集控方案。

绿色能源可利用:MDS-W数码多联水源热泵机组热源种类多,可使用循环可再生的地热能源,可利用深层地下水以及湖泊水的能量,也可使用土壤中的能源。这些能源都是依靠太阳能的辐射与大地特性,也是可循环再生的绿色能源。

更多优势:相对于风冷多联机组,数码多联水源热泵室外机的运动部件仅为压缩机,运转声音宁静。从而可安装于靠近室内的位置,减小室内外机之间的连管间距,进一步减少因长距离连管带来的能力衰减,也减少管道中制冷剂的充注量。而且室外机之间不再需要吸排风间距,可减少主机安装面积。

5) 空调水系统设计方案
方案水系统图如图一,采用开式系统。地下水出来后经过射频自动排污过滤器除去沙子、细石和菌藻有机物。取水井与回灌井之间定期回扬,交替使用,避免因长期回灌引起回灌能力下降。

  图一 水系统设计图

图一 水系统设计图
 

6) 空调冷媒系统和空调新风系统方案

地下一层空调方案如图二示:数码水冷多联室外机统一放置于地下层一楼空调机房,通过冷媒管布管到各小系统供各功能房制冷供暖。

图二,地下室冷媒管平面图

图二,地下室冷媒管平面图
 

第1、4、6层空调及新风系统图如图三,地下室到6层,每层均设置两台麦克维尔全热交换新风机,新风机组分别放置于左、右两侧,承担左、右两侧新风负荷。

图三,1、4、6层空调及新风系统平面图

图三,1、4、6层空调及新风系统平面图

五、空调运行效果分析

稳定:数码多联水源热泵机组最大可实现容量2.5%~100%范围无级调节,系统采用一次制冷剂能量的直接传递以及智能温度控制,能根据水温变化与室内设定温度,瞬时实现不同能量输出,快速达到设定温度。更采用地下水系统,地下水水温一年四季相对稳定,不受室外环境温度变化影响,系统运行更稳定。

舒适:麦克维尔数码多联水源热泵机组采用电子膨胀阀调节装置,控制更精确,配合数码调节输出冷(暖),使制冷系统形成动态匹配,从而使室内环境温度更接近设定温度,波动范围±0.3℃,室内空调环境更舒适。

健康:科学研究表明,空气湿度越高,细菌越容易滋生,MDS-W数码多联水源热泵机组优异的除湿性能有效地抑制了细菌的再生,防止室内物品发霉,杜绝了室内空气被污染,加之麦克维尔全热交换新风机强大的新风处理能力,彻底改善整个大楼的室内空气品质。

宁静:麦克维尔数码多联水源热泵机组运转宁静,并且无电磁干扰,为营造健康宁静的办公和实验环境奠定了基础。

节能:采用地下水系统,系统效率高,能耗低,更采用数码变容量压缩机,可根据室内负荷的变化而动态容量调节,最大可实现容量2.5%~100%范围无级调节,在部分负荷下,机组能效依然强劲,真正实现按需制冷供热,降低能耗。

无热岛效应:传统风冷机组和燃煤/燃油锅炉在运行时向大气中排出高于周围环境温度的热空气,在机组周围形成小型的“热岛”,受楼层数、摆放位置、百叶特性、大气条件诸多因素,很容易造成气流短路,严重影响空调机组性能和运行的可靠性。麦克维尔数码多联水源热泵地下水系统集中排热,完全避免气流短路,提高换热效率,保证设备的长期可靠运行。

六、总结
绿色与低能耗综合示范楼采用数码多联水源热泵系统,利用可再生能源地下水为冷热源,即提升系统稳定性又降低系统能耗,节约能源,同时有效地减少传统燃煤/燃油锅炉供热时产生的大量二氧化碳排放,解决因采暖引起的温室效应,示范楼同时采用先进的楼宇自控系统,实时操作、监控和管理。更采用全热交换新风机独立供应新风,将排风与新风进行能量交换,即节能又环保。符合福建省建科院把示范楼建造成为“三星级绿色建筑”和 “低能耗建筑”的理念和目标,在现今国家倡导节能减排和智能化的时代,具有非常典型的意义。

 
 
 
 
 
 
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