浅谈光华路SOHO与德州波司登大酒店空调系统方案的对比

　　摘要：“光华路SOHO”与“波司登大酒店”在“节能、环保”方面是两个典型的工程，这两个工程在空调主系统设计方面有着很大的差别，甚至可以用“传统”与“前卫”分别概括，主要区别如下：
　　1、 冷热源选择方面：前者为传统的设置方式，冬天热源为换热站，夏天冷源为冷却塔；后者为地源热泵系统，冬夏季冷、热源均为地埋管系统；
　　2、 末端设备选择方面：前者为传统的风机盘管，夏季供回水温度为7－12℃，冬季供回水温度为50－60℃；后者为大温差风盘，夏季供回水温度为8－16℃，冬季供回水温度为35－43℃；
　　3、 蓄能方面：前者无任何蓄能措施，夏季冷负荷由冷水主机、水泵等设备直接提供，冬季通过市政热水、板换、水泵等设备直接提供，后者为利用地方的“峰谷电价差”来进行蓄能，在电价低谷时利用热泵主机进行蓄能（蓄冷、蓄热），在电价高峰时停止使用热泵主机，利用已蓄好的冷、热水经过板换、水泵等直接提供能量给末端；
　　关键词：地源热泵，大温差风盘，蓄能，生活热水
　　
　　一、前言
　　随着不可再生能源的不断被消耗，“节能、环保”这两个词越来越多的被人们所认同、重视。它不仅仅被用在人们的日常生活，同样也建筑施工中，现以施工过的“光华路SOHO”与“德州波司登国际大酒店”通风空调工程为例，来分析“节能、环保”是如何在空调工程中实现的，希望该内容也能为以后的设计、施工有一定的借鉴价值。
　　二、冷热源选择方面
　　1、冷热源选择的外部因素：
　　1.1、光华路SOHO位于繁华的北京东二环内，地下市政管道“发达”，接市政热力管道比较容易，同时，由于其位于繁华的东二环内，寸土寸金，无大块“闲置”土地提供地源热泵的施工空间，综上所述，该工程选择较为“传统”的冷热源（冬季为市政热水，夏季为冷却塔）比较现实可行；
　　1.2、德州波司登国际大酒店是2010.9.16号召开的“世界太阳能大会”的主接待方，位于德州经济开发区内，地下市政管线不太“发达”，连接市政管道比较困难，同时由于其周边有大块的“闲置”土地，为地源热泵方案的选择提供了可实施性；
　　2、“节能、环保”方面的对比：
　　2.1、光华路SOHO夏季制冷时冷却水部分由冷却水泵以及屋面设置的冷却塔将楼内的热量带走，从而达到冷机制冷的目的，冬天时，依靠市政的一次热水，经过板换，通过冷冻水泵直接向楼内输送热水，以达到制热的目的；
　　2.2、波司登国际大酒店冬夏季制冷制热的冷热源均为室外地埋井，共计704口井，井深120米，井间距4.5米，井内为双U头并接的PE管，由于深层土壤的温度基本恒定，楼内的冷热负荷均通过敷设在室外的地埋管与土壤直接换热，直接提供楼内的冷热负荷；
　　2.3、地源热泵系统与传统空气调节系统相比优点突出。由于地层深处温度常年维持不变，远远高于冬季的室外温度，而又明显低于夏季的室外温度，因此地源热泵克服了空气源热泵的技术障碍，且效率有很大的提高，此外大地蓄存冬季系统排放的冷量、夏季排放的热量，在地源热泵系统中起到蓄能器的作用，进一步提高全年的能源利用效率。这种一机多用的系统还包括节省建筑空间、无需冷却塔和室外风冷部分、对建筑外观影响小、运行费用低、投资回报快、全年运行均衡用电负荷以及低噪音、占地面积少、无污染物排放、不抽取并破坏地下水、寿命长等诸多的优势。
　　三、末端设备方面
　　1、末端设备的性能对比：
　　1.1、普通风机盘管均为下进上出的叉流式换热方式，夏季供回水温度为7－12℃，冬季供回水温度为35－40℃；供回水温差△T=5℃，进风侧空气温度为27℃，出风侧空气温度为15℃，进风侧与冷冻水进口在同侧，
　　
　　1.2、大温差逆流风盘为下进下出逆流式换热方式，夏季供回水温度为8－16℃，冬季供回水温度为35－43℃；供回水温差△T=8℃，进风侧空气温度为27℃，出风侧空气温度为15℃，进风侧与冷冻水进口在异侧，
　　
　　
　　
　　由冷热水输送能效比公式ER=0.002342H/（△T×η）得，且不大于表5.3.27中规定的数值，
　　ER=0.002342H/（△T×η）（5.3.27）
　　式中H--------水泵的扬程（m）
　　△ T------供回水温差（℃）
　　η--------水泵在工作点的效率（％）
　　表5.3.27空气调节冷热水系统的最大输送能效比ER
　　管道类型 两管制热水管道 四管制热水管道 空调冷水管道
　　 严寒地区 严寒地区/夏热冬冷地区 夏热冬暖地区  
　　ER 0.00577 0.00433 0.00865 0.00673 0.0241
　　注：两管制热水管道系统中的输送能效比值，不适用于采用直燃式冷热水机组作为热源的空气调节系统
　　采用8℃的大温差系统较5℃温差的常规系统，输送能效比ER一般会减小30％左右。
　　2、大温差对楼内管道及设备选型的影响
　　根据公式Q=G×0.084/△T
　　式中Q--------系统水流量（m3/h）
　　△ T------供回水温差（℃）
　　G--------系统冷热负荷（KW）
　　由于供回水温差由原来的△T＝5℃调整到△T＝8℃，根据上述公式可以明显的看到输送相同的冷热负荷，所需的水流量可以相应的减小35％左右，由于水流量的减小，与其相对应的管道管径、阀门规格以及水泵、热泵主机等设备均可减小其型号，大大的节约工程的初投资及以后的运行成本。
　　四、蓄能方面
　　1、蓄能措施：
　　1.1、光华路SOHO空调系统可称为“传统”做法，夏季时，同时运行屋面冷却塔、冷却水泵、冷水主机、冷冻水泵等主要设备进行夏季制冷，冬季时，由市政热水提供热源，直接经过热水板换，冷冻水泵等设备直接给楼内提供热量，全年运行无任何蓄能措施，基本直接依靠消耗电功率来给建筑物内空调提供冷热负荷
　　1.2、波司登大酒店空调系统可称之为“前卫”做法，该空调系统充分利用德州地区的“分时电价差”，及“峰谷电价差”，在用电低谷时，启动热泵主机、循环水泵等设备将地源侧的能量转化为建筑物内所需的“冷水、热水”进行储存，该空调系统中消防水池又兼作蓄能水池，在电价低谷的时候，将制备的“冷水或热水”储存在蓄能水池中；在电价高峰时，在建筑物内空调负荷满足的前提下，热泵主机可以停止使用，只是利用循环水泵将储存在蓄能水池的“冷水或热水”释放出来，通过储存在蓄能水池的“冷水或热水”，为建筑物内提供所需的冷热负荷，波司登大酒店相对与光华路SOHO来说，充分利用了“峰谷电价差”，大大降低了设备的运行费用，同时，也充分相应国家节能政策。
　　2、蓄能技术的要点：
　　2.1、“蓄能”是随着人们对“节能、环保”要求的不断提高而发展的一种新型储能措施，蓄能包括水蓄和冰蓄，水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存。因此，一个设计合理的蓄冷系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。在水蓄冷技术中，关键问题是蓄冷罐的结构形式应能防止所蓄冷水与回流热水的混合。为实现这一目的，目前常用的有以下几种方法：迷宫法、自然分层法、多蓄水罐法等。
　　2.2、温度分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同这一特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持分隔，避免冷水和温水混合造成的热量损失。设计良好的温度分层型水蓄冷槽在上部温水区与下部冷水区之间形成并保持一个斜温层。一个稳定而厚度适宜的斜温层是提高蓄冷效率的关键。对于一般的大型系统，斜温层适宜厚度为1~2米。
　　为了控制水流平稳地导入或引出水蓄冷槽，减少扰动，须在冷温水进出口处设置合适的布水器、使水依次分层。布水器的设计依据是弗朗特准数和雷诺准数。弗朗特准数（Fr）是流体的惯性力与浮力之比，一般要求Fr<2，取Fr=1。雷诺准数（Re）是流体的惯性力与粘滞力的比值，建议值为400~850。
　　2.3、波司登国际大酒店蓄能采用自然分层法，消防水池兼作蓄能水池，在蓄能水池内设置2层H型布水器，夏季蓄能时，冷水从下层布水器进水，从上层布水器出水，冬季蓄能时，热水从上层布水器进水，从下层布水器出水，放能时，水流方向正好相反，利用不同温度下水的密度不同，使其不同温度的各层整层的平稳流动，避免产生混流，影响蓄能效率。
　　2.4、运行费用的比较：现以德州波司登国际大酒店空调系统为例，我们可以粗略计算一下，在德州用电低谷时，电价最低为0.275元/KW，用电高峰时，电价最高为1.168元/KW，现取热泵主机蓄能时的COP为4，在电价“高峰”与“低谷”时，每产生1KW的负荷所需的电价差＝1.168/4－0.275/4=0.223元/kw，整个建筑夏季按4000KW、冬季按3500KW的负荷计算，蓄能按“部分负荷蓄能”来考虑，蓄能负荷取30％，冬夏季个按130天来考虑（过渡季节不予考虑），全年下来共计节省的费用＝4000（KW）×24（h）×130（天）×0.3×0.223（元/KW）＋3500（KW）×24（h）×130（天）×0.3×0.223（元/KW）＝1635660元。通过错略计算，一年能节省费用为1635660元，如果按系统可以正常运行20年考虑的话，这将是一笔可观的节约。
　　五、结论
　　通过对光华路SOHO与波司登国际大酒店空调主系统的对比，使我们有一个很深的感受，中央空调专业也正朝着一个“节能、环保”的要求去发展，最后，我也希望该片文章对大家在“节能、环保”发面有一定的借鉴意义。