新中国国际展览中心空调水系统设计

动力中心( 含制冷机房和换热站) 。 1. 2 空调水系统概况
冷源: 本工程尖峰冷负荷约 37 000 kW, 共设 5 台制冷量为 7 030 kW( 采用 10 kV 电动机) 和 1 台 制冷量为 2 100 kW( 采用 380 V 电动机) 的水冷离 心式制冷机; 冷水设计供回水温度为 5. 5 e / 13. 5 e 。每台制冷机配备 1 台一次冷水定流量循环泵 及 1 台冷却水循环 泵, 冷却水 设计供回水温 度为 32 e / 37 e 。
暖通空调 HV&AC 2008 年第 38 卷第 9 期
工程实例 # 95 #
方式敷设, 至各区域二次泵站; 共设 7 组二次泵( 展 2. 2 大温差对系统及设备的影响
馆区域 6 组、综合楼 1 组) , 变流量运行; 每组二次 泵负担本区域末端装置的夏季空调冷水的循环; 冬
近年来许多研究结果( 如文献[ 3] ) 表明, 加大 冷水供回水设计温差, 不仅可以减少水泵、管网的
参数发生变化。主要是: 为保证末端设备的平均水
2. 1 相关规范要求
温不变, 势必造成冷水机组出水温度降低, 效率下
文献[ 1] 第 6. 4. 1 条指出: 空调冷水供回水温 差宜采用 5~ 10 e , 一般为 5 e 。其条文说明解释
降; 水流量的减少影响末端设备、盘管的换热, 有可 能导致盘管或设备型号的加大。
行能耗所占 比例则由 22% 上 升到了 42% 。文献 ER 降低为 0. 023 8, 符合规定。
[ 4] 的作者对国内大量公共建筑进行了能耗调查或 2. 4 小结
实测, 以北京市的典型公共建筑( 包括政府办公楼、
通过以上分析, 本工程空调水系统采用 8 e 温
商业写字楼、商场、星级酒店等) 的各设备分项耗电 差( 5. 5 e / 13. 5 e ) 相比常规的 5 e 温差( 7 e / 12
用的影响需作具体分析。表 2 列出了冷水分别在 8 e 温差( 5. 5 e / 13. 5 e ) 和 5 e 温差 ( 7 e / 12
在 8 e 温差时的流量和阻力分别只是 5 e 温差时 e ) 时, 本工程各主要设备的装机容量及其他参数。
表 2 不同温差时, 本工程主要设备的装机容量及其他参数
湿球温度/ e
26. 8
20. 2
35. 0
28. 2
24. 0
17. 0
出风工况
干球温度/ e
湿球温度/ e
15. 0
14. 6
17. 5
16. 8
15. 8
13. 6
在设计过程中, 笔者曾就此问题分别请某合资 的 62. 5% 和 39% 而更有利于节省运行费用。
品牌和某国产品牌生产商根据各自的程序计算, 结 果为: 空调箱供回水 8 e 温差( 5. 5 e / 13. 5 e ) 相
可以 认为, 就末端 来说, 采用 8 e 温差 ( 5. 5 e / 13. 5 e ) 从经济技术上是可行的, 需要重点考
对于 5 e 温差( 7 e / 12 e ) 的制冷能力下降 4% ~ 虑的是大温差对冷源和输送系统的影响。
5% , 风机盘管的制冷能力下降 4% ~ 8% ; 对于空 调箱, 制造商可以采取为盘管增加扰流措施、调整
Keywords air conditio ning w ater sy stem, lar ge tem pe rat ur e diffe rence, seco ndar y pump, ener gy saving
n Beijing Ins tit ute of Architectural Design, Beijing, China
量所占比例由 68% 提高到了 75% , 水泵加冷却塔 上节能效果好。
的装机容量所占比例由 32% 降低到了 25% 。因此
表 3 列出了设计工况下, 本工程空调冷水系统
可以定性推断, 本工程空调水系统采用 8 e 温差 流量及阻力分布情况。表中各末端流量总和( 4 320
( 5. 5 e / 13. 5 e ) 会比 5 e 温差( 7 e / 12 e ) 的运 m3/ h) 约为制冷站总流量( 4 020 m3 / h) 的 1. 1 倍。
量数据为例, 总结出在冷源及输送系统中, 制冷机 e ) , 末端选型无较大改变, 虽然制冷机效率有所下
能耗约占总运 行能耗的 59% ~ 66% , 而水泵加冷 降, 但系统的总体初投资和运 行能耗均会明 显降
却塔的运行能 耗所占比例约为 41% ~ 34% , 与文 低, 是更合理的方案。
献[ 3] 的数据大致吻合。对比表 2 中的数据可知, 3 冷水泵的配置设计
尽管水泵加冷却塔的装机容量所占比例小, 但其实 3. 1 是否采用二次泵
际运行能耗所占比例大。所以与自身具备相对完
文献[ 1] 第 6. 4. 4 条指出: 系统较大、阻力较
善的能量调节能力的制冷机相比, 优化输送系统的 高、且各环路负荷特性或阻力相差悬殊时, 宜在冷
设计方案、降低水泵加冷却塔的装机容量及其所占 源侧和负荷侧分 设一次泵和二次泵。文献[ 2] 第
# 94 # 工程实例
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新中国国际展览中心 空调水系统设计
北京市建筑设计研究院 李永振m 徐竑雷 柯加林 柴 庆
摘要 介绍了该工程的空调水系统设计概况, 讨论了大温差、二次泵等问题, 提出应结合 工程具体情况, 分析决定系统方案, 以优化设计, 做到经济、合理、高效。
2. 3 对本工程冷源和输送系统的定性分析 加大温差、减小流量会带来水泵、管道、阀门等
肋片间距或增加管排数等方法满足制冷要求, 而风 的尺寸变小及保温材料的减少、施工费用的降低,
机盘管在设计选型中一般有余量, 个别不能满足的 无疑会节省初投资。但对系统装机容量及运行费
可加大一号或采用三排盘管。总之, 末端选型变化 不大, 投资不会有明显增加。反而会因为末端盘管
13. 5 e ) 时的装机容量均比 5 e 温差( 7 e / 12 e ) 行能耗低。
时增加了约 9% 。这表明冷水出水温度的降低和
另外, 由于本工程尖峰负荷大, 输送距离长, 最
温差的增大使制冷机效率下降明显, 在工程设计中 远末端距动力中心的单程距离约 1 km, 为降低初
确定冷水出水温度和温差时应特别注意。
热源: 采用本工程附近的天竺开发区锅炉房。 在动力中心 设换热站, 内 设 4 台换 热量为 6 000 kW 的换热机组。一次热媒温度为 110 e / 70 e , 二次空调供暖热水设计温度为 60 e / 50 e 。每台 换热机组配备 1 台变流量循环泵。
水系统采用两管制。冷水采用复式泵系统, 一 次泵设在动力中心, 供回水干管从动力中心以直埋
水泵流量不同, 通过调整管径使其扬程不变; 冷却 亦请其他设备生产商针对两种工况进行选型, 结果
水侧均为标准工况( 32 e / 37 e ) ; 制冷机的装机 显示, 虽然 其绝对 值不 同, 但 8 e 温差 ( 5. 5 e /
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文献[ 2] 第 5. 3. 18 条第 7 款指出: 冷水机组的 下进行研究, 计算机选型得出的所需水盘管的排数
冷水供回水温差不应小于 5 e 。其条文说明中提 见表 1。从表 1 看出: 冷水供回水温差为 8 e 时,
到: 某些采用 8 e 大温差的实际工程, 运行中取得 了良好的节能效果, 但强调是否采用大温差应进行
温差/ e
制冷机/ kW
冷水泵/ kW
冷却水泵/ kW
冷却塔/ kW
合计/ kW
制冷机所占 水泵加冷却塔所占 系统输送能效比 ER
比例/ %
比例/ %
5
6 455
1 894
855
297
9 501
68
32
0. 038 1
8
7 030
1 184
855
297
9 366
75
25
0. 023 8
对表 2 中数据需要说明的是, 不同温差下, 冷 容量是由本工程最终采用的生产商所提供的, 笔者
关键词 空调水系统 大温差 二次泵 节能
Air conditioni ng water system design for New China Internati onal Exhi bition Center
By Li Yongzhenn , Xu Honglei , Ke Jialin and Chai Qing
季热水采用一次泵变流量运行; 在各冷水二次泵组 初投资, 而且输送系统减少的能耗也大于制冷机传
处设旁通管, 热水不经过二次泵直接供给各区域末 热效率下降增加的能耗, 即总能耗是下降的, 具有
端装置。
一定的节能效益。
限于篇幅, 以下仅简要介绍分析冷水系统。
但加大供回水温差会造成系统各环节的运行
2 空调冷水温度及供回水温差的确定
投资及满足建筑空间的需要, 管径不能太大, 导致
文献[ 3] 指出, 在过去的 30 年内, 冷水机组的 冷水泵扬程较大。若按 5 e 温差设计, 系统输送能
效率不断提高, 其占整个空调水系统运行能耗的比 效比 E R 为 0. 038 1, 不能满足文献[ 2] 第 5. 3. 27
例已由 78% 下降到了 58% , 而水泵加冷却塔的运 条必须小于 0. 024 1 的要求, 而按 8 e 温差设计,
所需的水盘管排数无需增加( 混风工况除外) 。若 为盘管增加扰流措施, 增强其换热效果, 则混风工
经济技术的分析比较后确定。
况的空调箱的盘管排数亦不需变化。
表 1 冷水供回水温差对盘管排数的影响
盘管排数
空调箱( 混风) 空调箱( 新风) 风机盘管
水温差/ e
5. 6
8
10
4
6
6
4
4
6
3
3
4
进风工况
干球温度/ e
图 1 新国展总平面及空调水干线示意图
¹ m 李永振, 男, 1969 年 2 月生, 大学, 高级工程师, 3M 3 工作室总 工程师 100045 北京市南礼士路 62 号北京市建筑设计研究院
( 010) 88042746 E- mail: aaron_li@ yeah. n et 收稿日期: 2008- 06- 23
Abstract O utlines the desig n o f air co nditio ning w ater syste m of the pr oject. D iscusses the issues o f lar ge te mpera tur e dif fer ence systems and primar y- se condar y pump sy stems. Pr opo ses that the optimized scheme sho uld be deter mined by specif ic c onditions o f a pr o ject in or der to ma ke it ec ono mic, r ationa l and eff icient.
比例, 是降低整个 空调水系统运行 能耗的有效途 5. 3. 18 条的条文说明进一步明确指出: 阻力相差
径。
50 kPa 以上的环路可认为是相差悬殊。
由表 2 可以看出, 8 e 温差时, 不的要求,
的总装机容量减少了 135 kW, 而且制冷机装机容 且方便采用变流量和各环路的自由启停控制, 理论
为: 采用 6~ 9 e 的大温差设计可以减小水泵耗电
针对常用的三种末端形式, 文献[ 3] 利用计算
量和管网管径, 但制冷机出水温度的降低也使其效 率有所下降, 所以应综合考虑确定。
机选型软 件, 在冷水供 回水温 度分别 为 7. 2 e / 12. 8 e , 5. 6 e / 13. 6 e , 5. 6 e / 15. 6 e 3 种情况
¹
1 工程及空调水系统概况 1. 1 工程概况
新中国国际展览中心( 以下简称新国展) 位于 北京顺义天竺空港工业区, 为国家级的展览中心, 是一个以展览、交流为主, 商务、会议、物流租赁为 辅的现代化多功能展览中心。图 1 为项目总平面 及空调 水干线 示意 图, 工 程总建 筑面 积约 23 万 m2 , 共 8 个展厅, 净展览面积 10 万 m2 。展览区地 上 1 层、局部 2 层, 主要包括展厅、餐饮、次登录厅 等; 综合楼地上共 4 层, 最高处 30 m , 主要包括办 公室、会议室、厨房、主登录厅等; 本工程设独立的