秦皇岛市百信图书广场低温空气源热泵空调系统设计
1 工程简介
秦皇岛市百信图书广场位于秦皇岛市开发区，目前是秦皇岛市最大的综合类图书市场。本建筑长49.2m，宽35.1m，总建筑面积6900m2；建筑共计4层，总高度为15.9m。一层、二层、三层是图书市场，四层为办公室。本建筑自2001年6月开始施工，2002年10月完工，2002年11月空调开始调试运行。
2 空调计算设计参数
2.1 室外空调计算参数，见表1。
表1 室外空调计算参数
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季节
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室外计算干球温度(℃）
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室外计算湿球温度(℃）
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室外计算相对湿度(%)
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室外风速(m/s)
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大气
压力(hPa)
|
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夏季
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32.7
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26.2
|
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2.3
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1002.2
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冬季
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-12
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52
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2.6
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1023.4
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2.2 室内空调设计参数，见表2。
表2 室内空调设计参数
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房间
名称
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夏季
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冬季
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噪声(dBA)
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新风量
(m3/h·p)
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||
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温度(℃)
|
相对湿度(%)
|
温度(℃)
|
相对湿度(%)
|
|||
|
图书室
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24-27
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≤60
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8-20
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≥40
|
≤45
|
12
|
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阅览室
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24-27
|
≤60
|
8-20
|
≥40
|
≤40
|
12
|
|
办公室
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24-27
|
≤55
|
8-20
|
≥40
|
≤50
|
30
|
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会议室
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24-27
|
≤60
|
8-20
|
≥40
|
≤45
|
30
|
3 冷热源选择
3.1 冷热源选择依据
秦皇岛市是全国闻名的度假旅游城市，市政府对环境污染问题特别重视，尤其是冬季供暖产生的污染问题。秦皇岛市供暖期较长，约为5个月。供暖资源也很丰富：煤、油、城市集中煤气、电和城市集中供热，由于本项目在开发区，没有城市集中供热，燃煤也被禁止使用，可利用的资源仅为油、城市集中煤气和电。秦皇岛市没有电增容，城市煤气有市政费用。同时在与开发商接触过程中，开发商提出以下几点要求：
①安全、环保、没有污染；②运行费用低；③系统运行可靠；④维护方便。
3.2 冷热源初投资比较
根据开发商提出的要求，提供以下比较方案：方案1，空气源热泵空调系统；方案2，螺杆冷水机组+电锅炉；方案3，螺杆冷水机组+煤气锅炉；方案4，螺杆冷水机组+油锅炉。各种方案初投资，见表3。
表3 各种方案初投资
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项目
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方案1
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方案2
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方案3
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方案4
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备注
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制冷量（kW）
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816
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820
|
820
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820
|
|
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制热量（kW）
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840
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660
|
660
|
660
|
|
|
制冷机房（万元）
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108
|
51
|
51
|
51
|
|
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制热机房（万元）
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0
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28
|
26
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24
|
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电气（万元）
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18
|
23
|
23
|
23
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含控制
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机房土建费(万元)
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0
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30
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30
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30
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合计（万元）
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126
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132
|
130
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128
|
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3.3 运行费用分析比较
夏季，各种方案的系统制冷系数接近，又由于秦皇岛市夏季制冷期较短，这里不做比较，仅对冬季供热时的运行费用进行分析比较，结果见表4。
表4 各种方案冬季运行费用分析比较
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方案
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方案1
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方案2
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方案3
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方案3
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单位发热值
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3600Kj/kW·h
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3600Kj/kW·h
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11200Kj/m3
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40000Kj/kg(l)
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机组热效率
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2.5: 1
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0.95
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0.8
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0.8
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产生1kW热量
需要资源量
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0.4 kW·h
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1.05 kW·h
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0.39 m3
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0.14 kg(l)
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单位资源费用
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0.5元/ kW·h
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0.5元/ kW·h
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0.7元/ m3
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3.2元/ kg(l)
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产生1Kw热量
需要的费用
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0.20元
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0.52元
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0.28元
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0.45元
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3.4 结果分析
通过以上分析可以看出，空气源热泵空调系统不仅初投资较低，其冬季运行费用也优于其他三种方案，所以，本工程选用低温空气源热泵机组作为空调系统冷热源。
4 机房设计
4.1 空气源热泵机组选型
根据空调负荷，选用清华同方低温空气源热泵机组FS-U-R-360型2台。单台制冷量408 kW，供回水温度7-12℃，输入功率122.4 Kw；单台制热量420 kW，供回水温度45-40℃，输入功率122.4 Kw。低温空气源热泵机组设置在四层屋顶，冷热循环水泵、电加热器和电气控制设置在水泵房内。设备布置图见图1。
4.2 空气源热泵水系统设计
本系统主力管采用异程式，每层均采用同程式，两台主机为并联方式。系统原理图见图2。
1 低温空气源热泵空调机组 2 冷热水循环水泵 3 电加热器 4 电子水处理器 5 膨胀水箱
4.3 其他设备选型
① 冷热循环水泵：KQL100/160-15/2，两用一备，流量100m3/h，扬程32mH2o，功率15 kW；
② 电子水处理器：SHN-8,一台，流量120m3/h-220m3/h，功率12W；
③ 辅助电加热器：DR-90，两台，功率90kW；DR-60，一台，功率60 Kw。
5 末端系统设计
末端系统采用风机盘管+新风系统，本建筑的营业厅四周为落地玻璃窗，建筑的进深也较大，这样会导致空调负荷较大，且集中在建筑的周围。在施工图设计时，营业厅采用了内外分区的方式。在负荷较大的外区，采用风机盘管+新风方式；在负荷较小的内区，采用吊顶式空调机组方式。四层办公区采用风机盘管+新风系统。
6 自动控制
6.1
每台低温空气源热泵空调主机的冷热水进水管上分别设有1个水流开关，水流开关与主机连锁。当进水量低于主机要求的最低水量时，主机将自动关闭。
6.2
水泵与主机连锁控制，系统启动时，水泵先开启，主机后开启；系统关闭时，主机先关闭，水泵最后关闭。
6.3
新风机与电动风阀连锁，新风机关闭时，电动风阀关闭，以防止新风机表冷段冻裂。
6.4
电加热器启停控制。电加热器采用分级启停，根据不同水温度，启停相应的电功率。
6.5
主机冬季防冻措施。主机具有两级冬季防冻保护措施：当室外温度低于5℃时，启动水泵；当循环水温度低于15℃时，热泵机组开始制热。
7 实际运行情况
本工程自投入运行以来，已经经历了一个制冷季和两个采暖季。百信图书广场每天营业10个小时，一周工作7天，在实际运行过程中，业主每天均对系统进行较为详细的数据记录，从记录的数据分析可以看出，每年11月和次年的2、3月的运行费用较低，为3元/m2左右；每年12月和次年的1月的运行费用较高，为5元/m2左右；全年平均为4元/m2左右。由此可见，低温空气源热泵空调系统是比较节能的空调系统。
8 设计得失分析
由于低温空气源热泵空调系统首次应用于北方，使得辅助电加热器的选择容量偏大。在实际运行中发现，只有60 kW的电加热器在气温较低时运转，一台90kW的电加热器只有在早晨系统启动时运转30分钟左右，而另一台整个冬季几乎不运转。电加热器的选型偏大，也增加了配电方面的投资。
9 结束语
9.1
低温空气源热泵空调系统是一种节能型空调系统，该系统不仅运行费用低廉，符合绿色环保的要求。
9.2
低温空气源热泵空调系统设计简单，维护方便，且扩大了建筑有效使用面积。
9.3
低温空气源热泵空调系统适合在华北地区、黄河中下游流域和西北的部分地区使用，是值得推广的空调系统。
