水冷螺杆机组工程应用实例

关键词：水冷螺杆机组；经济合理；高效节能；变流量水系统

引言

随着社会的进步、经济的发展以及人民生活水平的提高，人们对自 身 生活与工作的环境要求也在不断的提高。为了创造更加健康、舒适的生活工作环境，空调技术在现代化社会中被广泛的应用。特别是中央空调现已成为现代建筑中不可缺少的能耗运行系统，中央空调在给人们提供健康、舒适的生活、工作环境的同时，又消耗掉大量的能源。在社会发展过程中其能源所占的比例也在不断增加，俨然已成为现代社会的耗能大户。据统计，我国建筑物能耗约占能源总消耗量的 30% ，在有中央 空调系统的建筑物中，中央空调的能耗约占整栋大楼所需总能耗的 70% ，而空调主机设备所需的能耗占整个空调系统能耗的 60%~70% ，且在成逐年增长的趋势；另外，中央空调系统只要减少能耗 10% ，就能减少整栋大楼 6% 的能源成本 。由此可见，选择高效节能的中央空调主机设备以及对中央空调的耗能系统进行有效控制，可以减少无效能耗，减少热量的排放，对于提高能源的利用效率具有重要的社会效益和经济效益。

1. 工程概况

惠州世纪华联位于广东惠州市中心商业繁华地带，是一个集商业与住宅为一体的综合性大楼，其占地面积 20000 多平方米。该大楼层高为 28 层，其中负一层 ~ 三层为购物广场，四层及以上均为住宅。

该工程中只对负一层 ~ 三层的商业场所进行中央空调系统设计，空调建筑总面积为 23400 平方米 ，其中负一层 ~ 一层平均每层空调建筑面积为 6700 平方米 ，二 ~ 三层平均每层空调建筑面积为 5000 平方米 。

2. 空调设计依据及主要参数

2.1 设计依据

《采暖通风与空气调节设计规范》( GBJ 19-87 ) 2001 年版

《空气调节设计手册》(中国建筑工业出版社，第 2 版)

《通风与空调工程施工及验收规范》( GB50243-97 )

《建筑设计防火规范》( GBJ 16-87 ) 2001 年版

《实用制冷与空调工程手册》(机械工业出版社)

2.2 主要设计参数

a )室外设计参数

表 1 室外设计参数

b )室内设计参数

表 2 室内设计参数

3. 冷负荷计算

本工程中冷负荷设计包括外围护结构传热、设备散热、人体散热、照明散热及新风负荷等，各种负荷得热的依据是按照《实用供热空调设计手册》中的计算方法计算，同时结合空调场所的具体使用情况以及人员的流动量、客户对空调使用场所的环境要求等，计算出负一层及一层的冷负荷配置均为 250W/m 2 ，室内需总冷为 3350KW ；二 层、 三层冷负荷配置均为 200W/m 2 ，则室内需总冷负荷为 2000KW 。由于工程地点位于广东省东南部，冬季室外气温平均为十几度，因此供热无须考虑。

4. 空调系统设计

在本空调工程中，由于工程地点位于华南地区冬季室外温度较高，因此冬季不考虑制热，则空调系统为单冷型。根据空调场所的性质及实际使用情况，该工程冷源部分分为两个独立的空调冷冻水系统，其中负一层与一层为一个独立中央空调冷冻系统，制冷设备主机采用两台型号为 SLG1550/T 的螺杆式冷水机组(其单台制冷量为 1550KW ，制冷消耗功率为 334KW ，制冷工况能效比为 4.64 )，根据系统负荷配置的冷却水塔为 350m 3 /h 两台，冷冻、冷却水循环泵均为三台，其使用情况为两用一备；二层与三层则为另一个独立中央空调冷冻系统，制冷主机采用型号为 SLG960/T 的螺杆式冷水机组(其单台制冷量为 960KW ，制冷消耗功率为 200KW ，制冷工况能效比为 4.80 )，根据系统负荷配置的冷却水塔为 250m 3 两台，冷冻、冷却水循环泵均为三台，其使用情况为两用一备。在两个独立的空调水系统中，冷冻水供 / 回水温度分别为 7/12 ℃，冷却水供 / 回水温度分别为 30/35 ℃。各系统中制冷主机与水泵均放置于负一层冷冻机房内，冷却水塔则放置于三层群楼屋面。

4.1 空调水系统

为了减少能耗损失，降低系统运行成本，本工程冷冻水系统采用变流量设计。在工程设计中，根据空调场所的具体使用情况的不同，空调冷冻系统分成两个独立的部分，在系统中制冷主机与相应的辅助设备及配件数量均一致，则其中一个独立的水系统流程原理图如图 1 所示：

图 1 空调水系统流程原理图

在中央空调工程的水系统中，系统最高点处设置自动排气阀、最低点处设置排污阀；同时在冷冻水系统最高处设置膨胀水箱，且膨胀水箱连接在冷冻水循环泵的吸入侧，箱底标高高出水管系统最高点 2m ，箱体与系统的连接管从箱底垂直接入，膨胀管上不设任何阀门；在末端设备的供水管及循环水泵的吸入管上安装 Y 型水过滤器、主机设备回水主管上安装电子水处理仪，用以清除和过滤水中的杂质，并对空调水进行清洁和软化处理，防止管路堵塞及减少污垢的产生，保证各类设备及阀件的正常使用；由于各层空调冷冻水流量较大，为了便于各分支系统水流量调节及分配均衡，在供、回水干管上连接集水器与分水器；同时为保证制冷主机在正常水流量情况下安全运行，在每台制冷主机冷冻、冷却水出水管道上安装水流开关，与机组连锁使用。

4.2 空调风系统

在中央空调系统中，不论采用何种冷(热)源，更不论采用何种末端装置，最终向空调房间送冷(热)，都是通过送风的形式来实现的；另外，为保证空调室内人员的健康以及舒适度，空调房间的新风补充、换气、防排烟等也是通过空气的运行来进行的。因此，空调风系统是中央空调系统的一个重要内容。

4.2.1 空调送风系统

在该空调工程中，送风系统部分采用风机盘管及冷水吊柜，在负一层 ~ 三层中，办公室均采用风机盘管对室内进行空气调节，商场部分则采用冷水吊柜进行室内空气处理，其中风机盘管共为 10 台： FP-25 一台(制冷量 12.5KW 、风量 2500m 3 /h 、电机功率 130W )， FP-16 三台(制冷量 8.5KW 、风量 1600 m 3 /h 、电机功率 85W )， FP-10 二台(制冷量 5.3KW 、风量 1000 m 3 /h 、电机功率 50W )， FP-8.0 一台(制冷量 4.5KW 、风量 850 m 3 /h 、电机功率 40W )， FP-5.0 三台(制冷量 2.8KW 、风量 500 m 3 /h 、电机功率 16W )。末端冷水吊柜共 36 台，其中负一层、一层为： FP-160Fh/A-4 十五台(制冷量 101.1KW 、风量 16000 m 3 /h 、机外余压 230Pa )， FP-120Fh/A-6 二台(制冷量 95.01KW 、风量 12000 m 3 /h 、机外余压 130Pa )， FP-120Fh/A-4 一台(制冷量 70.8KW 、风量 12000 m 3 /h 、机外余压 180Pa )， FP-100Fh/A-6 一台(制冷量 79.98KW 、风量 10000 m 3 /h 、机外余压 130Pa )， FP-100Fh/A-4 一台(制冷量 59.6KW 、风量 10000 m 3 /h 、机外余压 180Pa )， FP-80Fh/A-6 二台(制冷量 62.94KW 、风量 8000 m 3 /h 、机外余压 130Pa )， FP-60Fh/A-6 一台(制冷量 46.3KW 、风量 6000 m 3 /h 、机外余压 110Pa )， FP-30Fh/A-4 一台(制冷量 16.9KW 、风量 3000 m 3 /h 、机外余压 130Pa )；二 层、 三层设备为： FP-200Fh/A-6 二台(制冷量 159.4KW 、风量 20000 m 3 /h 、机外余压 250Pa )， FP-180Fh/A-6 六台(制冷量 141.8KW 、风量 18000 m 3 /h 、机外余压 240Pa )， FP-160Fh/A-6 四台(制冷量 131.0KW 、风量 16000 m 3 /h 、机外余压 230Pa )。

在空调的送风系统中，办公室的送风形式采用风机盘管 + 新风对室内进行空气调节，购物广场内 采用吊顶式空气处理机 + 新风的形式对室内进行空气处理 。各空调区域的送风口形式结合现场天花装修情况采用方型散流器风口下送风及双层百叶风口侧送风，送风口风量均匀，风口平均风速为 2.8m /s ；回风形式采用百叶回风口上回，风机盘管回风口风速为 0.8m /s ，吊顶式空气处理机回风口风速为 3.6m /s 。在吊顶式空气处理机连接的送风系统中，由于风量较大，风机风压及产生的噪声也相对较高，为了降低系统风压及噪声对室内环境产生影响，风机的出风口处接消声静压箱，回风口处接消声回风箱，具体连接如图 2 所示：?

图 2 吊顶式空气处理机风系统连接图

4.2.2 空调新、排风系统

为了保证空调室内人员的健康及舒适性要求，各层空调区域均设置新、排风系统。在各层新风系统中均利用吊顶式新风机进行独立送风，其中负一层与一层新风机为 FP-160Fh/X-4 六台(制冷量 208.0KW 、风量 16000 m 3 /h 、机外余压 230Pa )，二 ~ 三层新风机为 FP-120Fh/X-4 二台(制冷量 143.72KW 、风量 12000 m 3 /h 、机外余压 180Pa )。新风入口布置于受外界影响较小的大楼背面，且入口风速为 4.0m /s ，为了降低新风负荷对室内产生的影响且新风能增加部分室内冷负荷，因此新风通过新风机降温除湿处理后，由送风管道直接送至各空调使用场所。

商场及办公室采用集中式排风系统，排风量按新风送风总量的 85% 进行设计；为防止串气的产生，卫生间的排风采用独立排风系统直接排出室外。

4.3 空调控制系统

本工程中主机系统部分简易控制见图 3 如下：

本工程中空调冷冻水系统为变流量设计，末端侧的水流量控制为：风机盘管采用电动二通阀、吊顶式空气处理机及新风机组采用比例积分调节阀。制冷主机侧水流量的控制从图 3 中看知，在冷冻水供回水总管间设置压差旁通阀，主机冷冻水、冷却水出水管道上安装水流开关，在冷冻、冷却总管道上设置温度传感器和温度调节指示控制仪表。

系统起动程序为冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、制冷主机；停机程序为制冷主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机。为了系统控制程序的稳定可靠，冷冻、冷却水流开关的接点串接在冷冻机起动的出口继电器回路里，使之与冷冻、冷却水泵联锁。

系统调节及自动控制：末端设备的水流量大小是通过电动二通阀及比例积分调节阀控制，其阀门的开度按室内空调负荷的随机变化而动作，这样使整个系统对冷冻水的需求量也处于变化之中。当空调负荷减少时，部分阀门将关闭或开度减小，导致系统回水量减少，冷冻水泵压头增加，系统冷冻水供水总管上压力上升，供、回水总管间压差增大。当供、回水总管间的压力差大于压差控制器设定的压差值时，压差旁通阀自动打开，富余的水流量通过旁通阀直接流入回水总管，与负荷侧回水混合后回水温度降低。回水温度低于设定值 12 ℃ 或更低时，表示制冷主机制冷量富余，通过回水总管上的温度指示计反馈回制冷主机，制冷主机根据反馈回的回水温度自动调节制冷容量或关掉一台机组，相应冷冻水泵也自动停机；同时冷却水回水温度降低，冷却塔散热量出现富余，通过冷却水回水总管上的温度指示计反馈给冷却塔电机，冷却塔根据反馈回来的温度自动关闭一台电机，相应冷却水泵也自动停机；反之在负荷增加时，通过回水总管上反馈的回水温度，制冷机组及冷却塔自动启动，相应的水泵也随之启动。通过简易自动控制，减少了繁杂的人工手动调节过程，同时也起到节能调节作用。

5. 结束语

本工程自 05 年 8 月竣工投入正常运行一个多月以来，设备性能稳定，系统运行安全可靠，机组运转效果良好。由于采用了高效节能的制冷主机设备及水变流量调节的控制技术，通过系统运行分析，在初投资相等的情况下，运行成本比普通定流量系统及其它形式的空调系统节约 20% ~ 30% 。空调技术发展到现在已逐渐趋于成熟，变流量水系统在工程中得到广泛的运用，且系统控制简单，成本相对较低，在目前的空调系统运用过程中有着明显的经济、社会效益。