PHNIX水源热泵在重庆西部奥特莱斯购物广场的应用

PHNIX水源热泵在重庆西部奥特莱斯购物广场的应用一、前言近年来，随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，制冷空调设备的应用日益广泛，其能耗在工业能耗中已占据了相当大的比例，引起了能源紧张，使电网昼夜负荷差加大。水环热泵空调系统能将热量从有余热的地方转移到需要热量的地方，实现建筑物内部热量的热回收，减少电能消耗，从而得到了广泛的应用。水源热泵空调系统一般由室内水源热泵机组、水循环环路、辅助设备（冷却塔、加热设备等）部分组成。根据用冷场所的需要，室内水源热泵机组可按供热工况运行，也可按制冷工况运行。当大型建筑物有内外分区，且内区有全年性热负荷时，选用水源热泵空调系统是节能的。水源热泵空调系统能回收建筑物内余热，具有较高的能效比，便于分户计量和计费，便于安装、管理，不但可用于多层公寓住宅，还可用于大型高层商业建筑，有着广阔的应用前景。水源热泵机组供热运行时，以循环水为加热源，水侧热交换器作为蒸发器用，风侧热交换器作为冷凝器用；机组供冷运行时，二者作用刚好相反，水侧热交换器作为冷凝器用，风侧热交换器作为蒸发器用。当水源热泵空调机组制冷的放热量与其它热泵机组制热的吸热量相等时，系统既不吸热也不放热，在设计中系统水温保持在13℃～35℃间时，无需开动加热设备或冷却设备。当系统吸热量大于放热量时水温降低，水温低于13℃时加热设备运行，反之系统水温升高，高于35℃时冷却设备运行。一、工程概述：重庆西部奥特莱斯购物广场位于重庆市北部新区经开园，是一站式高档购物、休闲、娱乐中心，共三幢楼，总建筑面积75,000平方米。商场建筑由主楼和辅楼连体结构组成。商场拥有各种国际品牌的专卖区，以及能同时接纳250人的多功能会议厅和多个不同规格的商务会议室。商场内还设有风格各异的中、西餐厅、咖啡吧、商务中心、健身房、水疗中心会所、娱乐室、商场等各种服务项目和大型地下停车库，建筑功能多样。经过国内外多家著名空调企业的激烈竞争及业主投资方的严格评选，凭借着芬尼克兹（PHNIX）水源热泵中央空调独特的技术创新与产品优势，甲方最终确立本项目中央空调工程采用芬尼克兹（PHNIX）水源热泵中央空调。本方案根据本工程项目特点设计水源热泵系统，其特点如下：1、便于计量和收费水源热泵空调系统的能耗主要是水源热泵机组，各用户能够安装独立的电表分户计费，便于物业管理和系统能源的管理。各个独立机组，各个独立区域的空调均可单独的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。2、运行安全可靠水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统，特别是春秋空调过渡季节均能运行，也就相当于四管制空调系统。一般，水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。夏季水体作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。3、高效节能水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为12－22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18－35℃，水体温度比环境温度低，所以制冷的冷凝温度降低，机组效率提高。而且PHNIX水源热泵机组采用独创的高效换热器，内外螺纹不但增大换热面积，提高了换热效率高，且具有不容易结垢、有自清洁能力等优点，克服了一般板式换热器容易堵、易漏、不易清洗等缺点。4、灵活应用水源热泵空调系统空调区域分区设计灵活，各分区可以在同一系统中按不同要求独立选择供冷或供热的运行方式。在有的建筑物空间区域内，特别在过渡季节，部分区域需要供冷，部分区域需要供热，水源热泵可以同时供冷和供热，可以实现建筑内冷热量的转移和平衡，减少了系统用能源。5、节约投资水源热泵系统不需设冷冻机房，不设大的通风管道，不设大的锅炉房和没有冷冻水系统，管道因是冷却水系统，不需保温，故安装和投资费用大大减少。6、环境效益显著水源热泵使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗的是一次能源，其所产生的污染物和二氧化碳等气体会对周围的环境产生影响。所以节能实际上也是减少了污染。三、设计概述考虑到为了节省空调系统的安装成本，针对主楼及辅楼各楼层的空调使用面积区域较大，本方案在水系统的设计上采用了分区，以避免每层因单一水系统造成总水管管径过大，安装成本增高的缺点。设计时，水环路尽可能地采用同程式系统，这样初投资费用虽然有所增加，但有利于保持环路的阻力平衡，这样空调系统运行效果更加良好。而且各个楼层各个区域的水系统调节更方便，水流量更容易分配。根据系统特点：主楼负一层至三层各层分成四个水系统，辅楼负一层至三层各层分成两个水系统。综合同程设计与异程设计的优点，结合各楼层空调的布置走向，本方案水系统设计本着以“同程为主，异程为辅”的原则。充分发挥同程设计与异程设计的优点，结合工程实际情况，避免同程与异程的缺点，体现了水系统的更合理、更节省成本、更容易调节的特点。由于目前很多中央空调系统都逐渐出现突出的问题有：1、计费的纠纷问题，空调计费成了物业管理的一大难题，而水源热泵系统不仅解决了独立计费和运行管理的问题，而且又不用设独立的空调计费系统和中央空调机房，减少了中央空调系统的造价；2、中央空调水系统经过几年运行后，因水管路结垢导致机组换热能力降低。正是由于PHNIX水源热泵机组采用独创的高效换热器，内外螺纹不但增大换热面积，提高了换热效率，且具有不容易结垢、有自清洁能力等优点，克服了一般板式换热器容易堵、易漏、易结垢、不易清洗等缺点，而且系统可以独立计费，解决了一般中央空调系统在这两方面存在的弊端。1.1设计依据1）参考资料《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87《建筑设计防火规范》GBJ16-87《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95《简明空调设计手册》业主提供的图纸及资料2）设计参数室外空气设计参数夏季：大气压力：937Kpa室外空气调节计算干球温度：36.5℃室外空气调节计算湿球温度：27.3℃冬季：大气压力：937Kpa室外空气调节计算干球温度：4℃室外计算相对湿度：82％1.2负荷计算冷负荷预配置指标商场商铺：280W/m2(商场首层250～300W/m2，其它楼层250W/m2在考虑通道面积分摊，因此统一为280W/m2)；餐厅：300～350W/m2；娱乐会所：260W/m2；摄影、办公：180～200W/m2；公共区域（通道、电梯前室、卫生间等）：180～240W/m2热负荷预配置指标由于本项目在重庆地区，故只需考虑冷负荷满足则其热负荷也能满足。系统分区夏季冬季温度℃相对湿度温度℃相对湿度商场商铺24～2650～60％22～2445～55％娱乐会所24～2650～60％20～2245～55％餐厅26～2850～60％20～2245～55％摄影、办公26～2850～60％20～2245～55％公共区域26～2840～65％17～20～～1.3系统设计1)工程特点本项目是集商场、购物中心与餐饮酒店、会所及高档的写字楼、创意楼为一体的；由于各个分区的功能、运营时间都不一样，需要室内保持的温度就不一样，能实现同时供冷和供热，满足广大客人的需要；所以各个分区的空调系统是分开的，独立进行控制，随时可以启停，可以根据该区域用户的需求自行调节温度。辅助设备都放置在屋顶上，减少了设备用房面积，使建筑面积发挥更好的经济效益；因水环路为冷却水系统，故避免了管道结露，防止了滴水损坏建筑装修；本方案可以说完全满足了投资方的使用要求，计费方面只有冷却塔和冷却水泵是公共分摊部分，而这部分用电在空调用电中只是很小的一部分，其它大部分用电都在末端用户，空调计费全部纳入用户使用的电费里面，所以充分实现了用多少收多少。当过度季节或少部分区域使用时，末端机组开机比较少，这时冷却塔可以只开一台，节约运行费用。2)空调水系统考虑到水系统的平衡，水平及立管均采用同程形式。为了保证各个区域的水流量，在局部需要增加平衡阀（一般设在每层回水管进回水立管处）。考虑到初期投资及使用后的运行成本，水系统主要采用开式循环系统。3)辅助设备的位置1、所有的辅助设备冷却塔、蓄水箱、水泵、电子除垢仪、辅助加热锅炉等需置于屋顶。4)新风处理1、针对主楼负一层处于地下，空气不流通，故采用新风全热换热器提供新风，新风全热换热器可以最大限度的利用空调区域的排风费热加热新风，达到节能的目的，同时可以有效的减小整个空调系统的冷负荷，从而减小整个系统的冷却水管道，节约安装成本。2、针对其他商场部分的新风，建议采用空气自由流通的方式，因为在商场营业时最外围的窗户是开启的，利用空调房间的压差及空调室内机组的回风箱解决新风问题，达到节约整个空调系统的投入的目的。5)分户计费由于本工程商场部分用于出租，为了便于管理，需要分户计费，故本工程的商场部分都要集中控制分户计算费用。四、投资及运行费用分析本文对该工程项目的空调系统的初投资及能耗分析分两种方案进行比较，即水源热泵空调系统、集中式制冷空调系统。其中水源热泵空调系统的冷却塔采用开式冷却塔，集中式制冷采用开式冷却塔和螺杆式冷水机组。1、初投资分析方式水源热泵+燃气锅炉水冷螺杆机组+燃气锅炉制冷主机（万元）500340锅炉（万元）1830循环水泵（万元）1018冷却水塔（万元）3030室内末端（万元）0155其它（万元）280310总投资（万元）838883由上表可以得到，水源热泵+燃气锅炉其初投资比水冷螺杆机组+燃气锅炉更经济。2、运行费用分析项目水环热泵系统（KW）螺杆制冷系统（KW）水冷螺杆机组总功率（KW）——1770水环热泵系统总功率（KW）1889——冷却水泵总功率（KW）150150冷冻水泵总功率（KW）——150冷却塔总功率（KW）6060总耗电功率（KW）20992130空调系统运行中，大部分时间在部分负荷下运转。重庆地区夏季供冷通常为5～10月，共180天，假定一天空调运行的时间为9:00—21:00共12小时，一年中空调运行的时间总共为2160小时。根据季节的变化和每天环境温度的变化情况，认为地区夏季空调满负荷运行时间为10%，冷量80%部分负荷运行时间为20%，冷量60%部分负荷运行时间为50%，冷量40%部分负荷及以下运行时间为20%。项目水源热泵系统水冷螺杆系统满负荷（KWh）2520255680%负荷（KWh）4032409060%负荷（KWh）7560756840%负荷（KWh）20162045天用电总量（KWh）1612816259月用电总量（KWh）4838404877706个月用电总量（KWh）29030402926620电价（元/KWh）0.66个月总用电费（万元）174176从上表分析看出，虽然夏季制冷时这两个方案系统的运行费用相差无几，但冬季采暖时，水源热泵系统在循环水系统水温低于13℃以下时才需要启动辅助加热设备，而水冷螺杆机组系统则需整个采暖季节都要开启辅助加热设备提供45℃以上的采暖热水才能维持采暖的正常运行。所以这部分采暖费用水源热泵系统只是水冷螺杆系统的3/5左右，从全年总的运行费用来看，水源热泵系统仅是水冷螺杆系统的3/5左右。五、结语经过分析对比，可以得知水源热泵系统是一种节能、环保、无污染的中央空调系统。特别适用于需要同时制冷和制热的商场项目中。根据运行费用比较，可以知道水环热泵中央空调系统还是一种节约运行费用的中央空调系统，适宜在大型商场、酒店、高层商务楼、办公楼、高级公寓等大型项目中广泛应用。