常先问，陈伟青

(1.中建三局一公司设计院机电事务所(华南)，广州510655；2.广州瀚华建筑设计有限公司，广州510655)

空调冷源系统及其热回收系统的优化设计探讨

常先问1，陈伟青2

(1.中建三局一公司设计院机电事务所(华南)，广州510655；2.广州瀚华建筑设计有限公司，广州510655)

[摘要]本文结合实际工程特点，对空调冷源系统进行了优化设计，同时对冷水机组热回收系统进行了优化设计及探讨。该工程的冷源具有大小主机搭配、可与风冷热泵机组互为备用的特点，较为经济节能。水泵与主机一对一连接，控制简单可靠。空调水系统设计为分区两管制系统，更加符合实际运行需求。冷水机组热回收系统采取热水罐串级连接，依靠热水罐的水温分层作用有效地实现了热水的梯级利用及顺序利用，同时综合考虑了热水管网的回水加热循环，充分地利用了冷水机组的冷凝热，更加节能，而且优化后的热水系统供水温度稳定，安全可靠。

[关键词]冷源系统；冷凝热回收；热水梯级利用；优化设计；节能

引言

众所周知，公共建筑的能耗主要体现在中央空调系统上，而中央空调系统的能耗又主要体现在空调冷热源上，故对中央空调冷热源系统的优化设计将会带来比较显著的节能效果。本文结合实际工程特点，对空调冷源系统进行了优化设计，同时对冷水机组热回收系统进行了优化设计及探讨。

1工程概况

该工程是集客房、餐饮、宴会、会议办公为一体的多层公共建筑，地下一层、地上五层，建筑体总高度22.46米，总建筑面积13735平方米。本建筑各层平面主要功能为：地下1层为厨房、库房及设备用房等，首层为餐饮、会议功能，二层~四层为客房层，五层为设备层。该工程的酒店级别定为五星级标准。

2空调系统设计

2.1　冷热源设计

该工程空调计算冷负荷为1058kW，计算热负荷为423kW。由于该项目的功能特性决定了其空调设备同时开启的情况极少，故在冷热源装机容量的选择上取同时使用系数为较小值，制冷时的同时使用系数约为0.8，制热时约为0.6。由此，该工程选用了2台60冷吨(211kW)的螺杆式水冷冷水机组(其中有1台为热回收型机组)、1台120冷吨(422kW)热回收型螺杆式水冷冷水机组作为冷源，集中放置于地下一层空调主机房。热源选用2台额定制热量为130kW模块式风冷热泵机组作为热源，同时该风冷热泵机组可兼作过渡季节或夜间的极低负荷以及高峰负荷时的冷源。冷源系统的冷却塔及风冷模块式热泵机组放置于二层露天平台处，水泵则统一置于地下一层主机房内，方便集中统一管理。如图1所示为空调冷热源系统流程图。

图1　空调冷热源系统流程图

2.2　空调水系统设计

结合本工程业主方的要求及整体管理水平，该空调水系统以方便有效的管理为原则，以合理的节能运行为目的进行设计。

空调水系统采用分区两管制，按照建筑功能，分为客房区域、餐饮区域及办公会议区域。各区供冷/供热转换在主机房内分集水缸的各环路总管上设手动蝶阀实现手动切换。空调冷却水、冷冻水、供暖热水系统均为水泵与主机一对一的一次泵定流量系统。冷冻水/冷却水/供暖水系统均采用二管制异程式系统。冷冻水供回水温度为7℃/12℃；冷却水供回水温度为32℃/37℃；供热系统供回水温度为45℃/40℃。

2.3　热回收系统设计

为了降低能耗，酒店建筑一般需要设计空调热回收系统，利用回收其冷水机组的冷凝热来获得免费的生活热水，而广东地区明确规定采用集中空调系统的大面积酒店建筑应当配套设计和建设空调废热回收利用装置[1]。

本工程空调热回收系统分别由1台制冷量为60RT(211kW)的热回收型螺杆式冷水机组和1台制冷量为120RT(422kW)的热回收型螺杆式冷水机组、2台热回收循环水泵以及2个梯级蓄热水罐组成。空调热回收热水系统主要为该工程的客房区及厨房区提供生活热水，同时综合考虑了热水管网的回水加热循环。空调热回收系统的设计热水供/回水温度为60℃/35℃。如图2、图3所示分别为冷凝热回收系统流程图(空调主机侧)及冷凝热回收系统流程图(水专业侧)。

图2　冷凝热回收系统流程图(空调主机侧)

图3　冷凝热回收系统流程图(水专业侧)

3系统节能性分析

3.1　冷源系统节能分析

该空调系统的冷源具有大小主机搭配、并且与风冷热泵机组互为备用，基本可以满足该项目的各种不同运行工况，同时有效避免了冷源容量配置过大，可降低初投资成本，其运行也比较节能。

3.2　空调水系统节能分析

空调水系统根据项目特点设计为分区两管制系统，实现客房区及餐厅区不同时段冷热负荷需求，在满足实际需求的同时运行更加节能。冷冻水泵、冷却水泵及热水泵与主机采用一对一的连接方式，以达到合理的流量分配及稳定的运行效果，同时采用定流量系统运行，减少了系统控制的复杂性，运行更加可靠，但是系统节能性相对变流量系统会差一些。

3.3　热回收系统节能分析

3.3.1热回收的基本原理

本工程的空调热回收系统采用了回收冷水机组的冷凝热。冷水机组冷凝热回收系统就是把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程释放的热量利用来制备生活热水。如图4所示为冷水机组排气热回收系统原理图。

图4　冷水机组排气热回收系统原理图

由文献[2]及相关厂家的实际测试数据可知，标准测试条件下(热水供回水温度一般为55℃/30℃)冷水机组的显热回收量约为制冷量的12.5%~15%范围内，很多时候可按照15%计算。当热水的供回水工况与测试工况不一致时则需根据实际情况分析，具体方法可按照文献[2]的分析方法计算得出总热回收量。

3.3.2热回收系统设计分析

由于传统热回收系统存在一系列的问题,故本文在文献[2]的热回收系统基础上进行了以下几点的优化设计。

(1)为了减少热水罐的蓄水时间以及为了避免进水温度对主机性能系数产生较大的影响，设计工况下的进出水温度为35℃/60℃，温差25℃。

(2)蓄热水罐采用立式水罐，更好的实现了水温分层作用及热水的梯级利用。

(3)本工程的热回收系统考虑了热水管网的回水加热循环，更加充分地利用了冷水机组的冷凝热，更加节能。

(4)控制方面，在热回收系统的回水管上设置温度传感器，当回水温度超过58℃时，输出信号关闭热回收水泵，同时在用水点最远段的回水管上设置温度传感器，当回水温度低于55℃时，输出信号开启水专业的回水循环水泵。

按照一台120RT(422kW)的热回收机组来分析，由文献[2]的计算方法可得，该热回收机组的显热回收量为63.3kW，热回收水流量为2.47m3/h，从而根据此水流量及25℃的设计供回水温差即可求出总热回收量为71.8kW，热回收系统设计的总热回收量为制冷量的17%左右。由此可知，供回水温差越大，同等制冷量的情况下的热回收量就越大，但相应的对冷水机组的性能系数影响也就越大。

由以上分析可知，热回收系统的实际供回水工况是一直在不断变化的，其热回收量也是一个变数，严格来说分析一个工况范围内的热回收量才更有参考价值，这部分还有待于下一步做更详细的分析计算。

4总结

冷热源系统是中央空调系统的核心部分，其能耗情况的关注应当放在首要地位，在实际工程的设计中应该着重优化设计。在酒店类型的建筑中，因有稳定的热水需求量，其中央空调系统中冷水主机侧的热回收设计是硬性要求，也是重要的节能手段，必须重视和落实。

5参考文献

[1] 广东省民用建筑节能条例[S].2011

[2] 常先问，屈国伦，曾庆钱，等.夏热冬暖地区星级酒店空调冷凝热回收系统[J].暖通空调，2012，42(6)：30-33，126

·简讯·

2014年河南省制冷学会学术年会在郑州召开

2014年河南省制冷学会学术年会于2014年12月18日在郑州丰乐园大酒店顺利召开。来自全国各地的企业、设计院及高校代表220多人参加了会议。

本次会议主题为："安全、节能、环保、发展"。 会议的宗旨："沟通行业信息、交流创新经验，剖析节能案例、加强安全运行"。

大会邀请中国制冷学会副秘书长杨一凡；河南省科协学会部部长邓洪军；河南省制冷学会理事长、郑州轻工学院副院长龚毅；河南省安全生产管理局处长张树勋；郑州市商务局市场运行监测处处长张体伟等参加开幕式并致辞。

中国制冷学会副秘书长、教授级高级工程师杨一凡；原国内贸易工程设计研究院总工程师、教授级高级工程师徐庆磊；河南省安全生产管理局处长张树勋等做了专题报告。中间同时穿插了多个厂家的技术讲演。

此次年会是河南省制冷空调界的一次盛会，受到与会人员的一致好评！

——(河南省制冷学会)

Study on the Cold Source and the Condensing Heat Recovery of Air-conditioning System

CHANG Xianwen1，CHEN Weiqing2

(1.First Company of China Construction third engineering bureau institute of electrical and mechanical

design firm(South China)，Guangzhou，510655；

2.Guangzhou Hanhua Architects+engineers ltd.，Guangzhou，510655，china)

Abstract：The paper states the optimization design of the cold source system and water chiller＇s condensing heat recovery system in air-conditioning system, basis on the practical engineering characteristics.The properity of the project cold source is the match with high-capacity and low-capacity chiller,air-cooled heat pump units as spare,and more economic and energy-saving.In the system,the water pump is connected with the chiller one-to-one,the control is simple and reliable.Also,the air conditioning water system is designed for the zoning two-pipe water system,can more meet the demand of practical operation.Moreover,the water chiller＇s condensing heat recovery system adopts the hot water tank series,effectively realizes the hot water＇s cascade utilization and order utilization depending on the water temperature stratification of hot water tank.Furthermore,the system considers the return water heating cycle of hot water pipe network.After analysis,the system makes better use of the condensing heat of water chiller,it＇s a more energy-saving and more steady and safe-reliable hot water supply system.

Key words:Cold source system；Condensing heat recovery；Hot water cascade utilization；Optimization design；Energy efficiency

[中图分类号]TU831[文献标示码]B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.008

文章编号：ISSN1005-9180(2015)01-037-05

作者简介：常先问(1980-)，男，工程师，从事暖通空调设计。Email：94371406@qq.com

收稿日期：2014-10-22