株洲XX温湿分控机房研发设计方案.docx
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株洲XX温湿分控机房研发设计方案
株洲XX发展中心
温湿分控冷热源优化设计
一．项目简介
本工程为XX示范区云龙发展中心。
总建筑面积49052.8m2。
地下两层，主要为车库、设备房、厨房等；地上十二层，主要为办公室等。
本工程属于二类办公建筑，建筑主体高46.5m。
业主决心将本工程打造成一个创新、环保、节能的示范型项目。
二．与本设计相关数据
地质方面
根据建设方提供的项目位置地质资料显示
深度（相对自然地坪）
地质情况
0—0.5米
耕植土层
0.5—4.5米
粉质粘土层
4.6—77米
泥质粉砂岩层
地下换热特性:
编号
井深（m）
埋管方式
冬季土壤平均取热能力（W/m井深）
夏季土壤平均排热能力（W/m井深）
土壤综合导热系数（w/m·k）
1
77
单U
51.4
47.4
2.34
2
66
单U
50.8
46.9
2.31
地下水埋深0.90米，土壤到达稳定层后的平均温度约为20℃。
该地质土壤综合传热系数较高，适宜采用地源热泵系统，具有显著的节能效果。
室外计算参数：
项目
夏季
冬季
空调室外计算干球温度（℃）
36.1℃
-2
空调室外计算湿球温度（℃）
27.6℃
----
空调室外计算相对湿度（%）
72
79
室外通风计算温度（℃）
34
5
采暖室外计算干球温度（℃）
----
0℃
室外平均风速（m/s）
2.3m∕s
2.1m∕s
大气压力（kpa）
99.54KPa
101．57KPa
室内设计参数：
房间名称
夏季
冬季
温度（℃）
新风
m3/h.p
噪声标准
NR
温度（℃）
相对湿度（%）
办公室
26～28
60
18
30
40～45
会议室
25～27
60
18
25
40～45
餐厅
26～28
60
18
25
40～45
负荷参数：
本工程计算耗冷量3900Kw，耗热量1950Kw。
（设计院计算）
三、设计说明：
本工程力求打造成一个创新、环保、节能的示范型项目。
为此设计师从全新的设计理念出发，设计采用当今最具革命性的中央空调技术—温湿分控技术。
它具有环保、节能，空气品质高的综合优势。
株洲按气候分区，属于夏热冬冷地区。
结合工程实际，考虑本建筑冬季还要采用热泵采暖，而热泵夏天可以制备7℃的低温冷水，利用这一现有的条件，建议采用我公司的双冷源温湿分控空调系统。
双冷源系统在舒适性空调系统中应用合理、经济、可行。
相比其他同类系统，在初投资和可靠性方面有较大的优势。
保持原设计总体不变，只是改变新风机组和空调机组的类型，不仅省掉较大的溶液处理设备，而且机组本身体积也缩小很多，节省了空调机房占地面积。
设备选型选择使用环保冷媒R134a的机组。
高温冷水机组、冷却塔、冷水循环泵、冷却水循环泵一一对应，水泵考虑备用。
热泵机组、冷热水循环泵、地埋换热循环泵一一对应，水泵考虑备用，并且变频。
双冷源温湿分控空调系统我公司拥有自主知识产权，拥有成套设备产业化能力，拥有全程服务支持能力。
四、地源热泵主机选取
1）总冷（热）负荷
根据设计院提供的相关数据，计算冷、热负荷如下：
夏季总冷负荷为3900Kw；其中新风冷负荷666Kw（除湿）。
冬季总热负荷为1950Kw。
2）主机的选型原则：
根据热负荷确定水源热泵主机，根据选定的主机校核新风冷负荷能力；
由总冷负荷减掉新风负荷，来确定高温冷水机组的型号。
3）地源热泵系统主机确定
总热负荷1950kw。
以总热负荷选择热泵主机容量。
拟采用2台SGHP1200MQHⅡ环保型超高能效热泵主机，并具有全热回收功能。
总制冷量2046KW；总制热量2170KW.
主机技术参数如下：
SGHP1200MQHⅡ环保型超高能效热泵主机技术参数表
制冷工况
序号
技术参数名称
单位
数值
条件
1
制冷量
kw
1023
2
制冷输入功率
kw
155
380V
3
蒸发器流量
m3/h
176
7℃∕12℃
4
冷凝器流量
m3/h
92
18℃∕29℃
制热工况
序号
技术参数名称
单位
数值
条件
1
制热量
kw
1085
2
制热功率
kw
210
380V
3
蒸发器流量
m3/h
92
15℃∕7℃
4
冷凝器流量
m3/h
176
40℃∕45.5℃
其它参数
1
半封闭螺杆式
台
2
2
制冷剂
R134a
夏季，开启一台机组在75%左右出力的情况下，每小时为新风系统除湿、制冷提供近700Kw冷量的同时，可以提供45℃生活热水20m3/h.
冬天利用峰谷时段，制备生活热水。
春秋过渡季节可以专门制备热水，也可以在新风处理时回收热水。
4）高温冷水机组确定
总负荷为：
3900Kw-665Kw=3235Kw
单台负荷：
1618Kw
根据冷量选择SLSB-1600MⅢ型螺杆高温水冷冷水机组2台。
总制冷量3388KW。
主机技术参数如下：
SLSB-1600MⅢ型螺杆高温水冷冷水机组技术参数表
制冷工况
序号
技术参数名称
单位
数值
条件
1
制冷量
kw
1694
2
制冷输入功率
kw
187.5
380V
3
蒸发器流量
m3/h
290
18℃∕23℃
4
冷凝器流量
m3/h
323
30℃∕35℃
其它参数
1
半封闭螺杆式
台
2
2
制冷剂
R134a
3
冷水出水温度范围℃
12～20
五、地埋换热管系统和辅助冷却塔计算
1.地埋管换热系统计算：
通过地质勘测当地有较好的应用地源换热的地质条件，比较适合使用地源热泵系统。
考虑夏季排热和冬季取热的不均衡性，本项目以冬季建筑最大需求总热负荷1950kw确定地埋管数量。
考虑机组制热量包括机组发热，还有考虑安全系数1.1，地埋系统应满足取热量W=1950*（1-1/1085*210）=1573Kw*1.1=1730Kw
拟打孔100m深，埋设双U型De32尺寸PE（SD100）管。
冬季地埋管换热指标按50w/m计算，则需要埋设34600m埋管，需要打孔数量为346个。
地埋孔间距4m按照正方形布置，单孔占地面积16m2，总占地面积5536㎡。
2、冷却塔选型
为高温冷水机组配套，采用一对一配置。
每台冷水机组排热量=1694Kw+187.7Kw=1882Kw
理论冷却水量=1882Kw×0.86÷5℃=324m3
冷却塔水流量=324m3×1.2=390m3
选取换热能力为2000kw，单台循环水量400m3/h方形逆流冷却塔2台。
（LDCM-400型良机）
六、地源热泵系统附属设备选型
1.冷冻（供热）循环泵选择
流量选择：
根据热泵机组样本提供的数据满负荷工作时流量为176m3/h，考虑流量损失，流量取176*1.1=194m3/h；因此选择单台泵出水量为200m3/h。
扬程选择：
此空调冷冻水系统为闭式系统，扬程只要考虑沿途阻力，不考虑水头，根据水利计算，确定扬程为32m。
根据扬程和流量选用立式离心泵TPG150-315（I）型3台、Q=200m3/h、H=32m、N=30kw，二用一备（变频）。
（，冬天满负荷时开2台，夏天开1台）。
主管根据流速和流量以及为闭式系统确定主管直径为DN250.（管内流速2.2m/s）
2.高温冷水循环泵选择
流量选择：
根据热泵机组样本提供的数据满负荷工作时流量为290m3/h，考虑流量损失，流量取290*1.1=319m3/h；因此选择单台泵出水量为320m3/h。
扬程选择：
此空调冷冻水系统为闭式系统，扬程只要考虑沿途阻力，不考虑水头，根据水利计算，确定扬程为32m。
根据扬程和流量选用立式离心泵TPG200-400（I）C型3台、Q=320m3/h、H=32m、N=45kw，二用一备。
主管根据流速和流量以及为闭式系统确定主管直径为DN300.（管内流速2.4m/s）
3.冷却循环泵选型
流量选择：
通过计算满负荷工作时流量为400m3/h。
（冷却塔流量）
扬程选择：
地埋换热系统为闭式系统，扬程只要考虑沿途阻力，不考虑水头，并根据以往的工程类比，确定扬程为25m。
根据扬程和流量选用立式离心泵TPG200-315（I）A型3台、Q=440m3/h、H=24m、N=45kw，二用一备。
主管根据流速和流量以及为闭式系统确定主管直径为DN300.（管内流速3m/s）
4.地埋换热循环泵选型
流量选择：
根据热泵机组样本提供的数据满负荷工作时流量为186m3/h，考虑流量损失，流量取186*1.1=200m3/h；因此选择单台泵出水量为200m3/h。
扬程选择：
地埋换热系统为半闭式系统，扬程只要考虑沿途阻力和水头压差，并根据以往的工程类比，确定扬程为32m。
根据扬程和流量选用立式离心泵TPG150-315（I）型3台、Q=200m3/h、H=32m、N=30kw，二用一备（变频）。
（，冬天满负荷时开2台，夏天开1台）。
主管根据流速和流量以及为闭式系统确定主管直径为DN250.
机房主要配套设备设计选型表
序号
设备名称
型号和技术参数
单位
数量
备注
1
冷冻（供热）循环泵
TPG150-315（I）、Q=200m3/h、H=32m、N=30kw
台
3
二用一备
2
高温冷水循环泵
（地源侧）
TPG200-400（I）C、Q=320m3/h、H=32m、N=45kw
台
3
二用一备
3
冷却塔冷却水循环泵
TPG200-315（I）A、Q=440m3/h、H=24m、N=45kw
台
3
二用一备
4
地埋换热循环泵
TPG150-315（I）、Q=200m3/h、H=32m、N=30kw
台
3
二用一备
5
软化水系统
SYS-6、S=6m3/h、P=0.4MPa
套
1
6
软化水箱
容量8m32000*2000*2000
套
1
7
系统集、分水器
DN600
套
1
8
地埋系统分、集水器
DN600
套
1
9
地埋换热囊式定压罐
RSN800V=1.MD×H=800×2450
套
1
10
地埋换热系统补水泵
25GLD2-12*4Q=2.4m3/hH=44mN=1.1Kw
台
2
11
冷（热）水系统
囊式定压罐
RSN600V=1.MD×H=600×1870
套
1
12
冷（热）水系统补水泵
25GLD2-12*6Q=2.4m3/hH=66mN=1.5Kw
台
2
13
高温冷水系统
囊式定压罐
RSN600V=1.MD×H=600×1870
套
1
14
高温冷水系统补水泵
25GLD2-12*6Q=2.4m3/hH=66mN=1.5Kw
台
2
15
多功能水处理器
CN-12C1.0FD-A
台
1
16
方形逆流冷却塔
LDCM-400Q=400m3/hN=7.5Kw
台
2
17
生活热水循环泵
TPG150-315（I）、Q=200m3/h、H=32m、N=30kw
台
3
二用一备
18
多功能水处理器
CN12c1.0FD-A水处理量600m3/h
台
1
19
生活热水箱
套
1
20
生活热水供应泵
台
因为采用了双冷源，所以新风机组和空调机组，可以采用清华同方的全热回收集中式双冷源新风机组，和全热回收式集中双冷源温湿分控空调机组。
原类型
替代类型
替代型号规格、参数
台数
备注
水冷溶液调湿
新风机组
全热回收式双冷源
新风机组
ZK03X-SN
QL/QR63/29KwL=3000m3/h
N=7.0Kw余压250Pa
11
去内置冷源
水冷溶液调湿
新风机组
全热回收式双冷源
新风机组
ZK02X-SN
QL/QR42/19KwL=2000m3/h
N=4.8Kw余压250Pa
1
去内置冷源
水冷溶液调湿
空气机组
全热回收式双冷源
空调机组
ZK30-SN
QL/QR195/303KwL=30000m3/h
N=25.3Kw余压350Pa
1
去内置冷源
采用此型号主要是它具有热回收功能，最完整保留原设计不变。
七、温湿分控空调系统的说明：
1、办公建筑对空调设备的要求
①办公室中的脑力工作者，在每天8小时以上的高速脑力劳动过程中，往往因浑浊的室内空气而丧失创新灵感，这无疑是生产力降低不容忽视的原因，因此办公建筑必须保证有足够的新风量；
②办公室温度过高时，人体中一种叫松果腺体分泌出的松果激素量也较大，使得体内甲状腺素及肾上腺素的浓度就相对降低，细胞就会“偷懒”，人就会无精打采，萎靡不振，严重影响工作效率。
办公建筑空调系统保证控制区域温度低于人体体温10℃左右，才能保证人体舒适性；
③空气湿度过大或过小时，都有利于一些细菌和病毒的繁殖和传播。
科学测定，当空气湿度高于65%或低于38%时，病菌繁殖滋生最快，当相对湿度在45%－55%时，病菌死亡较快。
相对湿度通常与气温、气压共同作用于人体。
如果湿度过小时，上呼吸道粘膜的水分大量丧失，人感觉口干舌燥，甚至出现咽喉肿痛、声音嘶哑和鼻出血，并诱发感冒。
当相对湿度达80%以上，26℃会让人感觉31℃似的。
因此单纯以温度为控制对象的空调系统已经不能满足人体舒适度的需要。
办公建筑空调系统能够将空气湿度控制在45%－65%的范围内，才能最大限度的满足人体舒适性；
④办公建筑多采用“风机盘管+新风”的灵活空调系统，但风机盘管的湿表面和接水盘是滋生细菌的温床。
如何避免空调系统对室内空气造成二次污染，已成为困扰空调系统的重大难题。
2.双温温湿空调系统规划
清华同方为积极响应国家节能政策，推动深圳地区建筑节能工作，建造以科技为支撑的节能建筑，在建筑设计当中以科技为先导，秉承节能环保的建设理念，采用节能新技术和新能源，打造引领深圳乃至全国的高品质、绿色、可持续发展的高端办公物空调系统。
温湿度独立控制空调系统，席卷是21世纪空调行业的最新节能技术。
该系统完全颠覆常规空调系统的设计理念，最大限度的节约空调系统的能耗，同时为使用者提供恒温恒湿的舒适环境。
温湿度独立控制空调系统有多重实现的途径。
但综合评比，性能最可靠，效果最明显的首推清华同方双冷源温湿分控空调系统。
2.1双温温湿分控系统工作原理
双冷源温湿分控空调系统的构造基本等同于常规空调。
双冷源温湿分控系统是在一个空调系统中采用两种不同品位（不同蒸发温度）的冷源，用低品位冷源（高温冷冻水）取代传统空调系统中大部分由高品位冷源（低温冷冻水）承担的热湿负荷，从而通过提高空调制冷系统综合制冷效率（综合COP），达到节省空调系统运行能耗之目的。
在该系统中，高温冷源为主冷源，负责承担全部室内显热负荷和全部新风负荷，占空调系统总负荷的比例一般为55~85%；低温冷源为辅助冷源，只承担室内湿负荷，占空调系统总负荷的比例一般只有15~20%。
图1：
温湿分控空调系统基本组成
株洲市位于湖南省东部，湘江下游，地下水含量丰富，工程地质性质良好，按气候分区属夏热冬冷地区。
以夏季空调为主，冬季也要采暖，过渡季节还要除湿处理新风。
主机适合采用地源热泵系统。
本项目可采用基于地源热泵的双冷源温湿分控空调系统。
其系统构造如图1所示：
由于系统采用了清华同方双温新风机组合干式风机盘管，空调系统可以实现将冷冻水供水温度提高至15℃运行，最大限度的实现节能。
同时大大提高体感的舒适度。
其运行模式如图2所示：
图2：
基于地源热泵的双温空调系统运行模式
双温空调系统的新风处理过程
在双冷源温湿分控空调系统中，高温冷源通常采用集中模式，冷冻水设计供水温度建议控制在14~16℃范围。
低温冷源采用常规热泵机组，制备7℃左右的冷水，输送到每一台新风机组或空调机组中，通过直接蒸发用于深度除湿。
双温型新风机组中的夏季空气处理流程分为两段，如右图所示，第一段为通过高温冷水盘管实现的对新风的冷却除湿过程，即图中的W—L1段，其中L1称为第一设计机器露点，简称“第一露点”；第二段为通过直接蒸发盘管实现的对新风的深度冷却除湿过程，即图中的L1—L2段，其中L2称为第二设计机器露点，简称“第二露点”。
本项目建筑特点可采用有组织排风的空调模式，新风机采用全热回收型集中新风系统。
是利用系统有组织排风，排除低温冷源的冷凝热，实现新风深度除湿。
2.2双温空调方案的特点与优势
（1）节能方面的优势
夏季工况时双温空调方案的主冷源采用了制冷效率更高的高温冷冻水（供水温度15℃）系统，只有不到20%的辅助冷源采用了常规低温冷源（蒸发温度7℃）。
因此，与全部冷源均为7℃低温冷源的常规方案相比，双温空调方案的综合制冷效率（COP）可以提高15%左右，节能优势显著。
双温空调系统末端的换热面积较常规空调系统增加许多，因此冬季工况时双温空调方案的热源可采用35℃~40℃的低温热水。
与常规系统50℃~60℃的热源相比，双温空调方案综合供暖效率可以提高10%左右。
（2）舒适与健康得兼
在常规的“新风机组+风机盘管”方案中，由于风机盘管与新风机组均采用7℃低温冷源，因此风机盘管中的表冷器在供冷季永远都是“湿表面”，当空气中的灰尘驻留在盘管上时，必然会滋生细菌，造成空气的严重污染。
因空调系统自身污染导致的空气品质下降甚至疾病传播问题，已成为空调系统的重大隐患。
空调，在让我们得到舒适的同时，有可能使我们失去健康！
双温空调方案中，由于所有风机盘管全部采用高温冷源，因此可以得到真正意义上的干工况，风机盘管中的表冷器只用来降温，不再有冷凝水，不会再成为湿表面，即使沾灰也不会再有细菌滋生。
因此，双温空调方案带来的末端干工况条件，可以彻底解决空调系统的空气污染问题，使我们在得到舒适的同时，更能得到健康！
（3）温湿度独立控制
常规的“新风机组+风机盘管”方案为热湿联合处理的空调方案，在实际运行中，只能保证房间的温度控制，湿度实际处于失控状态。
环境相对湿度也是人体舒适度的重要指标，放弃对相对湿度的控制是现有空调方案下的无奈之举。
双温空调方案实际是一种温湿度独立调节方案。
其中，新风系统承担空调系统全部湿负荷，负责房间的湿度控制；风机盘管系统只承担室内显热负荷，负责房间温度控制。
因此，在双温空调方案中，室内温湿度得以实现完全独立控制，可以最大限度保障环境舒适度。
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