上海某厂房建筑空调水系统设计

上海某厂房建筑空调水系统设计

陈利

苏州市建筑工程设计院有限公司   江苏苏州   215000

摘要：通过分析上海某厂房建筑空调水系统设计，结合建筑功能分布及使用方要求，从工程造价、节能环保、工程实用性以及运营管理等方面进行了空调水系统设计，从而达到了工程的使用要求以及对厂房空调水系统的优化设计。

关键词：冷热源；空调水系统；变流量；节能措施；

1、工程概况

该项目位于上海松江区，由1#厂房、2#厂房、地下车库、3#设备房、4#污水处理站房、5#化学品库房等组成，占地面积13122.88m2，总建筑面积：138992.83m2，地下车库1层，1#厂房11层、建筑高度49.9m，2#厂房10层、建筑高度49.85m。1#厂房主要功能为研发办公，2#厂房B主要功能为生产车间；

2、空调水系统设计

2.1 空调冷热源

结合车间的运行要求、厂房空调系统的设计经验以及项目所在地块的情况，确定了采用常规电制冷冷水机组加锅炉的空调冷热源设计方案。

1#厂房的冷负荷为7509kw，冷指标159.7w/m2，1#厂房的热负荷为4580kw，热指标97.44w/m2；2#厂房的冷负荷9336kw，冷指标193.7w/m2，2#厂房的热负荷为7869kw，热指标163.3w/m2。

1#厂房A总人数约1000人，每层按200人计算；2#厂房B总人数约1000人，每层按100人计算。由于人员数量分布不均匀，故空调末端预留按照人员集中于一层最不利工况考虑。2#厂房B普通车间每层工艺排风量约15000m3/h；净化车间每层工艺排风量约60000m3/h；工艺散热量每层约120kw；再热量约70w/m2。

冷水机组考虑n+1的原则，设置5台离心式冷水机组，其中1台备用;以确保工厂24小时满负荷运行。锅炉选用单台容量为4.2MW的承压燃气热水锅炉3台，并为项目二期预留2台的条件。使用方要求恒温恒湿区内的温度23±5℃、湿度55±20%。

2.1.1冷源

（1）空调冷源集中放置在地下一层空调制冷机房内，按厂房使用方要求，电制冷冷水机组按照20％的余量预留，设置了4+1（备用）台4200kw离心式冷水机组，供应7℃/12℃冷水，通过自控系统可以根据末端的负荷变化对冷水机组的冷量进行调节，并且当其中1台设备出现故障，备用设备也可满足系统最大使用负荷。同时设置4台5000kw冷回收换热系统放置在地下一层制冷机房内，与冷水机组并联，当春秋季室外温度小于14℃时，关闭部分冷水机组侧开关式电动阀，打开冷回收换热系统侧电动阀，通过板式换热器换热，得到15℃/21℃中温水与7℃/12℃冷水混合使用，通过现场调试等手段，在满足车间温湿度要求的前提下，将节能效果最大化。

（2）因工艺要求需要工艺冷却水系统，设置了2台1000KW螺杆式冷水机组，供应15℃/25℃中温水为车间内的工艺设备使用。同时设置2台1300kw冷回收换热系统放置在地下一层制冷机房内，与冷水机组并联，当春秋季室外温度小于14℃时，关闭部分冷水机组侧开关式电动阀，打开冷回收换热系统侧电动阀，通过板式换热器换热，得到15℃/25℃中温水，通过现场调试等手段，在满足车间温湿度要求的前提下，将节能效果最大化。

2.1.2热源

  （1）因本项目无市政热源，为满足使用方提出的要求，依据国家规范考虑燃气泄爆、消防逃生等原因，锅炉房放置在地下一层地下车库内，锅炉房上方属于非人员密集区。

（2）锅炉机房内设置3台4200kw承压热水锅炉，3台5000kw板式换热器及水泵等设备均放置在空调主机房内，一次侧锅炉供回水温度95℃/70℃，通过板换换热，二次侧供回水温度60℃/50℃供应末端空调设备使用。

（3）利用工艺区空压机系统废热回收，一次侧热回收供回水温度70℃/60℃，通过板换换热，二次侧供回水温度60℃/50℃供应末端空调设备使用。

2.2空调水系统设计

2.2.1 空调水系统

   与使用方商定，1#厂房和2#厂房仅局部区域为恒温恒湿区域，其他区域为均一般区，恒温恒湿区的空调水系统采用四管制形式，一般区的空调水系统采用两管制形式，空调冷水供回水温度7℃/12℃，空调热水供回水温度60℃/50℃。工艺冷却水采用两管制，供回水温度15℃/25℃。在各层空调水井处预留主管蝶阀，待使用方明确各功能区平面布置再进行深化设计。并且各层主管处设置静态平衡阀，用以调节各层水力平衡。

2.2.2 冷却水系统

空调水系统冷却水塔及工艺用冷却水塔集中设置在2#厂房屋面上，空调水系统冷水机组设置了4+1（备用）台开式冷却水塔，工艺用冷水机组设置了2台开式冷却水塔，提供32/37℃空调冷却水。冷却水塔采用变频风机以便于根据实际负荷情况进行风速控制，减少风机能耗、降低噪声、减少飘水。为了使得冷却水塔换热效率最大化，冷却水塔周围均无障碍物遮挡，且设备摆放位置易调试、维修。

2.2.3 水系统管径和流速的确定

从工程造价和使用运行两方面综合考虑合理的管道流速。流速大，管径相对会选小，较少初投资，但对水泵的运行费用会随之增大，反之亦然。通过参考设计手册中的流速范围，选取上限值比较合适，因空调水系统在大部分时间内均在部分负荷运行，在确定管径是按照满负荷流量选型，所以一年的大部分时间内管道内的流速不会特别高。车间的部分层高仅为4.25m，天花内存在消防喷淋管、消火栓水管、给水管、排水管、空调送回风管、排风管、空调冷热水管、空调冷凝水管、电气强弱电桥架等管道，管道之间存在许多交叉，都要占据一定的空间，为了降低项目成本，增加使用空间，空调管线在设计的时候管径小一些，从而满足以上要求。

3、变流量设计

本项目空调冷水系统采用一次泵变流量系统，冷水机组和冷水泵一一对应，变流量控制系统通过自控技术和变频器控制水泵和冰机等设备，实现改变运行频率，用以达到变流量节能的目的。对水泵系统的优化控制是使水泵的流量可以适应末端空调设备的变化。对空调水系统的优化，主要在于空调冷热源的选用，从全年使用的负荷变化合理选定冷热源的容量和数量，利用自控技术控制冷热源设备加减载，从而对满足末端的负荷要求和能耗的最小消耗。一级泵进出水主管上并联了一根旁通管，旁通管上设有压差旁通阀，旁通阀平时关闭，当一级泵水流量变到最小，末端空调设备仍在减少水流量时打开，保证冷源设备的最小流量需求，防止设备因流量过小发生喘振甚至宕机，给生产生活带来不必要的影响。根据负荷认真严谨的设计末端空调设备的规格参数，使得末端空调设备不在小温差大流量时运行。

4、节能措施

建筑工程的全能消耗，空调系统大概占到50％~60％左右，节约能源，减少能耗是设计人时刻谨记并应把措施实践到项目上，本工程在设计过程中采取了以下措施：（1）空调冷水机组的能效比满足GB50189公共建筑节能设计标准的要求；（2）末端空调箱、冷热源机组和空调水系统上的能量调节阀的自控装置；（3）空调冷热水系统循环水泵采用变频泵调节控制水量以减少系统耗能；（4）冷热水系统按各栋楼、各楼层、各区块设置了计量措施用以分项计量。（5）冷却水塔风机采用变风量调节，根据冷却水的温度控制冷却水塔风机转速。

5、结束语

（1）近几年变流量水系统需求广泛，同时水系统的稳定性也被提出了相应的需求，对管路的变流量调节，通过恰当合适的控制方法用以提高系统的稳定性，并且可以满足空调功能性的要求又达到了系统节能的目的。从水力稳定性和节能两方面考虑，空调水系统在变流量的调节过程中压差控制效果尤其明显；

（2）厂房项目面积大、子项多、房间内空气温湿度要求精准、空调系统复杂，业主提出了设计要求及标准，相当于给建筑各功能区提出了更高的要求，也同时增加了更多的条件限制，本文对上海某厂房建筑空调水系统设计，依据国家标准、规范及规定，结合业主的相关要求，综合考虑整合建筑布局和功能，从工程造价、节能环保、工程实用性以及运营管理等方面进行了空调水系统设计，达到了工程的使用要求以及对厂房空调水系统的优化设计。希望可以对同样类型项目的空调水系统起到参考和借鉴的作用。

参考文献

[1]陆耀庆.使用供热空调设计手册[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2009

[2]朱伟峰.空调冷冻水系统特性研究[J].2002.51

[3]张再彭，陈火华，符永正.压差控制对变流量空调水系统水力稳定性的影响[J].暖通空调.2009.36（6）：63-66