長沙某上市企業生產基地中央空調系統改造方案

【摘要】長沙某上市企業生產基地，分三期建設完成，包括辦公樓、生產樓、研發樓，建筑分布廣，使用功能多，空調工況需求各不相同。本文針對目前整個基地中央空調使用的功能需求，提出2種改造方案，并對2種方案進行計算分析，得出結論，為業主提出最佳的解決思路。

【關鍵詞】冷熱源;中央空調水系統;水力平衡;節能降耗

1、項目概況

1.1 工程現狀

項目為長沙某上市企業生產基地，位于長沙市高新區，主要包括1#、2#、3#生產性用房，及5#、6#、7#辦公用房，及8#棟宿舍，預計改為辦公。生產性用房總建筑面積40359平方米，辦公區建筑面積16459平方米（不含8#棟）。

現空調冷熱源配置：空調主機房采用1臺制冷量2813kW離心冷水機組，1臺制冷量2461kW離心冷水機組，總制冷量5274KW。2臺額定制熱量1400kW真空熱水鍋爐，總制熱量2800kW。基地內所有空調制冷制熱統一由空調主機房提供。

1.2 業主需求

（1）隨著公司發展，新增2#樓整棟、3#樓5F，7#樓7F、8#樓建筑空調使用面積約15000平方米。根據目前使用情況空調冷熱源已無法滿足增加空調負荷，需要對冷熱源系統擴容。

（2）冷熱源系統擴容改造需考慮全公司各區域負荷需求，近期和遠期變化。

（3）改造不能對企業生產產生影響，同時滿足運行節能需求。

1.3 改造依據、要求

（1）《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》? GB50736-2012

（2）《通風與空調工程施工規范》? ? ? ? ? ? ? GB50738-2011

（3）《通風與空調工程施工質量驗收規范》? ? ? GB50243-2002;

（4）《公共建筑節能設計標準》? ? ? ? ? ? ? ? GB50019-2015

1.4 現場調研

經過現場實地勘察，目前機房內已布置2臺離心冷水機組，2臺燃氣熱水鍋爐機房，空調機房空間很緊張。機房內冷卻水泵后方、集分水器右方有一小塊5m×3.2m空間。

空調機房屋頂現已安裝2組冷卻塔，尚具備增加2組冷卻塔空間。

2、空調冷、熱負荷

空調冷負荷估算：

根據業主提供原設計圖紙，運行情況反饋，及建筑功能情況，主要負荷測算統計如下：

3、冷熱源改造方案

3.1 改造需求

項目已有冷熱源采用1臺制冷量2813kW離心冷水機組，1臺制冷量2461kW離心冷水機組，總制冷量5274KW。2臺額定制熱量1400kW真空熱水鍋爐，總制熱量2800kW。在增加2#棟、3#棟5F、7#棟7F后，總需求冷負荷6764kW，熱負荷4297kW。至少需增加制冷量1490kW，制熱量1497kW。

在增加空調使用面積后，另根據業主使用情況反饋，項目空調系統改造需要解決問題如下：

（1）原冷熱源配置已不能滿足未來基地使用負荷需求，需增加冷熱源容量。

（2）項目供能半徑大，包括廠房和辦公樓，水系統環路大，容易存在水力失調，造成部分最不利用戶使用效果不佳。解決水力平衡問題，比如3#棟7F，后水泵經過改造后基本滿足要求。

（3）當前空調系統運行費用高。根據業主反饋空調年運行費用，項目空調系統運行費用較高，超出正常供冷供熱值，存在較大節能空間。

3.2 改造方案

針對以上需解決問題，結合項目實際情況，提供兩個改造方案進行比較，兩種冷熱源方案如下：

方案一：

（1）辦公與廠房制冷、供熱廠房系統依舊合用。

（2）空調主機房內增加1臺2813kW變頻離心式冷水機組，1臺1400kW熱水鍋爐替換為2800kW熱水鍋爐。

（3）撤掉一臺鍋爐位置布置冷水機組。鍋爐還布置于機房中。

（4）替換4臺空調冷水泵，替換1臺熱水泵，新增1臺冷卻水泵。

（5）原1#棟多聯機利舊改到8#宿舍樓。（本方案預算未含）

（6） 機房空調配電實際需要容量750KVA，考慮廠房其它工藝設備，統籌總考慮1600KVA

方案二：

（1）辦公與廠房制冷獨立分開，供熱系統可分可合。

（2）空調主機房冷水機組、熱水鍋爐承擔生產廠房需求。

（3）新增1組制冷量786kW風冷螺桿，利舊2組1050kW風冷模塊作為5#、6#、7#辦公樓空調冷熱源機。

（4）主機房1臺1400kW熱水鍋爐替換為2800kW熱水鍋爐。

（5）替換1臺熱水鍋爐、熱水泵布置于原位置。替換2臺空調冷水泵（加大）。

（6）原1#棟多聯機利舊改到8#宿舍樓。（本方案預算未含）

（7）風冷熱泵空調配電實際需要容量700KVA，考慮廠房其它工藝設備，統籌總考慮1600KVA

3.3 方案特點

方案一：

（1）對現有主機房有一定改造工作量，增加1臺離心冷水機組、替換1臺熱水鍋爐、替換4臺冷水水泵、增加1臺冷卻水泵、1臺熱水泵。機房內冷水分集水器加大、主管路不需要改動。改造會影響基地供冷5～7天。

（2）所有冷熱源主機設備集中控制管理，減少運行維護管理工作量。

（3）新增加1臺離心冷水機組、替換1臺熱水鍋爐，余量可充分考慮未來生產需要空調增加量，不用擔心未來供冷、供熱量不足。

（4）全部采用離心冷水機組制冷，機房系統效率高，節約能源。

方案二：

（1）對現有主機房改造較小，僅替換2臺空調冷水泵、1臺熱水鍋爐、1臺熱水泵。機房內分集水器、主管路不需要改動。改造對企業生產影響小。

（2）5#辦公區屋頂布置風冷模塊機組，增加空調水泵。需要將利舊及新增的風冷模塊運輸到辦公區屋頂。

（3）廠房和辦公制冷系統分離，可降低辦公與廠房水力失調，緩解水力不平衡。

（4）不足之處是風冷模塊主機能效低，運行費用較高，具體經濟性比較詳后章節分析。另1#棟風冷模塊機組長時間不運行，可能需要維修，系統運行效果難以保證。

（5）生產廠房空調余量有限。現主機房內2臺離心冷水機組可基本滿足項目1#、2#、3#廠房空調需求，如遠期出現空調負荷劇增特殊情況，需在主機房另增加1臺冷水機組，布置在現1#鍋爐位置，1#鍋爐移動到機房預留空間處。

3.4 管路計算

（1）主機房內改造后管道水力計算

（2）室外管網

由管道水力計算可知，熱水主管、大熱水支管、1#、2#、3#棟冷水支管比摩阻明顯超出正常范圍值，需要進行改造。建議冷水支管可在供熱季進行更換，熱水管可在非制熱期間進行更換。

4、系統技術經濟性分析

項目運行費用主要包括夏季制冷、冬季制熱、過渡季空調費用。現分別對改造后各系統方案進行技術經濟性對比。

4.1 現有系統全年空調運行費用測算

基本參數：

電價： 0.8元/kWh? ? ? ? ? ? ?燃氣費：3.18元Nm3/h

夏季制冷期：150天/年? ? ? ?冬季制冷期： 90天/年? ? 過渡季：120天/年

每天空調運行時間為： 24小時

4.2 方案一

項目冷熱源改造方案相對原系統，增加設備改造投資，冷熱源投資及運行費用如下：

根據以上表格計算結果，方案一初投資546.5萬元，年運行費用382萬元。

4.3方案二

根據以上表格計算結果，方案二投資452.5萬元，年運行費用413萬元。

5、改造建議

（1）本項目空調及熱水系統冷熱源供應能力不足，有必要增加冷熱源機組，滿足用戶需求。根據當前的主機設備能效和電、天然氣價格，夏季采用電制冷冷水機組運行費低于風冷熱泵機組。本項目冷熱源主機改造建議采用方案一。

（2）方案一主機房增加1臺冷水機組、替代1臺燃氣熱水鍋爐，項目空調負荷余量充足，不用擔心未來空調負荷不足。方案二辦公樓獨立采用風冷熱泵機組，主機房替代1臺燃氣熱水鍋爐，不增加冷水機組，生產廠房空調負荷余量不足。

（3）電氣改造。增加電制冷壓縮冷水機組，相應水泵需增加配電。另綜合考率廠房工藝配電需求，建議增加總配電1600KVA，滿足遠期需求。

（4）生產廠房空調冷水支管阻力過大，建議進行冷凍水支管管網改造，緩解水力不平衡現象。

（5）運行建議。項目運行費用較高，具備較大節能潛力，建議完善節能控制系統，節約運行費用。

作者簡介：

李向輝（1978-），男，漢族，河北衡水人，碩士，暖通工程師，國家一級建造師，國家特種設備檢驗師，主要從事暖通EPC工作。