长沙某上市企业生产基地中央空调系统改造方案

【摘要】长沙某上市企业生产基地，分三期建设完成，包括办公楼、生产楼、研发楼，建筑分布广，使用功能多，空调工况需求各不相同。本文针对目前整个基地中央空调使用的功能需求，提出2种改造方案，并对2种方案进行计算分析，得出结论，为业主提出最佳的解决思路。

【关键词】冷热源;中央空调水系统;水力平衡;节能降耗

1、项目概况

1.1 工程现状

项目为长沙某上市企业生产基地，位于长沙市高新区，主要包括1#、2#、3#生产性用房，及5#、6#、7#办公用房，及8#栋宿舍，预计改为办公。生产性用房总建筑面积40359平方米，办公区建筑面积16459平方米（不含8#栋）。

现空调冷热源配置：空调主机房采用1台制冷量2813kW离心冷水机组，1台制冷量2461kW离心冷水机组，总制冷量5274KW。2台额定制热量1400kW真空热水锅炉，总制热量2800kW。基地内所有空调制冷制热统一由空调主机房提供。

1.2 业主需求

（1）随着公司发展，新增2#楼整栋、3#楼5F，7#楼7F、8#楼建筑空调使用面积约15000平方米。根据目前使用情况空调冷热源已无法满足增加空调负荷，需要对冷热源系统扩容。

（2）冷热源系统扩容改造需考虑全公司各区域负荷需求，近期和远期变化。

（3）改造不能对企业生产产生影响，同时满足运行节能需求。

1.3 改造依据、要求

（1）《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》  GB50736-2012

（2）《通风与空调工程施工规范》              GB50738-2011

（3）《通风与空调工程施工质量验收规范》      GB50243-2002;

（4）《公共建筑节能设计标准》                GB50019-2015

1.4 现场调研

经过现场实地勘察，目前机房内已布置2台离心冷水机组，2台燃气热水锅炉机房，空调机房空间很紧张。机房内冷却水泵后方、集分水器右方有一小块5m×3.2m空间。

空调机房屋顶现已安装2组冷却塔，尚具备增加2组冷却塔空间。

2、空调冷、热负荷

空调冷负荷估算：

根据业主提供原设计图纸，运行情况反馈，及建筑功能情况，主要负荷测算统计如下：

3、冷热源改造方案

3.1 改造需求

项目已有冷热源采用1台制冷量2813kW离心冷水机组，1台制冷量2461kW离心冷水机组，总制冷量5274KW。2台额定制热量1400kW真空热水锅炉，总制热量2800kW。在增加2#栋、3#栋5F、7#栋7F后，总需求冷负荷6764kW，热负荷4297kW。至少需增加制冷量1490kW，制热量1497kW。

在增加空调使用面积后，另根据业主使用情况反馈，项目空调系统改造需要解决问题如下：

（1）原冷热源配置已不能满足未来基地使用负荷需求，需增加冷热源容量。

（2）项目供能半径大，包括厂房和办公楼，水系统环路大，容易存在水力失调，造成部分最不利用户使用效果不佳。解决水力平衡问题，比如3#栋7F，后水泵经过改造后基本满足要求。

（3）当前空调系统运行费用高。根据业主反馈空调年运行费用，项目空调系统运行费用较高，超出正常供冷供热值，存在较大节能空间。

3.2 改造方案

針对以上需解决问题，结合项目实际情况，提供两个改造方案进行比较，两种冷热源方案如下：

方案一：

（1）办公与厂房制冷、供热厂房系统依旧合用。

（2）空调主机房内增加1台2813kW变频离心式冷水机组，1台1400kW热水锅炉替换为2800kW热水锅炉。

（3）撤掉一台锅炉位置布置冷水机组。锅炉还布置于机房中。

（4）替换4台空调冷水泵，替换1台热水泵，新增1台冷却水泵。

（5）原1#栋多联机利旧改到8#宿舍楼。（本方案预算未含）

（6） 机房空调配电实际需要容量750KVA，考虑厂房其它工艺设备，统筹总考虑1600KVA

方案二：

（1）办公与厂房制冷独立分开，供热系统可分可合。

（2）空调主机房冷水机组、热水锅炉承担生产厂房需求。

（3）新增1组制冷量786kW风冷螺杆，利旧2组1050kW风冷模块作为5#、6#、7#办公楼空调冷热源机。

（4）主机房1台1400kW热水锅炉替换为2800kW热水锅炉。

（5）替换1台热水锅炉、热水泵布置于原位置。替换2台空调冷水泵（加大）。

（6）原1#栋多联机利旧改到8#宿舍楼。（本方案预算未含）

（7）风冷热泵空调配电实际需要容量700KVA，考虑厂房其它工艺设备，统筹总考虑1600KVA

3.3 方案特点

方案一：

（1）对现有主机房有一定改造工作量，增加1台离心冷水机组、替换1台热水锅炉、替换4台冷水水泵、增加1台冷却水泵、1台热水泵。机房内冷水分集水器加大、主管路不需要改动。改造会影响基地供冷5～7天。

（2）所有冷热源主机设备集中控制管理，减少运行维护管理工作量。

（3）新增加1台离心冷水机组、替换1台热水锅炉，余量可充分考虑未来生产需要空调增加量，不用担心未来供冷、供热量不足。

（4）全部采用离心冷水机组制冷，机房系统效率高，节约能源。

方案二：

（1）对现有主机房改造较小，仅替换2台空调冷水泵、1台热水锅炉、1台热水泵。机房内分集水器、主管路不需要改动。改造对企业生产影响小。

（2）5#办公区屋顶布置风冷模块机组，增加空调水泵。需要将利旧及新增的风冷模块运输到办公区屋顶。

（3）厂房和办公制冷系统分离，可降低办公与厂房水力失调，缓解水力不平衡。

（4）不足之处是风冷模块主机能效低，运行费用较高，具体经济性比较详后章节分析。另1#栋风冷模块机组长时间不运行，可能需要维修，系统运行效果难以保证。

（5）生产厂房空调余量有限。现主机房内2台离心冷水机组可基本满足项目1#、2#、3#厂房空调需求，如远期出现空调负荷剧增特殊情况，需在主机房另增加1台冷水机组，布置在现1#锅炉位置，1#锅炉移动到机房预留空间处。

3.4 管路计算

（1）主機房内改造后管道水力计算

（2）室外管网

由管道水力计算可知，热水主管、大热水支管、1#、2#、3#栋冷水支管比摩阻明显超出正常范围值，需要进行改造。建议冷水支管可在供热季进行更换，热水管可在非制热期间进行更换。

4、系统技术经济性分析

项目运行费用主要包括夏季制冷、冬季制热、过渡季空调费用。现分别对改造后各系统方案进行技术经济性对比。

4.1 现有系统全年空调运行费用测算

基本参数：

电价： 0.8元/kWh             燃气费：3.18元Nm3/h

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

每天空调运行时间为： 24小时

4.2 方案一

项目冷热源改造方案相对原系统，增加设备改造投资，冷热源投资及运行费用如下：

根据以上表格计算结果，方案一初投资546.5万元，年运行费用382万元。

4.3方案二

根据以上表格计算结果，方案二投资452.5万元，年运行费用413万元。

5、改造建议

（1）本项目空调及热水系统冷热源供应能力不足，有必要增加冷热源机组，满足用户需求。根据当前的主机设备能效和电、天然气价格，夏季采用电制冷冷水机组运行费低于风冷热泵机组。本项目冷热源主机改造建议采用方案一。

（2）方案一主机房增加1台冷水机组、替代1台燃气热水锅炉，项目空调负荷余量充足，不用担心未来空调负荷不足。方案二办公楼独立采用风冷热泵机组，主机房替代1台燃气热水锅炉，不增加冷水机组，生产厂房空调负荷余量不足。

（3）电气改造。增加电制冷压缩冷水机组，相应水泵需增加配电。另综合考率厂房工艺配电需求，建议增加总配电1600KVA，满足远期需求。

（4）生产厂房空调冷水支管阻力过大，建议进行冷冻水支管管网改造，缓解水力不平衡现象。

（5）运行建议。项目运行费用较高，具备较大节能潜力，建议完善节能控制系统，节约运行费用。

作者简介：

李向辉（1978-），男，汉族，河北衡水人，硕士，暖通工程师，国家一级建造师，国家特种设备检验师，主要从事暖通EPC工作。