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空调冷热源毕业论文
市医院类建筑中央空调工程冷热源方案分析
摘要
本文在冷热源方案选择中综合考虑和运用诸多方面的技术知识，主要包括：
国家的能源资源状况，国家的能源政策；的能源状况〔包括石柱县的状况〕；相关设计标准、规；各种冷、热源形式，各种能源转换设备的种类、工作原理、性能特点及其适用场合；冷、热源设计方案比拟中采用的评价准那么和指标；能源利用及冷热源设备的运行与环境的关系、保护环境的设计措施。
因建筑物的空调负荷是变化的，冷、热源所要提供的冷、热量在大多数情况下都小于设计最大负荷，机组在局部负荷下工作的效率都小于机组额定负荷运行时的效率。
所以，本文在选择冷、热源设备时，还对空调负荷进展了设计和计算。
并且以石柱中医院工为例进展分析，通过对该工程冷热源的初投资、能源供给、技术性能、环境影响等因素，进展综合评价分析，最终认为该类建筑在该地区采用风冷热泵冷水机组最适宜。
关键词
:
医院、冷（热）源、方案设计、综合性
第一章绪论···················································3
1、背景····························································3
2、我国能源状况·····················································3
3、市能源结构状况及石柱县的能源结构现状··························4
4、建筑能耗现状·················································5
5、医院类建筑能耗现状···········································6
第二章医院建筑空调系统、冷热源设计方法及依据··8
1、暖通设计规及标准···············································8
2、设计计算容及原始资料···········································9
3、空调负荷计算····················································10
4、空调冷热源方案确定方法···········································15
第三章不同冷热源方案的性能比照····················17
1、风冷热泵型中央空调系统·········································17
2、地源热泵系统····················································18
3、水源热泵系统····················································20
4、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组·····················24
5、电动单螺杆冷水机组+电热水锅炉··················25
6、冰蓄冷空调系统·················································26
7、不同方案的适用性分析···········································27
第四章典型案例分析······································27
1、工程概况·······················································27
2、工程冷热源方案的技术、经济、环境影响比照························27
第五章结论··················································29
参考文献·······················································29
第一章绪论〔能耗〕
1、背景
自20世纪90年代以来，人类面临着严峻的资源消耗和环境恶化，节能已成为世界的关注焦点。
在能源消耗中，建筑业是能源消耗大户。
据有关资料显示，欧美一些兴旺国家，建筑能耗占全国能耗的30%左右。
我国目前建筑能耗所占的比例远远低于兴旺国家，但随着建筑业的开展，该比例必将逐年增加，表1-1可以看出我国年能耗比例还达不到兴旺国家的水平，但预计到2020根本上可以到达兴旺国家现有的水平。
表1-1欧美各国建筑能耗占总能耗的比例
国家
美国
英国
德国
瑞典
丹麦
荷兰
加拿大
比利时
日本
比例
31.9
34.3
32.8
33.9
42.4
33.9
31.3
31.8
20.3
据统计，中国城乡既有建筑面积达460亿平方米，其中高能耗建筑占到了99%。
而国建筑能耗已占我国终端能耗的近三分之一，该比例预计在2020年将接近40%。
建筑开口部位一般约占建筑外表积的六分之一，但消耗制冷及采暖空调能源超过一半。
资料显示，我国单位建筑面积空调用电负荷达50瓦/平方米～200瓦/平方米，能源浪费极为严重，而空调的长时间开启势必造成供电顶峰，甚至烧坏电路和配电设施，导致断电、停电，威胁城市供电平安，在空调消耗大量能源的同时，更会造成城市热岛效应，加剧环境恶化程度。
因此，如何降低空调能耗已经成为建筑节能的重中之重。
2、我国的能源状况
近年来能源及与之相关的环境成为全世界各国最为关注的热点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源与环境问题。
对我国来说，由于人均能源资源短缺〔尤其是油、气、水〕，环境容量〔亦是资源〕有限，西部生态脆弱，这个问题尤为严重，它将极大的制约我国的可持续开展以及为中华民族子万代生生息息留有生存空间。
近年来，我国GDP每年以10％的速度开展，能源消耗急骤增加，环境、生态日益恶化。
这种对自然无序的、掠夺性索取的开展模式已难以为继，实际上已造成当前十分严重的、不可逆转的后果，大自然的惩罚已经不断地凸现出来，并还要继续加重。
在这样的严峻形势下，每一个能源领域的工作者，尤其是身上负有责任的各级政府官员，都要充分想到身上的重担。
我国能源结构现状具体分析如下：
煤现在是、将来〔直到2050年或更晚〕仍是我国能源的主力，虽然煤在总能源中所占的比例会逐渐下降〔从75％下降到60％〕，但总量仍会不断增加。
由于我国石油短缺，车用液体燃料还是得从煤基替代燃料上找出路。
我国2005年进口原油及其成品油约1.3亿吨，估计2010年将进口石油2.5亿吨，对外依存度将超过50％，这会引起一系列的能源平安问题。
当然，煤炭对我国来说也是稀缺产品，但相对其他能源资源仍可“忍受〞，假设每年将煤炭产量的八分之一用于车用液体燃料〔或甲醇，或二甲醚，或煤制油〕的生产，从总的能源供给角度不会带来很大的不平衡。
可再生能源〔主要是风能、太阳能和生物质能〕在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，这个情况和欧洲的其他国家在国情上有很大区别。
一些欧洲国家，他们总能耗已经不再增长〔或增长很少〕，可再生能源的开展逐步替代目前在用的化石能源。
而我国却处于总能耗急剧增长之中，单是发电设备〔其中主要是燃煤的发电〕，每年增长的装机容量是60―80GW，超过三个长江三峡。
在这个高速增长量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用说去替代原有的化石能源消耗。
譬如说，按国家规划，到2020年风力发电的装机容量将达30GW〔是2005年的24倍〕，考虑到每单位装机容量的满负荷工作时间平均只有2500小时，那么30GW的风电相当于火电12GW左右，也就是2020年我国发电总装机容量950―1000GW的1.2％左右。
总之我国能源已到了岌岌可危的地步，现在必须走节能之路。
3、市能源结构状况及石柱县的能源结构现状
市能源消费结构中，一直以煤炭为主，煤炭所占比重根本维持在65%左右，与全国相似但略优于全国水平。
2009年市煤炭比重为64.3%，石油、天然气和电力等优质能源仅占35.7%左右，而世界能源消费结构中，煤炭比重仅为30%左右。
市一次能源资源主要是煤炭、天然气和水电为主，天然气比拟丰富，但没有石油资源。
因此，市以煤炭为主的能源消费结构仍将持续，所占比重也将维持在65%左右。
石柱县工业以燃煤为主，县城生活能源以电能、煤炭为主。
农村生活用能以柴薪+秸秆+煤的混合型结构为主,其中柴薪、秸秆等生物质能直接燃烧的比例过大,全县平均到达83%,沼气、秸秆气等可再生能源及电、液化气、天然气等商品能的使用比例过低。
4、建筑能耗现状
据市建筑节能协会的表风格查，的公共建筑能源消耗形势较为严峻，具有较大的节能潜力。
具体调查情况如下：
调查总面积565.71万m2，其中采用集中空调总面积为385.11万m2〔此处数据来源于《2007年中国建筑节能年度开展研究报告》〕。
分别从建筑围护结构、用能设备、能源管理三方面对市各类型公共建筑近五年的能源消耗根底数据进展了收集整理，分析了公共建筑逐年的能耗情况，图1为市各类型公共建筑2006年耗电量折合标煤数，图2为市各类型公共建筑年能耗密度。
从图1看出，2006年市主要公共建筑耗能量总计约786千吨标煤，其型商场和星级宾馆耗能量所占比例较大，分别占总耗能量的43.1%和36.5%。
从图2看出各类型公共建筑中，大型商场、星级宾馆、有集中空调病房、博物馆年能耗密度较大，其型商场年能耗密度354.6kWh/m2•a，远远高于其他类型的公共建筑。
市建筑节能协会调查发现我市公共建筑普遍存在建筑保温隔热性能较差，空调设备选型过大等通病。
在能源管理方面差异较大，酒店类建筑明显好于其他类型建筑，但也存在一定的缺乏之处，总体来说，市公共建筑能源消耗形势较为严峻，具有较大的节能潜力。
按照回收数据分析测算，市主城区宾馆、医院、教育、文体设施等公共建筑测算面积为1854.61万m2。
这些公共建筑年耗能78.6万吨标煤。
如果进展节能改造（节能50%），每年可节能38.7万吨标煤，占市每年节能指标（180万吨标煤）的21.5%。
图1市各类型公共建筑2006年耗电量折合标煤数
图2市各类型公共建筑年能耗密度
5、医院能耗现状
〔1〕 能耗总体情况
2006年全市医院总耗能约10.6万吨标煤，约占2006年全市公共建筑总能耗的13.5%。
图3为调研的市各医院2006年能耗密度数据〔此处数据来源于市统计局编.《统计年鉴》〕。
图3市各医院2006年能耗密度数据
从图3可以看出，各个医院的能耗密度相差较大，最大的为155.3kWh/m2•a，最小的为26kWh/m2•a，两者相差近6倍，造成这种差距的主要原因有：
各医院建筑围护结构不同;各医院的规模、使用性质、就医人数存在差异，对空调舒适性要求不同;管理运行水平不同，节能措施有高有低;空调设计合理性也存在差异，个别设计负荷过大。
医院调查的重点是病房能耗，将所有病房分为采用集中空调的病房和普通病房，采用集中空调病房年平均能耗密度为108.95kWh/m2•a，普通病房年平均能耗密度为36.84kWh/m2•a。
〔2〕用能特点
医院具有公共建筑的一般特点，但又有自己行业的特殊性。
一方面是传统的室空气品质问题;另一方面，医院中有许多特殊的室环境，室环境比一般公共建筑要求较高。
医院中容易产生化学的、生物的和其它的污染，这些污染的所带来的安康问题很严重。
所以，医院的室空气品质有更高的要求，微生物以及病菌数必须保持在一定的指标，新风量标准更高。
医院建筑气流组织要求更严密，为防止穿插感染以及病菌传播，对设备的要求高。
相对于一般公共建筑，人流量虽然比商场小，但比办公建筑等要大，设备散热和人体散热，冷负荷较大。
医院建筑一般环境优雅，种植树木草皮较一般建筑多，绿色环境能够降低建筑能耗，提高室热舒适性。
医院建筑工作时间比商场建筑和办公建筑长，日供冷时间也较多，所需能耗更大。
现代医院越来越追求外形美观，窗墙面积比越来越大，大量的使用玻璃幕墙等材料，而围护结构热阻值与一般公共建筑并无区别，导致建筑能耗也越来越高，建筑节能潜力很大。
〔3〕建筑围护结构情况
医院建筑只有7.4%采用了外墙外保温技术，主要是由于所调查的医院大局部为2005年以前竣工的建筑，未到达节能标准要求。
92.3%的医院建筑采用的是普通单层玻璃，双层玻璃和镀膜玻璃只占很少一局部，所调查的医院中没有一家使用中空玻璃。
主要原因是后者的价格较高，但从节能角度考虑，采用传热系数较低的玻璃值得提倡。
医院建筑外窗大局部使用铝合金窗，虽然有57.7%的医院采用了遮阳技术，但外遮阳技术应用较少，只占19.2%，更有23.1%的医院没用采取任何外窗遮阳措施。
各医院的屋面保温技术做得相对较好，48.1%的医院采用外保温技术，通风屋面和种植屋面分别占22.2%和7.4%。
〔4〕主要用能设备情况
A、集中空调系统运行情况：
医院建筑集中空调无论是制冷机组还是水泵大多都采用台数控制，系统根据负荷变化的自动调节能力较差。
对于医院建筑大局部时间在局部负荷下运行，调节能力的缺陷就显露无疑，导致资源和能耗的双重浪费。
另外，在新风供给的情况下，有的病人还是把窗户翻开，这就造成了能量的浪费。
医院实际用能与建筑设计的用能负荷之间存在着很大的差异，在绝大多数的情况下，用能负荷都小于设计的最大值，从而造成循环水泵低负荷运行的状况，导致用能设备普遍存在“大马拉小车〞的现象，能源浪费严重。
B、照明系统调控：
调查围23.5%的医院对楼宇的照明系统都设置了独立的集中控制系统，5.9%的医院对于楼宇的照明控制还设置了专职人员，加强了照明系统的能源管理。
76.5%的医院通过调整照度，满足场地不同时段的需要。
节能灯的使用率达88.2%，大大降低了能耗。
第二章医院建筑空调系统、冷热源设计方法及依据
医院类建筑在选择冷热源方案时，所选方案首先要满足工程的空调负荷。
以下是工程负荷计算方法，可为冷热源方案选择提供有力依据。
1、设计规及标准
〔1〕甲方提供招标要求及建筑平面图
〔2〕《医院干净手术部建筑技术规》GB50333-2002
〔3〕参照《干净厂房设计规》GB50073-2001
〔4〕《采暖通风与空气调节设计规》GB50019-2003
〔5〕《干净室施工及验收规》JGJ71-90
〔6〕《通风与空调工程施工质量验收规》GB50243-2002
〔7〕《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规》GB50242-2002
〔8〕《建筑设计防火规》GB50016-2006
〔9〕《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001－2001
〔10〕《采暖通风与空气调节制图标准》GBJ114-88
〔11〕《公共建筑节能设计标准》GB50189—2005
2、设计容及原始资料〔以为例〕
〔1〕设计容：
1.空调系统冷、热、湿负荷的计算。
2.冷热源选择、系统配置图。
〔见附录〕
〔2〕、原始资料：
1、室外设计参数
夏季
空调室外计算干球温度36.5℃空调室外计算温球温度27.3℃大气压力97.732kPa
冬季
空调室外计算干球温度2℃空调室外计算相对湿度83%大气压力99.120kPa
1、干净手术部各级辅助用房设计技术参数
表2手术部主要技术指标
名称
最小静压差〔Pa〕
换气次数〔次/小时〕
工作高度截面风速〔m/s〕
温度〔℃〕
相对湿度〔%〕
最小新风量
噪音dB〔A〕
最低照度〔LX〕
对相邻低级别干净室
〔m3h/人〕
〔次/h〕
Ⅰ级手术室
＋8
---
0.25～0.30
22～25
40～60
60
6
≤52
≥350
Ⅲ级手术室
＋5
18～22
---
22～25
35～60
60
4
≤50
≥350
Ⅳ级手术室
＋5
12～15
---
22～25
21～60
60
4
≤50
≥350
干净走廊
＋5
10～13
---
21～27
≤60
---
3
≤60
≥150
无菌药品
＋5
10～13
---
21～27
≤60
---
3
≤60
≥150
无菌库房
＋5
10～13
---
21～27
≤60
---
3
≤60
≥350
复室
0
8～10
---
22～25
30～60
---
4
≤50
≥200
换车间
＋5
8～10
---
21～27
≤65
---
3
≤55
≥150
缓冲、洗手
＋5
10～13
---
21～27
≤60
---
3
≤60
≥150
噪声声级不高于45dB;
空气中含尘量不大于0.30mg/m³;
室空气压力稍高于室外大气压。
3、空调负荷计算
此处为确定冷热源负荷计算公式及计算步骤，具体计算结果由鸿业软件计算。
〔1〕冷负荷的计算
外墙冷负荷的计算：
外墙瞬时传热形成的冷负荷：
LQτ=KFΔtτ-ξ〔1〕
式中：
F—计算面积，单位：
㎡；
τ—计算时刻，单位：
h；
τ-ξ—温度波的作用时刻,单位：
h；
Δtτ-ξ—作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，单位：
℃。
外窗瞬时传热冷负荷：
LQτ=KFΔt〔2〕
式中：
LQτ—通过外墙和屋面的得热量所形成的冷负荷，W
F—外墙和屋面的面积，单位：
m2；
查附录一2-4表7在基准条件aw=18.6w/〔m2·oC〕，an=8.72w/〔m2·oC〕，
K—玻璃窗传热系数。
Δt—计算时刻下结构的负荷温差，单位：
oC。
查得知，aw=18.6w/〔m2·oC〕时，外外表换热系数修正值Ka=1.0.
由《供热工程》附录2-4表8地区玻璃窗冷负荷的地点修正值td=1.0oC.
透过玻璃窗的日射得热引起得冷负荷：
LQτ=F·Ca·Cs·Cn·Dj，max·CL〔3〕式中：
F—窗的面积，m2
Ca—为有效面积系数取0.75
Cs—窗玻璃的遮阳系数。
Cs=0.86
Cn—窗遮阳设施的遮阳系数。
无遮阳:
Cn=1
有效面积为F·ca
由地区的纬度29°37′查的表2-7七月份日射得热因素的最大值Dj，max：
修正值均可在教材《空气调节》附录2中查得。
人员散热引起的冷负荷:
LQτ=QS·C1+QrW〔4〕
人体显热散热引起的冷负荷：
QS=n1·n2·qsW〔5〕
人体潜热散热引起的冷负荷：
Qr=n1·n2·qrW〔6〕
式中：
QS—人体显热散热引起的冷负荷，单位：
W；
Qr—人体潜热散热引起的冷负荷，单位：
W；
Qs—不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量，单位：
W；
Qr—不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量，单位：
W；
n1—人数根据大城市医院人流密度约为0.7～1.2人/m2和医院面积可以算出人数医院人数取620
n2—群集系数
医院的人属于极轻度劳动，查表2-11，当室温为26oC时，成年男子散发的显热和潜热分别为：
qs=61w/人，qr=73w/人
以上各参数由《空气调节》附录2查得。
照明散热引起的冷负荷：
在该设计中，取照明密度为25W/
，所以照明引起的冷负荷为
〔7〕
式中：
—照明散热引起的冷负荷，单位：
W
—不同时刻下灯具得散热量，单位：
W
—照明总功率，单位：
W；
—灯罩得隔热系数，取值为1
设备散热冷负荷：
在该设计中，取设备负荷密度为13W/
，所以设备散热引起的冷负荷为
〔8〕
式中：
—设备散热引起的冷负荷，W
—不同时刻下设备的散热量，W
—设备总功率，W
—设备罩的隔热系数，取值为1
〔2〕湿负荷的计算
商场由于人员多，湿负荷主要是由人员散湿引起的，所以在各层商场的湿负荷计算中，只考虑了人员，而忽略了其它散湿。
湿负荷计算公式：
W=0.278nψg×10-3g/s〔9〕
式中：
n—空气调节房间的人数，单位：
人；
g—每个人的散湿量，单位：
g/s
φ—群集系数
〔3〕热负荷的计算
空调热负荷是指空调系统在冬季里，当室外空气温度在设计温度条件时，为保持室的设计温度，系统向房间提供的热量。
对于民用建筑来说空调冬季的经济性对空调系统的影响要比夏季小。
因此，空调热负荷一般是按稳定传热理论计算的。
房间的热负荷Q主要包括以下几局部：
Q=Q1+Q2+Q3〔10〕
式中：
Q1——围护结构耗热量
Q2——冷风渗透耗热量
Q3——冷风侵入耗热量
维护结构的耗热量：
〔1〕围护结构的根本耗热量：
〔11〕
式中：
K——围护结构的传热系数，W/㎡·K；
F——围护结构的计算面积，㎡；
——冬季室空气的计算温度，℃；
——冬季室外空气的计算温度，℃；
α——围护结构的温差修正系数；是用来考虑供暖房间并不直接接触室外大气时，围护结构的根本耗热量会因外传热温差的削弱而减少的修正，其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。
（2）维护结构耗热量的修正
按照暖通规的规定,维护结构的耗热量修正应考虑朝向修正、风力附加和高度附加三个方面。
朝向附加耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构根本耗热量的修正。
《暖通规》规定，朝向修正率宜按以下规定的数值选用：
北、东北、西北0～10％；东南、西南—10％～—15％；
东、西5％；南—15％～—30％；
风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构根本耗热量的修正。
《暖通规》规定：
在一般情况下，不必考虑风力附加。
只对建在不避风的高地、河边、海岸、原野上的建筑物，以及城镇、厂区特别突出的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加5％～10％。
高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。
《暖通规》规定：
民用建筑和工业辅助建筑物〔楼梯间除外〕的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2％，但总的附加率不应大于15％。
在此只考虑朝向修正，修正率如下：
北0；东、西-5％；南—15％；
冷风渗透耗热量：
公式如下：
Q=0.278VρwCp（tn-tw′）〔12〕
式中：
V=Lln
L——每米门窗缝隙渗入室的空气量，按当地冬季平均风速，m3/h·m
l——门窗缝隙的计算长度，n——渗透空气量的朝向修正系数，
ρw——冬季供暖室外计算温度下的空气密度，Kg/m3；
Cp——冷空气的定压比热，C=1KJ/Kg·℃；
tn——冬季室空气的计算温度，℃；
tw′——冬季室外空气的计算温度，℃。
冷风侵入耗热量：
不用考虑冷风侵入耗热量。
热负荷计算举例：
以下是医院的热负荷计算过程
〔1〕医院外墙面积和窗面积前面已经算出，根据《暖通规》温差修正系数a均取为1，按照围护结构根本耗热量公式
，计算医院的维护结构根本耗热量列于表中。
对于该建筑物，东西朝向修正率取-5%，北向取0，南向取-15%，风力附加和高度修正均不予考虑。
得出维护结构耗热量列于表中
〔2〕根据《暖通规》，市的冷风朝向修正系数：
的为北向：
1.0；南向：
0.1；东向：
0.1；西向：
0.15。
在冬季室外平均风速
=2.4m/S下，双，冷风渗透耗热量
等于
=0.278V
4
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