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系统工程导论
期末考试论文
课程名称：
系统工程导论
系别：
专业班级：
学号：
姓名：
完成日期：
2013、11、10
2013年11月10日
摘要
随着社会经济的繁荣，城市能源消费总量日益增加，能源供应相对紧张，环境污染问题日益加重，为保证城市能源的正常供应，保护城市的生态环境，寻求一条可持续发展的，能够减少环境污染的能源供应方案已经成为我国城市经济发展过程中必须解决好的一个重要问题。
本文就某住宅小区暖通节能系统进行一些设计方案，并对这些方案进行对比。
并对环境的影响进行预测。
关键词：
能源消耗量节能城市
Abstract
Withtheprosperityofsocialeconomy,thecity'stotalenergyconsumptionisincreasing,energyshortage,environmentalpollutionproblemsarebecomingmoreserious,inordertoensurethenormalsupplyofcityenergy,protecttheecologicalenvironmentofthecity,toseekasustainabledevelopment,energysupplyschemecanreduceenvironmentalpollutionhasbecomeanimportantproblemthatmustbesolvedineconomicdevelopmenttheprocessofcityinourcountry.Inthispaper,somedesignofHeating,VentilatingandAirConditioningenergysavingsystemofaresidentialarea,andcomparingtheseschemes.Werepredictedandtheimpactontheenvironment.
Keywords：
EnergyConsumptionEnergy-savingCity
目录
某住宅小区暖通节能系统工程设计
一、问题的提出
“暖通”是建筑设备中工种的一个分类的名称。
暖通包括：
采暖、通风、空气调节这三个方面，缩写HVAC（Heating,VentilatingandAirConditioning）,这三个方面简称暖通空调。
采暖（Heating）——又称供暖，按需要给建筑物供给负荷，保证室内温度按人们要求持续高于外界环境。
通常用散热器等。
通风：
（Ventilating），向房间送入，或由房间排出空气的过程。
利用室外空气（称新鲜空气或新风）来置换建筑物内的空气（称室内空气），通常分自然通风和机械通风。
空气调节（AirConditioning）——简称空调用来对房间或空间内的温度、湿度、洁净度和空度流动速度进行调节，并提供足够量的新鲜空气的建筑环境控制系统。
一、住宅小区概况
该住宅小区地处夏热冬冷地区，规划用地面积为21.248公顷。
本项目的东边为行政办公用地，南边为一类住宅及绿化用地，西边为一类住宅用地，北边为二类住宅用地。
小区规划建筑总面积508260平方米，其中住宅为380260平方米，公共建筑方案为70000平方米。
小区内所有住宅和公共建筑均按全空调设计。
二、建筑围护结构热工性能优化设计
在建筑体形系数满足规范要求的前提下，根据围护结构保温构造计算出围护结构的热工参数，与《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134－2001和当地居住建筑节能设计标准及与居住建筑节能有关的法规和规定所规定的限值进行比对。
如不满足限值要求将调整保温材料或保温材料的厚度，重新计算直至其热工性能满足限值要求为止。
根据建筑不同朝向的窗墙比和外窗的朝向确定外窗的热工性能。
本项目外墙保温体系中保温主体为200mm钢筋混凝土墙＋聚苯板；屋面保温体系中保温主体为180mm混凝土＋挤塑聚苯板。
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中外墙和屋面热工性能的限值见表1。
表1
K（传热系数）W/（m2.℃）
D（热惰性指标）
外墙
1
≥2.5
屋面
0.8
≥2.5
通过优化计算得出的外墙热工性能见表2。
表2
R（总热阻）
（m2.℃）/W
K（传热系数）
W/（m2.℃）
墙体厚度
mm
挤塑聚苯板厚度mm
热惰性指标
1
1
180
36
2.53
通过优化计算得出的屋面热工性能见表3。
表3
R（总热阻）（m2.℃）/W
K（传热系数）W/（m2.℃）
墙体厚度
mm
挤塑聚苯板厚度mm
热惰性指标
1.46
0.68
180
56
2.5
三、空调冷、热源方案与比较
根据该地区气象条件和本小区的功能特性进行详细的空调设计负荷计算和全年空调能耗分析。
依据空调设计负荷和全年空调能耗对不同形式冷、热源的初投资、运行能耗等进行分析比较，从中选取适合本项目的冷、热源方案。
1、典型设计日空调负荷计算条件
（1）室外设计参数。
夏季空调室外计算干球温度35℃；夏季空调室外计算湿球温度28.2℃；夏季大气压力1000.9hPa。
冬季空调室外计算干球温度-7℃；冬季采暖室外计算干球温度-3℃。
（2）围护结构热工特性。
依据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134－2001和《某市住宅初步设计》文件，确定小区内居住建筑外墙、外窗、屋面保温体系和内墙的传热系数分别为1.0W/（m2.℃）、4.0W/（m2.℃）、0.8W/（m2.℃）、
2.0W/（m2.℃），其中外窗的遮阳系数为0.8。
（3）主要功能房间的室内温湿度参数。
分别为：
夏季卧室、起居室温度26℃、相对湿度65％，冬季温度18℃、相对湿度≥35％。
（4）主要功能房间的作息模式及热扰。
考虑住宅空调开启时段和开启的百分比，综合房间内人员的活动、灯光设备的开停情况，在室内热扰的设定中采用了“作息”的概念以反映室内热扰的逐时变化规律。
在18∶00～8∶00时段内全部住宅均使用。
在8∶00～18∶00时段内不同户型住宅使用率见表4。
表4
户型
住宅使用户数
住宅使用面积
住宅使用百分比
100标准户型
57户
570平方米
5%
125标准户型
60户
7450平方米
10%
140标准户型
230户
32256平方米
20%
160标准户型
28户
4608平方米
40%
180标准户型
22户
3960平方米
50%
230标准户型
34户
7728平方米
70%
注：
表中使用百分比指所占本户型的百分比。
（5）新风供应模式。
适合本项目的新风供应模式有以下三种：
模式一，设集中新风系统，新风量按30m3/（h.p）计算。
模式二，不设集中新风系统，新风标准按1次换气次数计算，新风负荷由室内空调机组负担。
模式三，不设集中新风系统，由居住者根据自身需求通过开窗解决新风需求，而且室内空调机组也不负担新风负荷。
（6）计算时间。
依据当地气象资料，确定夏季住宅空调期为150天（5月15日～9月30日）；冬季空调期为90天（12月1日～2月28日）。
计算结果：
考虑不同的新风供应模式对空调负荷及空调能耗的影响很大，分别按三种新风供应方式模式进行典型设计日的空调负荷计算，根据典型设计日逐时空调冷负荷分布发现，空调逐时
冷负荷分布与住宅的使用规律非常吻合，即在住宅使用时间段（18∶00～8∶00）内空调冷负荷也在较高范围内波动，而在上班时段（8∶00～17∶00）空调冷负荷在较低范围内波动。
通过对比发现由于采用不同的新风模式，相应典型设计日的空调负荷也有较大差别。
模式一和模式二的新风冷负荷分别占总冷负荷的26％和29％，可见新风冷负荷对总冷负荷具有决定性的影响。
由于第三种新风供应方式最为接近实际住宅的使用情况，因此将依据这种方式计算出的典型设计日空调负荷确定空调冷、热源的装机容量。
2、空调能耗模拟
为了详细计算小区全年的动态负荷，我们分别对6种不同户型建立建筑模型。
建筑模型建立完成后需要设定建筑的具体计算参数，其中包括定义建筑物的地理位置、围护结构类型、室内热扰参数、房间功能、室内设计参数。
为说明住宅通风模式对住宅的空调运行能耗的影响，本次将分别采用可变通风模式和不变通风模式进行空调运行能耗的模拟计算。
分别对6种户型进行全年逐时的建筑热环境模拟分析，计算得到各个户型建筑两种通风模式下的全年耗冷量、耗热量，然后统计出整个小区的建筑物全年累计的耗冷量、耗热量。
可变通风模式时累计耗热量8736350.18kWh，累计耗冷量6456791.49kWh。
不变通风模式时累计耗热量8733369.14kWh，累计耗冷量11528590.79kWh。
由此得出结论，当采用可变通风模式时空调累计耗冷量仅为不变通风模式空调累计耗冷量的56％，空调累计耗热量基本没有变化。
可见住宅的通风模式对空调累计耗冷量有很大影响。
3、冷、热源方案技术经济分析
根据目前小区能源供应种类按照四种集中冷、热源方式从初投资、运行费及全寿命周期费用等方面进行方案的技术经济分析。
方案一：
以电为能源的常规电制冷机组作为小区夏季空调冷源，以政务区内集中热源提供的蒸汽作为小区冬季空调热源；
方案二：
以燃气能源的直燃型溴化锂吸收式制冷机组作为小区夏季空调冷源和冬季空调热源；
方案三：
以蒸汽为能源的溴化锂吸收式制冷机组作为夏季空调冷源，以政务区内集中热源提供的蒸汽冬季空调热源。
方案四：
以电为能源的地源热泵机组作为小区冬季空调热源，夏季优先采用地源热泵机组供冷，不足部分以常规电制冷机组补足。
由于第三种新风供应方式最为接近实际使用情况，因此依据这种方式计算出的冬、夏典型设计日空调负荷确定空调冷、热源的装机容量。
并以这种方式计算出的空调能耗作为运行能耗分析的依据。
夏季典型设计日的空调冷负荷11060kW；冬季典型设计日的空调热负荷10544kW。
4、初投资及运行费用分析
方案的初投资，即系统的初始造价。
方案的运行费是暖通空调系统很重要的一个经济性指标，有的暖通空调系统虽然其初投资较高，但是运行费却较少，因此综合的经济性能不一定不好。
所以，暖通空调系统经济性预测的另一项重要任务就是要计算出待评价系统的运行费，以便更合理地评价方案的经济性。
根据可变通风模式和不变通风模式计算得到的空调能耗分别计算运行费用。
（1）在可变通风模式下的费用
表5四种方案的经济比较
方案一
方案二
方案三
方案四
初投资（万元）
2188
2821
2383
4001
供冷季运行费（万元）
69
127
115
62
采暖季运行费（万元）
189
179
189
79
总运行费（万元）
258
306
304
141
生命周期费用（万元）
3948
4907
4453
4958
建筑平米初投资（元/m2）
57.55
74.19
62.53
105.21
建筑平米生命周期费用（元/m2）
103.79
129.24
117.10
130.38
供冷季建筑平米运行费（元/m2）
1.8
3.35
3.03
1.63
供暖季建筑平米运行费（元/m2）
5.00
4.70
4.96
2.07
平米总运行费（元/m2）
6.8
8.05
7.99
3.70
注：
表中运行费用仅为能源费用。
（2）在不变通风模式下的费用
表6四种方案的经济比较
方案一
方案二
方案三
方案四
初投资（万元）
2188
2821
2383
4001
供冷季运行费（万元）
125
229
207
111
采暖季运行费（万元）
189
179
189
79
总运行费（万元）
314
408
396
190
生命周期费用（万元）
4237
5599
5080
5295
建筑平米初投资（元/m2）
57.55
74.19
62.53
105.21
建筑平米生命周期费用（元/m2）
113.79
147.24
133.59
139.24
供冷季建筑平米运行费（元/m2）
3.3
6.03
5.45
2.94
供暖季建筑平米运行费（元/m2）
5.00
4.70
4.96
2.07
平米总运行费（元/m2）
8.3
10.73
10.47
5.01
注：
表中运行费用仅为能源费用。
5、全寿命周期费用LCC
在计算出暖通空调系统的初投资、运行费后，单从这两个参数还不能直观地确定哪个方案更经济，因为可能有的方案初投资高但运行费低，而有的方案可能初投资低但运行费高。
只有综合考虑了初投资和运行费共同作用的经济性指标才能对暖通空调系统的经济性做出全面、公正的评价，使各个方案的经济性孰优孰劣一目了然。
根据暖通空调项目经济性评价的特点，各个方案比较的前提是各方案均能满足空调要求，认为各方案产生的效益相同，所以不考虑各方案的产生的效益，只考虑各方案引起的费用，因此，生命周期费用法是比较适合暖通空调经济性评价的指标。
生命周期费用（LCC，LifeCycleCost）是将项目的初投资、项目设计寿命内每一年的运行费，按照折现率折算成项目开始时的资金现值。
生命周期费用的大小综合反映了项目初投资以及每年的运行费的情况，生命周期费用越小，项目的经济性越好，按照经济评价中的社会折现率计算，取为12％。
6、四种方案的综合分析比较
通过比较发现通风模式的变化对四种方案在初投资和运行费上的排位均无影响，但由于生命周期费用与运行费用有关，当运行费用发生变化时四种方案的生命周期费用排位也发生了变化。
因此我们认为在确定空调冷、热源系统形式时，首先要以可利用的一次能源种类作为确定系统形式的基础；其次必须综合考虑每一种形式初投资、运行费用及生命周期费用并进行技术经济分析比较后最终确定最适合方案。
运行成本的提出是为日后合同能源管理提供理论计算依据。
第五章结束语
在国外，暖通专业是一个冷门专业，因为他们的暖通业已经发展到一个的成熟阶段，暖通人才已经达到饱和。
在我们国家暖通行业起步较晚，目前发展仍比较缓慢，与发达国家相比，我们仍有很大差距，但是我国有国外的先进经验可借鉴。
我国的暖通人才不乏求知欲和进取心。
而设计与市场需求严重脱节，新技术研发推广缓慢。
最近几年我国的能源短缺问题日益严重，暖通作为耗能大户开始引起业主、开发商和政府有关部门的重视。
暖通的春天来了。
我觉得：
作为一个暖通人，除了要关注技术、了解产品，亲近市场需求是必不可少的。
节能就是应用，技术上现实可靠、经济上可行合理、环境和社会都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率.
如果我们每个人都养成节约能源的好习惯，那我们的明天会更美好！
让我们携手一起来节约能源，从小事做起，从身边的事做起！
节能节电不是靠你，也不是靠他，而是靠大家。
参考文献
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