智能建筑空調系統設計方案——(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 小型熱水型熱泵。當然 ,隨著城市化進程的推進 ,為充分回收工業生產和城市居民生活中的低溫余熱資源 ,可以學習一些工業發達國家 ,考5 慮把熱管技術等納入總體的供能系統工程中 ,從而形成“熱電站 ——— 熱泵站 ——— 熱管網”的綜合系統 ,整個系統通過計算機控 制。該系統不但能發電、集中供熱、集中空調 ,而且可利用各種余熱 ,經轉換后向工業、農業、商業、居民等提供不同溫度的熱源 ,有可能替代或部分替代大量使用的熱水鍋爐、低壓蒸汽鍋爐以及其它低溫供熱裝置 ,同時可大大降低城市大氣污染程度。 6 2 空調的原理及設備 空調系統的分類 空氣處理設備的設置情況 集中空調系統：即空氣處理設備（包括風機，冷卻器，加濕器，過濾器等）設在一個集中的空調機房內。 局部式空調：每個房間的空氣處理分別由各自的空調機承擔的空調?？照{機可直接裝在房間或鄰室里，就地處理空氣。適用于空調面積小、房間分散、熱濕負荷差別大的場合，空調機的制冷和加熱裝置可以是分散在各室并與空調機結合在一起的獨立式空調機組，也可以是集中供給栽冷（熱）劑的冷水（而水）機組與分散在各室的風機盤管式空調機的組合系統。 半集中式空調：有中央空調機和有各室處理空氣的末端裝置組合成的空調系統。這種系統比較復雜，可達到較高的調節精度。 空調系統按負擔室內熱溫負荷所用介質可分為全空氣系統、空氣 水系統、全水系統和制冷劑直接蒸發系統。 按節能分類：蓄能空調系統，輻射供 冷暖空調系統和熱泵空調系統。 熱泵空調系統原理 熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向局位熱源的節能裝置，顧名思義：熱泵也就是像泵一樣，可以把個能直接利用的低位熱能 (如空氣、土坡、水中所含的熱能、太陽能、工業廢熱等 )轉換為可以利用的高位熱能，從而達到節約部分高位能 (如煤、燃氣、油、電能等 )的目的。 熱泵的低位熱源一般可分為兩類：一是自然能源，即自然界存在的溫度較低的能源，如空氣、井水、河川水、海水、土壤、太陽能等；二是生活和生產的排熱熱源，如生活排水和排氣及生產廢熱、 建筑內余熱等。 圖 給出簡單 的熱泵空調的典型圖爾 (冬季熱系工況 )[9]。它 由 壓縮機、四通換向閥、制冷劑／水換熱器、制冷劑／空氣換熱器、節流機構等構成，稱為空氣源熱泵冷熱水機組，用它作為空調系統的冷熱源。 夏季按制冷工況運行，即制冷沖劑 /水換熱器作為蒸發器，制冷劑 ／空氣換熱器作為冷凝器，向用戶提供 7℃的冷凍水，作為空調的冷源。冬季按熱泵工況遠行，即制冷劑／水換熱器作為7 冷凝器，制冷沖劑／空氣換熱器作為蒸發器，向用戶提供 55℃的熱水，作為空調的熱源。這種由空氣源熱泵冷熱水機組、管網循環水泵、管網、空調用戶系統、定壓裝置、補水裝置等 組成 。 1－壓縮機； 2－電動機； 3－制冷劑 /水換熱器； 4－節流機構； 5－ 制冷劑 /空氣換熱器； 6－管網循環水泵； 7－管網； 8－空調用戶系統； 9－放氣裝置； 10－四通換向閥； 11－定向裝置； 12－補水箱； 13－補水泵 圖 簡單的熱泵空調的典型圖示 熱泵系統的分類： 按熱泵空調系統低阻端與高阻端所使用的載熱介質分類： 8 空氣 /空氣熱泵， VRV 熱泵系統 空氣 /水熱泵 空氣源熱泵冷熱水機組 水 /水熱泵 江河 /井水環（ a）、污水環（ b）、大地耦合熱泵（ c） 9 水 /空氣熱泵 水環熱泵空調系統 水環熱泵空調系統 水環熱泵空調系統 (Water Loop Heat Pump)是水源熱泵空調系統的一種特殊的應用方式，即雙管封閉式循環水環路將小型的水 /空氣熱泵機組并聯在一起，構成一個以回收建筑物內部余熱為主要特征的熱泵供暖、供冷的空調系統。該系統 20 世紀在美國加利福尼亞州出現并很快發展應用 ,70 年代進入日本，我國 80 年代開始有工程應用，在 90年代以后發展起來 [10]。 系統的組成：水環熱泵空調系統由四部分組成 ： 室內水源熱泵機組 (水 /空氣熱泵機組 )。水循環環路 ； 輔助設備 (冷卻塔、加熱設備、蓄熱裝置等 )； 新風與排風系統。 水環熱泵的工作原理：水環熱泵空調系統是指用水環路將水 /空氣熱泵聯成一個封閉的水環路。以建筑物內部余熱為低位熱源的熱泵系統，在制熱時，以水為加熱源，在制冷時以水為排熱源。機組供冷運行時，水側熱交換器作為冷凝器用，風側熱交換器作蒸發器用 。機組供熱運行時，一者作用恰好相反，若空調房間達到設定溫度時，熱泵中的壓縮機就停止工作，機組既不供冷也不供熱。當水源熱泵空調機組制冷運行的放熱量大10 于制熱運行的吸熱量時，環路中水的溫度上升， 當超過一定值時，通過冷卻塔將熱量放出，反之則環路中水的溫度將下降，當其低于一定值時，通常使用加熱裝置對循環水進行加熱。只有當水源熱泵空調機組制冷運行的放熱量和制熱運行的吸熱量基木相同時，環路中的水溫才能維持在一定范圍，此時，既不開啟冷卻塔，也不啟動加熱裝置，系統高效運行。而只有當建筑物內有大量余熱且外區需要熱量時，通過水環熱泵空調系統將建筑物內的余熱量轉移到需要熱量的區域，才能夠收到良好的節能效果。 水環熱泵的運行特點 :根據空調場所的需要，水環熱泵可能按供熱工況運行，也可能按供冷工況運行。夏季，各熱泵機組 都處于制冷工況，向環路中釋放熱量，冷卻塔全部運行，將冷凝熱量釋放到大氣中，使水溫降到 35 度以下。當大部分熱泵機組制冷使循環水溫上升并達到 32 度時，部分循環水流經冷卻塔。在過渡季節，當周邊區的熱負荷與內區的冷負荷比例適當時，排入水環路的熱量與從環路中提取的熱量相當，水溫維持在 13－ 15 度范圍內，冷卻塔和輔助加熱裝置停止運行。當大部分機組制熱使循環水溫度下降并達到 13 度時，投入部分輔助加熱器。在冬季可能所有的水源熱泵機組都處于制熱工況，從環路循環水中吸取熱量，這時全部的輔助加熱器全部投入運行，使循環水水溫不低于 13 度。 具有回收建筑內余熱的功能，降低能耗，減少環境污染。 具有靈活性，可同時實現不同用戶的要求，分戶計量，根據需要分期安裝，節省一次投資，節約建筑空間，運營管理費用低。 設計方案簡單，安裝方便，工程期較短。 .水環路是雙管系統，但同四管制風機盤管系統一樣可同時供冷供熱。 小型的水 /空氣熱泵機組的性能系數低于大型的冷水機組。一般小型的水 /空氣熱泵機組制冷能效比 EER 在 － 之間，供熱性能系數 CO P 值在 之間。而螺桿式冷水機組制冷系數一般為 ，有 的可高達 。離心式冷水機組一般為 ，有的可高達 。 .水環熱泵的運行噪聲較高。采用旋轉式壓縮機的水空氣熱泵機組一般在 40－42dB (A ) ,全封閉活塞式壓縮機的水空氣熱泵機組一般在 45－ 47dB (A )，若采用分體式水空氣熱泵機組并采用有效的消聲減震技術措施時其噪聲可控制在 35dB (A)以內。 水環熱泵空調系統在夏熱冬暖地區的可行性：在夏熱冬暖地區，空調季節一般為夏季，空調區域只需供冷不需供熱，因此在水環熱泵系統中不需設置加熱設備 ， 如圖 。 11 在夏熱冬暖地 區，水源熱泵空調機組均為制冷運行，機組往冷卻水中排放熱量，冷卻水中的熱量再通過冷卻塔排入大氣，不能充分利用系統的熱回收特性，與集中制冷空調系統相比，水環熱泵空調系統也可能更耗能。 1－密閉式冷卻塔； 2－水源熱泵機組； 3－冷卻水循環水泵； 4－膨脹水箱。 圖 但近年來，在夏熱冬暖地區，水環熱泵空調系統開始得到應用，并顯示了強有力的生命力。故水環熱泵空調系統與一般的空調系統相比是否節能是人們一直關注的焦點問題之一。 基于白貴平 ,冀兆良 ,蘇宇貴的《水環熱泵在夏熱冬暖地區應用的節能性分析》研究[12]： 一般來說，水環熱泵機組較傳統中央空調系統節能。當采用高效水環熱泵機組 (機組額定 EER 為 )時，對于夏熱冬暖地區，水環熱泵空調系統與傳統的中央空調系統 (機組額定 EER 為 相比，年平均能耗系數 AECT}偏低，說明水環熱泵空調系統與傳統中央空調系統相比，節能效果顯著，節能率在 17%以上。 水環熱泵應用于不同類型建筑時節能率不同。對于賓館，負荷波動比較大，使用水環熱泵空調系統，節能效果最為顯著，節能率為 %； 對于辦公樓，建筑物空調負荷大都集中在 40%－ 80%之間，傳統中央空調系統在此負 荷率段系統能效比較高，12 使用水環熱泵空調系統節能效果沒有賓館那樣顯著。對于住宅樓，節能效果居于前二者之間。 低效率的水環熱泵機組不如傳統的中央空調系統節能。當水環熱泵機組的額定能效比 EER 低于 時，其年平均能耗系數 AECV 較傳統中央空調系統偏高，說明此種情況下，使用水環熱泵空調系統不如傳統的中央空調系統節能。如果水環熱泵空調機組的能效比 EER 能達到 ，則與傳統中央空調系統相比，水環熱泵機組節能率高達％。 以上分析沒有考慮大面積建筑物內外區需要同時供冷與供熱的情況，如果考慮此種情況，水環 熱泵的節能效果會更顯著 。針對用開式冷卻塔加板式換熱器為排熱設備的水環熱泵系統，對于地源水環熱泵空調系統，系統效率會進一步提高 。此外，國內部分工程曾經嘗試直接用開式冷卻塔 (不加板式換熱器 )來排熱，水環熱泵空調系統運行達 5 年以上，運行正常，如果此技術能得以推廣，水環熱泵的節能效果會更加顯著。 13 3．方案 設計 項目需求分析 本辦公樓位于廣州市花都區，共三層，總建筑面積為 4794m2，空調面積為 3491m2，設計冷負荷為 675kw。本建筑物要求提供夏季供冷的舒適性空調，其主要作為 辦公樓 。考慮節約辦公用地，該樓不設置主機房，在運行控制方面則要求管理方便，獨立運行，單獨控制等。對比風冷設備的能效比較低的情況下，在運行節能方面的優勢，綜上所述，采用水環熱泵中央空調系統 ，該系統得確定 建筑物地理信息 ，計算冷負荷， 建筑物圍護結構信息 等等。 辦公樓跟人群多的公共場所不一樣，它有很多的獨立辦公室，相對而言獨立性比較強，所以該系統采用集散控制，可以集中控制也可以單獨控制。 設計依據 遵循的規范及要求 采暖通風與空氣調節設計規范（ GB500192021） 公共建筑節能設計 標準（ GB501892021） 民用建筑暖通空調設計技術措施（第二版） 建筑設計防火規范（ GB50016— 2021） 建設單位的要求和各專業的設計圖紙 設計氣象參數 室外設計計算參數 夏季空調室外設計干球溫度 t = 176。 C 夏季空調室外計算濕球溫度 t =176。 C 室外計算相對濕度 ?=85% 大氣壓力 夏季 P = 14 室內設計計算參數影響 房間類型 人員密度 （人 / m2） 夏季空調室內設計溫度176。 c 新風標準（ m3/h178。人） 干球 溫度 /℃ 相對濕度 /% 辦公室 25177。 2 ≤ 65 ≥ 30 會議室 25177。 2 ≤ 65 ≥ 25 空調負荷計算 一、外載圍護結構冷負荷 外墻瞬變傳熱引起的冷負荷 在日射和室外氣溫綜合作用下，外墻瞬變傳熱引起的逐時冷負荷計算 LQ=F*K*(tltdtn) 式中 F外墻的計算面積， m3。 K外墻的傳熱系數， W/(m2*℃ ) tn室內計算溫度，℃； tl外墻的冷負荷溫度逐時值，℃，查《空調制冷課程設計》表 3 td外墻冷負荷計算溫度地點修正值，℃，查《 空氣調節》 附錄 .計算結果：見計算表 外玻璃瞬變傳熱引起的冷負荷 在室內外溫差作用下，玻璃窗瞬變傳熱引起的逐時冷負荷計算 LQ=k*F*K*(tltdtn) 式中 F外墻的計算面積， m3。 k外窗玻璃傳熱系數修正值，查《空調制冷課程設計》表 34 K玻璃窗的傳熱系數， W/(m2*℃ ) tn室內計算溫度，℃； tl玻璃窗的冷負荷溫度逐時值，℃，查《空調制冷課程設計》表 36。 td外窗冷負荷計算溫度地點修正值，℃，查《空調制冷課程設計》表 37. 計算結果：見計算表 透 過玻璃窗的日射得熱引起的冷負荷 15 LQ=Ca*Cs*Cn*F*Djmax*ClQ 式中 Ca窗有效面積系數， W。 F外窗的計算面積， m3。 Cs窗玻璃遮擋系數，查《空調制冷課程設計》表 39； Cn窗內遮陽系數，查《空調制冷課程設計》表 310； Djmax日射得熱因數最大值， W,查《空調制冷課程設計》表 311； Clq窗外冷負荷系數，查《空調制冷課程設計》表 312。 計算結果：見計算表 二、室內熱源散熱形成的冷負荷 設備和用具顯熱散熱形成的冷負荷計算： LQ=Q*CLQ W 式中 Q設備和用具的實際顯熱散熱量， W。 Clq設備和用具顯熱散熱冷