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正文內(nèi)容

智能建筑空調(diào)系統(tǒng)設計方案——(編輯修改稿)

2025-01-11 02:03 本頁面
 

【文章內(nèi)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(yè)生產(chǎn)和城市居民生活中的低溫余熱資源 ,可以學習一些工業(yè)發(fā)達國家 ,考5 慮把熱管技術(shù)等納入總體的供能系統(tǒng)工程中 ,從而形成“熱電站 ——— 熱泵站 ——— 熱管網(wǎng)”的綜合系統(tǒng) ,整個系統(tǒng)通過計算機控 制。該系統(tǒng)不但能發(fā)電、集中供熱、集中空調(diào) ,而且可利用各種余熱 ,經(jīng)轉(zhuǎn)換后向工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、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(diào)的原理及設備 空調(diào)系統(tǒng)的分類 空氣處理設備的設置情況 集中空調(diào)系統(tǒng):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(diào)機房內(nèi)。 局部式空調(diào):每個房間的空氣處理分別由各自的空調(diào)機承擔的空調(diào)??照{(diào)機可直接裝在房間或鄰室里,就地處理空氣。適用于空調(diào)面積小、房間分散、熱濕負荷差別大的場合,空調(diào)機的制冷和加熱裝置可以是分散在各室并與空調(diào)機結(jié)合在一起的獨立式空調(diào)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(diào)機的組合系統(tǒng)。 半集中式空調(diào):有中央空調(diào)機和有各室處理空氣的末端裝置組合成的空調(diào)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)比較復雜,可達到較高的調(diào)節(jié)精度。 空調(diào)系統(tǒng)按負擔室內(nèi)熱溫負荷所用介質(zhì)可分為全空氣系統(tǒng)、空氣 水系統(tǒng)、全水系統(tǒng)和制冷劑直接蒸發(fā)系統(tǒng)。 按節(jié)能分類:蓄能空調(diào)系統(tǒng),輻射供 冷暖空調(diào)系統(tǒng)和熱泵空調(diào)系統(tǒng)。 熱泵空調(diào)系統(tǒng)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(jié)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(yè)廢熱等 )轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能,從而達到節(jié)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(chǎn)的排熱熱源,如生活排水和排氣及生產(chǎn)廢熱、 建筑內(nèi)余熱等。 圖 給出簡單 的熱泵空調(diào)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(jié)流機構(gòu)等構(gòu)成,稱為空氣源熱泵冷熱水機組,用它作為空調(diào)系統(tǒng)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(fā)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(diào)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(fā)器,向用戶提供 55℃的熱水,作為空調(diào)的熱源。這種由空氣源熱泵冷熱水機組、管網(wǎng)循環(huán)水泵、管網(wǎng)、空調(diào)用戶系統(tǒng)、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(jié)流機構(gòu); 5- 制冷劑 /空氣換熱器; 6-管網(wǎng)循環(huán)水泵; 7-管網(wǎng); 8-空調(diào)用戶系統(tǒng); 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(diào)的典型圖示 熱泵系統(tǒng)的分類: 按熱泵空調(diào)系統(tǒng)低阻端與高阻端所使用的載熱介質(zhì)分類: 8 空氣 /空氣熱泵, VRV 熱泵系統(tǒng) 空氣 /水熱泵 空氣源熱泵冷熱水機組 水 /水熱泵 江河 /井水環(huán)( a)、污水環(huán)( b)、大地耦合熱泵( c) 9 水 /空氣熱泵 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng) 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng) 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng) (Water Loop Heat Pump)是水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的一種特殊的應用方式,即雙管封閉式循環(huán)水環(huán)路將小型的水 /空氣熱泵機組并聯(lián)在一起,構(gòu)成一個以回收建筑物內(nèi)部余熱為主要特征的熱泵供暖、供冷的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng) 20 世紀在美國加利福尼亞州出現(xiàn)并很快發(fā)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(fā)展起來 [10]。 系統(tǒng)的組成:水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)由四部分組成 : 室內(nèi)水源熱泵機組 (水 /空氣熱泵機組 )。水循環(huán)環(huán)路 ; 輔助設備 (冷卻塔、加熱設備、蓄熱裝置等 ); 新風與排風系統(tǒng)。 水環(huán)熱泵的工作原理:水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是指用水環(huán)路將水 /空氣熱泵聯(lián)成一個封閉的水環(huán)路。以建筑物內(nèi)部余熱為低位熱源的熱泵系統(tǒng),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(cè)熱交換器作為冷凝器用,風側(cè)熱交換器作蒸發(fā)器用 。機組供熱運行時,一者作用恰好相反,若空調(diào)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(diào)機組制冷運行的放熱量大10 于制熱運行的吸熱量時,環(huán)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(huán)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(huán)水進行加熱。只有當水源熱泵空調(diào)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(huán)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(tǒng)高效運行。而只有當建筑物內(nèi)有大量余熱且外區(qū)需要熱量時,通過水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)將建筑物內(nèi)的余熱量轉(zhuǎn)移到需要熱量的區(qū)域,才能夠收到良好的節(jié)能效果。 水環(huán)熱泵的運行特點 :根據(jù)空調(diào)場所的需要,水環(huán)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(huán)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(huán)水溫上升并達到 32 度時,部分循環(huán)水流經(jīng)冷卻塔。在過渡季節(jié),當周邊區(qū)的熱負荷與內(nèi)區(qū)的冷負荷比例適當時,排入水環(huán)路的熱量與從環(huán)路中提取的熱量相當,水溫維持在 13- 15 度范圍內(nèi),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(huán)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(huán)路循環(huán)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(huán)水水溫不低于 13 度。 具有回收建筑內(nèi)余熱的功能,降低能耗,減少環(huán)境污染。 具有靈活性,可同時實現(xiàn)不同用戶的要求,分戶計量,根據(jù)需要分期安裝,節(jié)省一次投資,節(jié)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(huán)路是雙管系統(tǒng),但同四管制風機盤管系統(tǒng)一樣可同時供冷供熱。 小型的水 /空氣熱泵機組的性能系數(shù)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(shù) CO P 值在 之間。而螺桿式冷水機組制冷系數(shù)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(huán)熱泵的運行噪聲較高。采用旋轉(zhuǎn)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(shù)措施時其噪聲可控制在 35dB (A)以內(nèi)。 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在夏熱冬暖地區(qū)的可行性:在夏熱冬暖地區(qū),空調(diào)季節(jié)一般為夏季,空調(diào)區(qū)域只需供冷不需供熱,因此在水環(huán)熱泵系統(tǒng)中不需設置加熱設備 , 如圖 。 11 在夏熱冬暖地 區(qū),水源熱泵空調(diào)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(tǒng)的熱回收特性,與集中制冷空調(diào)系統(tǒng)相比,水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)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(huán)水泵; 4-膨脹水箱。 圖 但近年來,在夏熱冬暖地區(qū),水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)開始得到應用,并顯示了強有力的生命力。故水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與一般的空調(diào)系統(tǒng)相比是否節(jié)能是人們一直關(guān)注的焦點問題之一。 基于白貴平 ,冀兆良 ,蘇宇貴的《水環(huán)熱泵在夏熱冬暖地區(qū)應用的節(jié)能性分析》研究[12]: 一般來說,水環(huán)熱泵機組較傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。當采用高效水環(huán)熱泵機組 (機組額定 EER 為 )時,對于夏熱冬暖地區(qū),水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng) (機組額定 EER 為 相比,年平均能耗系數(shù) AECT}偏低,說明水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)相比,節(jié)能效果顯著,節(jié)能率在 17%以上。 水環(huán)熱泵應用于不同類型建筑時節(jié)能率不同。對于賓館,負荷波動比較大,使用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng),節(jié)能效果最為顯著,節(jié)能率為 %; 對于辦公樓,建筑物空調(diào)負荷大都集中在 40%- 80%之間,傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)在此負 荷率段系統(tǒng)能效比較高,12 使用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果沒有賓館那樣顯著。對于住宅樓,節(jié)能效果居于前二者之間。 低效率的水環(huán)熱泵機組不如傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。當水環(huán)熱泵機組的額定能效比 EER 低于 時,其年平均能耗系數(shù) AECV 較傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)偏高,說明此種情況下,使用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)不如傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。如果水環(huán)熱泵空調(diào)機組的能效比 EER 能達到 ,則與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)相比,水環(huán)熱泵機組節(jié)能率高達%。 以上分析沒有考慮大面積建筑物內(nèi)外區(qū)需要同時供冷與供熱的情況,如果考慮此種情況,水環(huán) 熱泵的節(jié)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(huán)熱泵系統(tǒng),對于地源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng),系統(tǒng)效率會進一步提高 。此外,國內(nèi)部分工程曾經(jīng)嘗試直接用開式冷卻塔 (不加板式換熱器 )來排熱,水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行達 5 年以上,運行正常,如果此技術(shù)能得以推廣,水環(huán)熱泵的節(jié)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(qū),共三層,總建筑面積為 4794m2,空調(diào)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(diào),其主要作為 辦公樓 ??紤]節(jié)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(jié)能方面的優(yōu)勢,綜上所述,采用水環(huán)熱泵中央空調(diào)系統(tǒng) ,該系統(tǒng)得確定 建筑物地理信息 ,計算冷負荷, 建筑物圍護結(jié)構(gòu)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(tǒng)采用集散控制,可以集中控制也可以單獨控制。 設計依據(jù) 遵循的規(guī)范及要求 采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范( GB500192021) 公共建筑節(jié)能設計 標準( GB501892021) 民用建筑暖通空調(diào)設計技術(shù)措施(第二版) 建筑設計防火規(guī)范( GB50016— 2021) 建設單位的要求和各專業(yè)的設計圖紙 設計氣象參數(shù) 室外設計計算參數(shù) 夏季空調(diào)室外設計干球溫度 t = 176。 C 夏季空調(diào)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(nèi)設計計算參數(shù)影響 房間類型 人員密度 (人 / m2) 夏季空調(diào)室內(nèi)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(diào)負荷計算 一、外載圍護結(jié)構(gòu)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(shù), W/(m2*℃ ) tn室內(nèi)計算溫度,℃; tl外墻的冷負荷溫度逐時值,℃,查《空調(diào)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(diào)節(jié)》 附錄 .計算結(jié)果:見計算表 外玻璃瞬變傳熱引起的冷負荷 在室內(nèi)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(shù)修正值,查《空調(diào)制冷課程設計》表 34 K玻璃窗的傳熱系數(shù), W/(m2*℃ ) tn室內(nèi)計算溫度,℃; tl玻璃窗的冷負荷溫度逐時值,℃,查《空調(diào)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(diào)制冷課程設計》表 37. 計算結(jié)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(shù), W。 F外窗的計算面積, m3。 Cs窗玻璃遮擋系數(shù),查《空調(diào)制冷課程設計》表 39; Cn窗內(nèi)遮陽系數(shù),查《空調(diào)制冷課程設計》表 310; Djmax日射得熱因數(shù)最大值, W,查《空調(diào)制冷課程設計》表 311; Clq窗外冷負荷系數(shù),查《空調(diào)制冷課程設計》表 312。 計算結(jié)果:見計算表 二、室內(nèi)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
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