精品建筑空调系统节能国内外研究论文.docx
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精品建筑空调系统节能国内外研究论文
摘要
本设计为北医三院行政楼中央空调系统,拟为之设计合理的中央空调系统,为室内工作人员提供舒适的工作环境。
设计内容包括:
空调冷负荷的计算；空调系统的划分与系统方案的确定等内容。
本设计依据有关规范考虑节能和舒适性要求，设计的空调系统采用风机盘管—新风系统。
关键字：
办公楼；中央空调；风机盘管—新风系统；
Abstract
ThegraduationprojectdesignsacentralairconditioningsystemforBeijinguniversity3thhospital,soastocreateacomfortableworkenvironmentforthestuff.
Itcontains:
coolingloadcalculation;theestimationofsystemzoning;theselectionofrefrigerationunits;theselectionofairconditioningequipmentsandsoon.
Accordingtosomecorrelationstandard,allowforenergysafeandindoorcomfort,theairconditionsystemofthedesignisFancoilunits（FCUs）--freshairsystem.
Keywords:
officialbuilding;Centralairconditioning;
Fancoilunits（FCUs）--freshairsystem;
目录
摘要………………………………………………………………………………………1
Abstract………………………………………………………………………………………2
1绪论…………………………………………………………………………………………5
1.1我国暖通空调的现状及其发展…………………………………………………………5
1.2建筑空调系统节能国内外研究现状………………………………………………5
1.2.1建筑空调系统节能国外研究现状……………………………………………5
1.2.2建筑空调系统节能国内研究现状………………………………………………6
1.3空调系统的设计与建筑节能………………………………………………………6
1.4空调的发展和前景……………………………………………………………………7
1.4.1变频空调的发展……………………………………………………………………7
1.4.2无氟空调的发展……………………………………………………………………7
1.4.3舒适性空调的发展…………………………………………………………………7
1.4.4一拖多………………………………………………………………………………8
1.4.5其它空调新技术的发展……………………………………………………………8
1.5防治“非典”时期空调系统的应急措施（风机盘管＋新风系统）………………8
2.工程概况………………………………………………………………………………10
3设计方案的论证………………………………………………………………………11
3.1办公楼（写字楼）空调特点…………………………………………………………11
3.2方案比较……………………………………………………………………………12
3.3方案的确定…………………………………………………………………………15
3.4风机盘管机组的结构和工作原理…………………………………………………15
4空调冷负荷计算………………………………………………………………………16
4.1冷负荷构成及计算原理……………………………………………………………16
4.1.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法……………………………………16
4.1.2透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷…………………………………………16
4.1.3设备散热形成的冷负荷…………………………………………………………17
4.1.4照明散热形成的冷负荷…………………………………………………………18
4.1.5人体散热形成的冷负荷…………………………………………………………19
4.1.6新风冷负荷………………………………………………………………………19
4.2湿负荷人体散湿量…………………………………………………………………19
5制冷机房各种设备的选择……………………………………………………………20
5.1制冷机组的选择……………………………………………………………………20
5.1.1机组选型…………………………………………………………………………20
5.1.2机组选型计算………………………………………………………………………20
5.2分水器和集水器的选择……………………………………………………………22
5.2.1分水器和集水器的构造和用途…………………………………………………22
5.2.2分水器和集水器的尺寸…………………………………………………………22
5.3膨胀水箱配置与计算………………………………………………………………23
5.4冷冻水泵的选型和计算……………………………………………………………23
5.4.1冷冻水泵的选型和计算…………………………………………………………23
5.4.2冷冻水泵配管布置………………………………………………………………24
结论………………………………………………………………………………………25
致谢………………………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………………27
1绪论
1.1我国暖通空调的现状及其发展
进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用空调，空调技术已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一。
90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，蓄冷空调技术提到了议事日程。
近年来，由于能源结构的变化，促进了吸收式冷热水机组的快速发展，以及热泵技术在长江中下游地区的应用。
随着生产和科技的不断发展,人类对空调技术也进行了一系列的改进,同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术,已经投入使用了冰蓄冷空调系统、燃气空调、VAV空调系统、地源热泵系统等。
暖通空调技术的发展，必然会受到能源、环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。
1.2建筑空调系统节能国内外研究现状
1.2.1建筑空调系统节能国外研究现状
能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。
在美国的整个能源消耗中，有约1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质、提高人们的生活质量。
美国暖通空调制冷工程师协会、美国制冷协会、美国冷却塔协会等组织、美国能源部以及众多暖通空调设备生产厂家如York,Carrier等都为建筑节能做出了很大贡献。
特别是美国制冷设备生产厂商投入了大量的资源研究高性能冷水机组，使得冷水机组单位制冷量的能耗仅为20世纪70年代的62.3%。
美国在空调冷源水系统方面的研究也卓有成效，在冷却水系统方面着重于降低冷却水流量，以达到减少冷却水泵能耗的目的。
日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。
因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。
长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。
日本的一些设备生产厂家对空调和制冷设备的投入也很大。
Daikin公司首推的变频VRV系统，为中小型建筑安装集中式空调系统创造了条件；Sany公司则在直燃式冷水机组上成绩卓著。
世界各国大力发展可再生能源作为空调冷热源用能。
地源热泵供暖空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。
在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%左右;瑞士40%的热泵为地祸热泵，瑞典65%的热泵为地祸热泵。
1.2.2建筑空调系统节能国内研究现状
我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。
近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。
（1）建筑空调系统节能国内研究现状概况
随着经济建设的不断深入和人们生活水平的不断提高，空调建筑物越来越多，建筑物消耗的能量也越来越大，甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。
因此，在建筑物节能显得十分迫切。
在我国建筑总能耗中，空调系统的能耗占有相当大的比重，因此研究探讨空调系统的节能就显得十分重要。
在建筑物空调系统运行能耗中，冷源系统的能耗是最大的。
近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。
研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：
吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。
当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。
（2）我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题
通过对一些地区空调系统的调查发现，设计人员在涉及选用冷水机组时多考虑其额定工况下的全负荷性能，而对其部分负荷性能的考虑较少。
在风冷式冷水机组和水冷式冷水机组的选择应用上我国制冷工程界也存在着认识上的差异。
我国在冷源水系统方面的研究目前较少，一般都是按冷水机组的样本提供的冷却水量和冷冻水量进行冷却水泵和冷冻水泵的选择。
对于水系统的水泵是否运行节能则关注不多。
事实上，对于冷水机组的运行而言，冷凝器和蒸发器都要求定流量，因此，对于冷水机组部分负荷状态运行时，水泵的输出都是全负荷输出，水系统的全年运行能耗是相当大的。
因此水系统的节能具有很大的潜力。
1.3空调系统的设计与建筑节能
空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。
但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。
制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。
据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。
由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。
因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。
于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。
而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。
随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。
如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。
1.4空调的发展和前景
1.4.1变频空调的发展
变频空调是目前空调消费的流行趋势。
它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音。
节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改善了人们的生活质量。
日本作为变频空调强国，从20世纪80年代初开始到现在，变频空调已占其空调市场的90％左右。
变频空调在我国发展速度相当快，不到8年时间就达到与日本先进水平同步。
进入2000年，国内个别企业将直流变频技术与PAM控制技术结合应用，使空调完全进入变频空调的最高领域。
它不仅使直流变频压缩机的优越性能充分发挥，更能利用数码特点，准确提高能效，达到节能51％的目的。
1.4.2无氟空调的发展
臭氧层破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。
近年来以海尔空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。
1.4.3舒适性空调的发展
健康是空调业发展的主题之一。
以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提升。
海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。
空调气流的舒适度是健康空调的另一个标准。
传统空调的送风方式简单直吹人体，易引起伤风、感冒、头痛、关节痛等不舒适状态，因此新近推出的风可以从周围环绕，而不是对人直吹，通过改善空调送风的气流分布，令人感觉更舒适的空调——环绕立体送风、三维立体风的健康空调成了热销产品也就不足为奇了。
1.4.4一拖多
空调器的发展从一个侧面反映了我国居民居住环境的巨大变化，也为自身发展指明了方向。
1993年以前，中国空调市场主要以一拖一为主，1993年海尔推出一拖二空调后，率先将空调业引入了一拖多时代。
目前海尔一拖多空调产量突破了百万台足以证明其市场消费能力。
海尔MRV网络变频一拖多中央空调的出现以及众多厂家的家用中央空调产品使得家庭中央空调迅速普及。
1.4.5其它空调新技术的发展
（1）HEPA酶技术
HEPA酶杀菌技术，对于0.3微米以上的粉尘吸附率可达99.9 ％，对结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力，对霉菌的生长也有很强的抑制作用。
（2）冷触媒技术
冷触媒这一技术采用日本专利，是一种低温低吸附的材料，根据吸附--催化原理，在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水，这种触媒不需要再生，不需更换，使用寿命长达十年以上。
（3）体感温度控制技术
智能装在遥控器上的感温元件，感知室内人们活动范围的温度，并将信息发射到主机接收器上，使主机随时调整运行状态，实现真正的体感温度控制自动化。
（4）人感控制技术
人感控制技术利用双红外感应器控测人的方位，自动调节送风方向（左送风、中送风、右送风或全方位送风），风随人行。
（5）PTC电辅助加热技术
PTC电辅助加热技术，可在超低温条件下迅速制热，效力强劲，安全可靠，可长期使用。
总之，伴随着科技和社会的进步，节能、环保、健康、智能控制已成为空调发展的大趋势。
1.5防治“非典”时期空调系统的应急措施（风机盘管＋新风系统）
进入空调降温时，面对“非典”蔓延的高峰期，不适当的运行空调，很可能导致“非典”的交叉感染，扩大“非典”传播，必须对此有高度重视。
需要非常注意的是各大型商业建筑、公共建筑，这些建筑一般设集中制冷站，再通过送风系统和冷水系统把冷量送到各个房间。
这时，就很容易通过空调系统使建筑物内空气互相掺混，某处有污染的空气很有可能通过空调系统传播到其它房间，从而导致交叉感染。
尤其是有些高层建筑不能开窗，或有许多无外窗的内区房间，更容易出现问题。
必须引起高度重视。
防治“非典”的一个很有效的措施就是加强通风，其原理就是通过大量的室外空气进入室内，将室内可能存在的“非典”病毒通过换气排出室外，从而抑制了其发作的可能性。
然而如果是内部循环通风，则不能起到排出病毒的作用，反而会使病毒积累，甚至使浓度逐渐增加。
因此正确地运行空调通风系统至关重要。
多数办公楼、宾馆客房、医院病房都采用这种空调方式，该方式有单独的新风机将新鲜空气送入房间，风机盘管有不同的回风方式。
一种回风方式是各房间单独安装风机盘管，各房间的回风经过盘管冷却后送出，回风仅在自身房间内循环，不同房间之间互不流通。
另一种回风方式是各个楼层的多个房间统一通过吊顶掺混回风后经过风机盘管冷却后送入各个房间，不同房间之间的回风有交叉。
不论何种方式的风机盘管加新风系统，首先都要注意避免新风系统混入从建筑排出的污染空气，同时要注意风机盘管的清洁。
根据不同的回风方式，风机盘管加新风方式在运行时要注意如下问题具体：
（1）各房间单独回风的系统
首先要保持新风入口清洁，不被污染。
新风机房位于大楼的地下或者顶部，一般直接通过风道从室外取新风。
要注意取风口的位置，不要使其吸入建筑排风。
有些系统是从风机房内取新风，对这种形式应防止楼内空气通过机房门进入机房并吸入新风机，应严格保证新风机房密闭，同时要保证新风机房清洁，必要时安装新风道，从室外取风，此外，新风过滤网也要作到定时清洗。
新风竖井或者新风风道要注意清洁通畅。
风机盘管加新风系统的排风系统多数是和厕所排风合用，为保证通风效果，建议将厕所排风系统全天连续运行。
此外凝结水盘是污垢存积的地方，也要保持清洁。
由于凝水是从房间回风在通过盘管制冷后凝结产生的，目前还难以确认空气中的病毒是否会在凝水中存活，为防患未然，建议运行管理人员对各风机盘管的凝结水盘统一清洁，消灭病毒生存的载体。
（2）吊顶统一回风的系统
有一些小型办公楼采用此类系统，和各房间单独回风的方式不同，采用这种方式的建筑基本上隔断仅到吊顶，吊顶上空是互相连通的，各房间的空气相互交叉。
这种系统和全空气系统相同，也存在各房间空气相互掺混，污染物有可能在建筑各区域之间传播，潜在危险较大。
对于这类系统，除了要注意保持新风不被污染、凝结水盘清洁外，要尽可能地停用风机盘管。
可通过降低冷冻水温度，加大冷冻水流量，寻找增大新风量的途径等手段增加新风供冷能力来满足供冷要求。
2工程概况
本建筑是一幢五层高的办公楼。
本办公楼第一层为中央空调机房及会议室,二～五层为办公室,采用风机盘管加新风系统，这四层的布局基本相同。
每层有24间办公室，大部分办公室都配有卫生间。
第一层高4.5m,二～五层层高均为3.8m，建筑物总高度约为21.2m。
总建筑面积约为6690m²。
本系统管线不复杂，施工方便，夏季空调和冬季供暖同用一套系统，无论从经济、使用寿命，还是从美观、清洁的角度讲，该系统都很符合建筑用途的要求。
二～五层办公室风机盘管加新风系统；厕所设置排风扇，保持厕所的相对负压，通过其他房间渗透补充厕所风量，再通过厕所风机排出，使厕所异味不能扩散至其他房间。
正压控制的问题，为防止外部空气流入空调房间，设定保持室内5～10Pa正压，送风量大于排风量时，室内将保持正压。
冬夏季房间的温湿度要求详见表2.1。
该设计中采用的计算方法和数据依据主要来源于张萍主编的《中央空调设计实训教程》[1],还有其他的一些相关资料。
办公楼相关资料如下：
（1）屋面
保温材料为沥青膨胀珍珠岩，厚度为70mm。
（2）外墙
外墙为厚度为240mm的红砖墙，墙外表面为水泥砂浆抹灰加浅色喷浆，墙为厚为70mm的加气混凝土保温层，内粉刷加油漆。
（3）外窗
单层钢窗，玻璃为6mm厚的吸热玻璃，内有活动百叶帘作为内遮阳。
（4）人数
人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的，本办公楼人员密度按每平方米0.15人估算。
（5）照明、设备
由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为30w/m²。
设备负荷为40w/m²。
（6）空调使用时间
办公楼空调每天使用10小时，即8：
00～18：
00。
（7）动力与能源资料
a.动力：
工业动力电380V－50Hz;
b.能源：
由自备空调机房供给。
表2.1冬夏季室内温湿度参数表
名称
房间用途
温度（℃）
湿度（%）
室内风速m/s
夏季
办公室
26
50
v≤0.25
冬季
办公室
23
40
v≤0.15
（8）其他
新风量取30m³/h.p;
噪声声级不高于40dB;
空气中含尘量不大于0.30mg/m³;
室内空气压力稍高于室外大气压。
3设计方案的论证
3.1办公楼（写字楼）空调特点
（1）建筑特点
办公楼的外围护结构多为钢筋混凝土的框架结构,采用自重的轻型墙体材料作为外围护结构。
大量采用玻璃幕墙,采用大面积单层玻璃幕墙加铝合金饰板作为高层写字楼外围护结构的主流,其玻璃幕墙主要为6mm或8mm厚度的热反射镀膜玻璃。
办公楼由吊顶或架空地板形成办公自动化机器和通讯设备的线性空间，办公楼的净高为2.6m左右。
（2）使用特点
办公楼的使用性质与时间全楼大体一致,所以整幢楼可选择用同样的空调系统和设备,管理比较方便。
办公楼一般采用集中或半集中空调系统。
（3）办公楼空调系统注意事项
a.分区问题：
按建筑物分为内区和外区,也可以按朝向分或根据房间用途、标准高低、负荷变化以及使用时间等特点划分系统。
b.过度季节问题：
过度季节外区可不用冷热源,但内区仍需要降温,这时应用室外空气直接进入内区降温,即节能又简单;或考虑采用一台小容量的制冷机。
c.加班问题：
个别办公楼或某层需要节假日加班,为此最好不要设太大的集中空调系统。
d.特殊房间的个别控制问题：
用风机盘管系统以便控制。
3.2方案比较
本设计为办公楼的空调系统设计，系统的选定应注意档次和安全的要求，按负担室内空调负荷所用的介质来分类可选择四种系统——全空气系统、空气—水系统、全水系统、冷剂系统。
全空气系统分一次回风式系统和二次回风式系统，该系统是全部由处理过的空气负担室内空调冷负荷和湿负荷；空气—水系统分为再热系统和诱导器系统并用、全新风系统和风机盘管机组系统并用,前两种系统的比较见表3.1；全水系统即为风机盘管机组系统，全部由水负担室内空调负荷，在注重室内空气品质的现代化建筑内一般不单独采用，而是与新风系统联合运用；冷剂系统分单元式空调器系统、窗式空调器系统、分体式空调器系统，它是由制冷系统蒸发器直接放于室内消除室内的余热和余湿。
对于较大型公共建筑，建筑内部的空气品质级别要求较高，全水系统和冷剂系统只能消除室内的余热和余湿，不能起到改善室内空气品质的作用，所以全水系统和冷剂系统在本次的建筑空调设计时不宜采用。
终上所述，拟采用风机盘管加新风系统，风机盘管的新风供给方式用单设新风系统，独立供给室内。
其系统的特点见表3.2，新风机的如何引入见表3.3。
表3.1全空气系统与空气－水系统方案比较表[2]
比较项目
全空气系统
空气－水系统
设备布置与机房
空调与制冷设备可以集中布置在机房
机房面积较大层高较高
有时可以布置在屋顶或安设在车间柱间平台上
只需要新风空调机房、机房面积小
风机盘管可以设在空调机房内
分散布置、敷设各种管线较麻烦
风管系统
空调送回风管系统复杂、布置困难
支风管和风口较多时不易均衡调节风量
放室内时不接送、回风管
当和新风系统联合使用时，新风管较小
节能与经济性
可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况节能运行调节，充分利用室外新风减少与避免冷热抵消，减少冷冻机运行时间
对热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间不经济
部分房间停止工作不需
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