长沙市九州宾馆空调和太阳能热水系统设计开题报告.docx
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长沙市九州宾馆空调和太阳能热水系统设计开题报告
毕业设计开题报告
计算机科学与技术
长沙市九州宾馆空调和太阳能热水系统设计
一、选题的背景、意义
随着我国国民经济水平的不断提高，建筑业也在持续稳定地向前发展。
和前几年建筑业的发展相比，目前的发展商将眼光放的更远，他们不再片面的追求容积率及如何将开发成本降得越低越好，而是更多的考虑以人为本，开发真正舒适度高、建筑质量高的居住及商用建筑。
商业建筑的不断增多，以及人们对室内空气的温湿度、洁净度和空气品质问题越来越重视。
由于能源的紧缺，节能问题越来越引起人们的重视。
因此迫切需要为商业建筑物安装配置节能、健康、舒适的中央空调系统来满足人们对高生活水平的追求。
新能源的开发与节能是解决能源短缺的两个关键途径，太阳能供热系统因其突出的节能与环保特点而具有广泛和美好的前景。
随着经济发展和科技进步，世界能源消费量的大幅度增长，能源和环境成为当今世界突出的两大社会问题。
人类社会目前消费的能源，包括建筑用能，主要是煤炭、石油和天然气等石化能源。
这些能源，资源有限，不可再生，终究要枯竭。
而且传统能源，像煤、石油等，会对环境造成严重的污染。
太阳能以其取之不尽、廉价、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视，光热、光电、光化学等太阳能利用技术已迅速地发展起来。
由于太阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接热利用系统在应用上都受到一定的限制。
随着生活水平的提高，热用户对于供热的要求也越来越高，太阳能利用的一些局限性日益显现出来：
在太阳辐照时间少的国家和地区，其应用受到很大限制；白天集热板板面温度的上升会导致集热效率下降；而在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现全天候的连续供热，如采用辅助加热方式，势必又要消耗大量的其它能源；其加热周期较长；通常规的太阳热水器需要在房顶设水箱，在夜间气温较低时，储水箱和集热器向外界散热造成大量的热量损失。
为克服太阳能利用中的上述问题，人们不断探索各种新的更高效的能源利用技术，太阳能热泵技术在此过程中受到了相当的重视，因其结构简单，工作可靠，效率较高而被广泛采用。
因此研究与合理利用太能能热水系统是我国能源开发利用的重要任务。
二、相关研究的最新成果及动态
空调系统是建筑能耗大户，占建筑总能耗的50%左右。
而目前的暖通设计中，业主、设计人员往往在取用室内设计参数时选用过高的标准，建筑结构能耗也很大。
随着我国的发展，人们对建筑环境的要求越来越高，建筑能耗必将有大幅度的增长。
目前的一些常规的设计系统和负荷估算方法已不能适应现阶段发展的需求，建筑节能技术逐渐提上了日程。
按照设计规范对负荷进行详细计算，进行建筑围护结构的权衡计算，使之达到合理的能耗标准；采用蓄冷、热泵、热回收、废热利用等节能技术；使用变流量、变风量空调系统，进行系统的优化、智能控制；开发太阳能、风能等新能源是专业的发展方向。
早在20世纪50年代初，太阳能热利用的先驱者Jodan和Therkeld就指出了太阳能热泵的优越性，即可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。
随后，日本、美国、瑞典、澳大利亚等发达国家纷纷投入了大量的人力、物力对太阳能进行深入的研究与开发，在各地实施了多项太阳能示范工程，例如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等，取得了一定的经济效益和良好的社会效益。
在我国也有相关方面的研究，目前碳氢燃料日渐枯竭的严重形势下，开发太阳能更显得优越性。
开发太阳能的最大障碍是它受昼夜、季节、阴晴变化的影响，极具不稳定性。
克服这一不足并且高效的使用它是摆在各国科学家面前急迫的课题。
迄今为止，已获得大量可喜成就就我国而言，在太阳能利用方面也已获得多项成果。
例如太阳能热水的推广与普及，被动式太阳房的改造，等等。
但就如何保证冬季夜间不断采暖而言，在这方面的研究并不多见。
三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标
3.1设计内容
3.1.1设计要求
长沙市九州宾馆一层为商铺，二至四层为客房，各层层高、建筑面积及功能分区如建筑平面图所示。
要求对该商场进行夏季空调设计。
该建筑物相关资料如下：
（1）墙体
构造：
240mm砖墙+20mm水泥砂浆抹灰+防潮层（用于炎热潮湿地区）+80mm保温层（水泥膨胀珍球岩）+水泥砂浆抹灰加油漆；
导热热阻：
1.07
℃/W；传热系数：
0.80W/
℃；
质量:
568kg/
；热容量：
494kJ/
℃；属Ⅱ类墙；
浅色外墙，吸收系数修正值
=0.94W/（
℃）；
外表面换热系数
＝18.6W/（
℃）；
外表面换热系数修正值
=1。
（2）屋顶
外表层5mm厚白色小石子+卷材防水层+找平层20mm水泥砂浆+100mm保温层（沥青膨胀珍珠岩）+隔汽层+水泥砂浆找平层+120mm预制钢精混凝土空心板+内粉刷；
导热热阻：
100
℃/W；传热系数：
0.62W/
℃；
质量:
325kg/
；热容量：
281kJ/
℃；属Ⅲ类屋顶；
浅色屋顶，吸收系数修正值
=0.62W/（
℃）；
外表面换热系数修正值
=1。
（3）玻璃
玻璃为5mm厚钢窗，单层钢窗；
窗玻璃的遮挡系数：
0.94
商场无遮阳，其它房间用浅蓝布帘；
窗内遮阳设施的遮阳系数：
0.6
玻璃外表面换热系数18.96W/
℃；
玻璃内表面换热系数8.7W/
℃。
3.1.2设计参数
（1）室外设计参数
纬度：
北纬：
28，东经：
113.08；
冬季大气压力为1019.9Pa；
冬季：
采暖室外计算（干球）温度为0℃；
最低日平均温度为-6.9℃；
室外平均风速为Vw=2.4m/s；
最冷月相对湿度：
81%；日照率为27%。
（2）室内设计参数
根据《采暖通风与空气调节设计规范》和国家计委、国家旅游局文件的规定,国内舒适性空调室内设计参数为夏季：
干球温度22-28℃，相对湿度：
40-65%。
在选定温湿度的时候，既要考虑顾客的需要，更要考虑商场职工的要求，同时又要考虑空调系统的节能。
特别是长沙位于南方，夏天高温天气持续时间较长，取参数上限28℃作为夏季室内设计温度。
在夏季，出于节能和降低空调投资方面的考虑，一般商场空气处理不设再热器，要使商场相对湿度控制在上述范围是难以实现的，故相对湿度上限放宽到75%，具体设计参数见表3-1。
表3-1室内设计参数
房间名称
温度（℃）
室内相对湿度
新风量（m3/人.h）
商铺
28
75
20
客房
28
60
20
（3）新风量确定[3]
根据设计规范,商场一般按每人20m3/h进行计算。
客房新风量按每人20m3/h进行计算。
（4）照明负荷及人流密度确定
根据原始资料，具体取值见表4
表4人员密度与照明负荷
房间类型
人员密度㎡/人
照明W/㎡
客房
16
7
会议室
2
40
办公室
15
30
餐厅
2
20
商场
10
40
大厅
10
20
展厅
10
20
活动室
5
20
会客室
6
30
服务台
8
20
管理室
17
20
3.2设计方案选择
3.2.1冷热源方案
目前商业建筑采用的冷源主要有以下几种：
离心式、螺杆式、溴化锂吸收式机组。
应根据不同商场的冷负荷大小和各地区能量的供给条件、容许接受电力的能力进行选择。
对于大型商场,广泛采用离心式、溴化锂吸收式机组；对于中型商场,广泛采用螺杆式、溴化锂吸收式机组；对于小型商场,可采用分体式空调器、窗式空调器或风冷冷热水机组。
本次设计选择风冷冷热水机组作为冷热源。
风冷冷热水机组具有如下特点：
以空气为冷（热）源，以水为供冷（热）介质，为冷（热）源兼用型的一体化中央空调设备。
该机组可直接放置在屋顶、裙楼平台或水平地面上，无需建造专用机房、锅炉房，安全而清洁，以室外空气为直接冷（热）源。
是目前冷（热）水空调设备产品中保养、维修最经济、简单的机种。
机组以其高效、低噪音、结构合理、操作简便、运行安全、安装维护方便等优点，广泛应用于宾馆、商场、办公楼、展览馆、机场、体育馆等公共设施地舒适性中央空调系统，并能满足电子、制药、生物、轻纺、化工、冶金、电力、机械等行业地工艺性空调系统的不同使用要求。
风冷冷（热）水机组分为单冷型和热泵型，其中热泵型风冷冷（热）水机组集制冷、制热功能于一体，能实现夏季降温，冬季采暖，一机多用。
产品广泛适用于华东、华南、西南、西北地区以及一些水源缺乏的区域。
同时对冬季气温相对较低且无锅炉或其他供热条件的地区尤为适用。
3.2.2风系统方案[4]
本设计为宾馆的空调系统设计，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；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。
会议室、客房等房间，人员集中程度大，各房间的负荷根据运行时间不一致，且各自有不同要求，且受到层高的限制，因而选用了风机盘管加独立新风的系统形式。
其中新风单独处理，与之相比的新风经过回风箱处理的方案相比，减少了风机盘管中风机的风量，减少了噪声，当风机盘管不运行时新风继续送风，不经过回风口，增加了室内空气品质。
综上所述，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。
3.2.3气流组织方案
气流组织设计的要求，要求空气流动的基本形态能保证室内不存在局部死区及短路为前提，同时还要考虑送风射流和内扰的作用。
该建筑天花吊顶不高，一层气流组织宜采用上侧和顶送、上排的方式。
由于上侧送风时送风口往往被货架遮挡，因此本设计采用顶送风（散流器平送，顶棚回风）。
顶棚上的回风口远离散流器，排风口布置在通道。
三到四层采用风机盘管侧送。
3.2.4末端方案
散流器应根据《采暖通风国家标准图集》和生产厂样本选取。
气流流型为平送贴附设流，有盘式散流器、圆形直片式散流器、方形片式散流器和直片形送吸式散流器。
根据空调房间的大小和室内所要求的参数，选取散流器个数。
一般按对称位置或梅花形布置。
散流器中心线和侧墙的距离，一般不应小于1m。
布置散流器时，散流器之间的间距及离墙的距离，一方面应使射流有足够射程，另一方面又应使射流扩散效果好。
布置时充分考虑建筑结构的特点，散流器平送方向不得有障碍物（如柱）。
如果散流器服务区的长宽比大于1.25时，宜选用矩形散流器。
如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距散流器最远处。
3.2.5水系统方案
3.2.5.1冷冻水系统
冷冻水系统的功能是输配冷量，以满足末端装置或空调系统的负荷要求。
本设计选用单级泵变流量双管闭式水系统。
末端装置设置二通阀，当负荷降低时，二通阀关小，使末端装置中冷冻水的流量按比例缩小，使被调节参数保持在设计值范围内。
系统的供回水立管之间安装一条旁通管，管上安装的压差控制的旁通调节阀可保证用户流量变化时，流经冷水机组的水流量基本不变。
3.2.5.2冷凝水系统
各种空调设备在夏季运行时，应对空气进行冷却除湿处理，产生的冷凝水必须及时排走。
排放凝结水的管路设计，应注意以下要点：
（1）凝结水管宜采用聚氯乙烯塑料管和镀锌钢管，不宜采用水煤气管。
（2）机组盘的泄水管坡度，不宜小于0.1；其他水平支、干管，沿水流方向，应保持不小于0.002的坡度，且不允许有集水部位；如无坡铺设时，管内流速不得小于0.2m/s。
（3）当凝结水盘位于机组内的负压区段时，凝结水盘的出水口必须设置水封。
通气口长约50mm，存水弯前应有50mm高度的短管。
（4）采用金属管作为凝结水管时，管外应保温。
（5）凝结水管的顶部，应设计通向大气的通、透气管。
（6）设计和布置凝结水管时，必须考虑定期冲洗的可能性。
（7）凝结水管管径的选取，根据经验，每千瓦的冷负荷每小时产生0.4kg的凝结水；在湿负荷高的地区，每千瓦的冷负荷每小时产生0.77kg的凝结水；一般情况下，凝结水管的管径应按通过的凝结水量计算确定。
3.2.6太阳能热水系统方案
太阳能热水工程主要由集热器、储热水箱、辅助热源、循环管道、自动控制、阻垢除垢、恒温供水等七部分组成。
3.2.6.1集热器选择方案
（1）热负荷。
（2）集热面积。
太阳能热水系统的产水量与太阳辐射强度和日照时间及集热器受光面积密切相关，一年四季变化很大。
因此本方案按年平均辐射量进行设计。
（3）集热器选型及铺放安装。
（4）集热器安装铺放
按照该建筑的顶层采光面积，各系统集热器均安装在电梯房南部，按单组并串联方式铺放，每个系统组成一个集热器阵列，所产热水直接进入储水箱备用。
3.2.6.2储热水箱
每个系统分别设计储热水箱和恒温水箱各一台，储热水箱的有效容积按照产水量进行设计，实际规格按大于有效容积的10%进行生产。
水箱位置设在电梯房顶。
3.2.6.3辅助加热
太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，但不能解决全天候供应热水问题。
阴雨天气或光照不足时，需要相应的辅助热源才能满足热水需求。
利用电力作为辅助热源，每个系统用电功率平均为38.4kw。
3.2.6.4管道循环系统
循环水泵：
每个系统均安装水泵6台，其中供水泵2台（一备一用），储热水箱和恒温水箱之间安装循环泵2台（一备一用），太阳能循环泵2台（一备一用）。
3.2.6.5自动控制系统
根据系统功能要求，特采用PLC控制器及远程控制系统。
所有电器元件均采用国内优质产品，实现自动化智能操作，确保最佳经济运行，水温水位、进水出水、循环系统、辅助加热等工作状态，直观可见，操作人员一目了然，管理使用十分方便。
每个系统安装控制系统一套，同时具备手动强制启停功能，维修更方便，功能更齐全。
3.2.6.6阻垢防垢
在冷水进水口安装阻垢器（硅磷精）是一种经济有效的环保型产品，是由对人体有益的聚磷酸盐（牛奶、大豆中富含）和硅酸盐（矿泉水中富含）组成，能防止钙镁离子、碳酸盐垢和铁垢的形成，其中的P-P成分隔绝水中溶解氧与金属离子的反应。
通过阻垢防垢，提高系统各部件的使用寿命。
3.2.6.7恒温供水系统
按照全天候恒温50℃供水要求，每个系统均设恒温水箱1台，无论在任何状态下，使恒温水箱的温度始终保持在50℃，偏差不超过±2℃。
3.3研究的方法与技术路线：
拟采用以下步骤来进行设计：
1.空调系统
（1）各功能区域空调负荷的计算；
（2）各空调系统方案的确定；
（3）空气处理设备，冷水机组的选择计算；
（4）气流组织及风系统设计计算及风机选择；
（5）空调水系统设计计算及水泵选择；
（6）空调和制冷机房的设计布置。
2.太阳能热水系统
（1）太阳能集热器选型设计
（2）储热水箱选型设计
（3）循环管道设计计算
（4）自动控制系统设计
（5）辅助热源设计计算
（6）太阳能阻垢除垢系统设计
（7）恒温供水系统和分户热计量系统设计
3.通风系统
需进行通风的区域进行通风系统设计（厨房、卫生间、地下室等）。
4.防排烟系统
地下室的防排烟以及电梯及楼梯前室的防排烟设计。
5.整理计算说明书，完成施工图纸的绘制
四、论文详细工作进度和安排
计划进度：
（1）2010.12.1～2011.1.10搜集资料，提交毕业论文（设计）文献综述、开题报告及外文翻译；
（2）2011.1.11～2011.2.21空调负荷计算；
（3）2011.2.22～2011.3.12布置空调系统和设备选择；
（4）2011.3.13～2011.4.1布置气流组织；
（5）2011.4.2～2011.4.10空调水系统方案确定，布置机房；
（6）2011.4.11～2011.5.3太阳能热水工程系统设计；
（7）2011.5.4～2011.5.8空调机房的设计布置；
（8）2010.5.9～2011.5.12图纸及设计说明书整理，上交毕业设计全部资料
（9）2011.5.23～2011.6.3答辩
五、主要参考文献
[1]龚小辉羌季与建筑一体化太阳能集热器的选型设计与分析
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文章编号:
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[3］吴志新.商场通风空调设计的几点体会［J］.制冷.2003，22
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[4］张晓锋,李永安,刘杰.商场空调的空气品质及能耗分析［J］.低温建筑技术.2004，6：
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中国建筑工业出版社，2002
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[18]GB/T18713-2002,太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范[S]
[19]GB50242-2002，建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范[S]
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