《暖通空調(diào)工程設計》課件 第八章 空調(diào)冷熱源設計

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1第八章空調(diào)冷熱源設計2空調(diào)冷熱源是室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)末端供應冷量和熱量的來源?！袄洹迸c“熱”同屬于熱量概念，其區(qū)別是相對于環(huán)境溫度的高低。空調(diào)末端存在供冷需求時，需設置冷源；末端存在供熱需求時，需設置熱源。冷熱源設計內(nèi)容：選擇冷熱源形式；確定冷熱源框架方案；完善冷熱源系統(tǒng)設計并落實技術細節(jié)。38.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.2空調(diào)冷熱源選擇8.3空調(diào)冷熱源經(jīng)濟性比較8.4空調(diào)冷熱源組合方案8.5空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設計8.6空調(diào)冷熱源機房設計第八章空調(diào)冷熱源設計48.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.1空調(diào)冷熱源分類冷熱源以功能定義，類型、形式多種多樣。從功能角度區(qū)分，冷熱源設備可以分為冷源設備、熱源設備、兼作冷源和熱源的設備。從性質(zhì)上區(qū)分，可以分為天然冷熱源和人工冷熱源兩大類型。從工作原理區(qū)分，可以分為熱量傳遞、能量形式轉(zhuǎn)化、高品位能量驅(qū)動下的熱量遷移這三類。58.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.2空調(diào)冷源類型工作原理不同分類方式天然冷源熱量傳遞自然冷卻按冷源類型分類：空氣、水、土壤等按換熱級數(shù)及物質(zhì)交換分類：直接自然冷卻、單級間接自然冷卻、多級間接自然冷卻等人工冷源高品位能量驅(qū)動下的熱量遷移蒸汽壓縮式按驅(qū)動能源分類：電力驅(qū)動、內(nèi)燃機驅(qū)動、蒸汽驅(qū)動按壓縮機形式：往復式、渦旋式、螺桿式、離心式等按散熱途徑分類：水源、空氣源、地源等按室內(nèi)冷量傳播途徑分類：冷水機組、直接膨脹式機組按是否具備冷凝熱回收功能：熱回收型、非熱回收（普通）型按制冷劑工質(zhì)分類：R134a、R407c、R123等蒸汽吸收式按驅(qū)動能源分類：蒸汽型、熱水型、煙氣型、直燃型按循環(huán)形式：單吸收循環(huán)、多吸收循環(huán)、復合循環(huán)按制冷工質(zhì)對（溶液）分類：氨-水工質(zhì)對、溴化鋰-水工質(zhì)對等表8-1空調(diào)冷源的不同分類方式68.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.2空調(diào)冷源較為常見的天然冷源利用方式：78.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.2空調(diào)冷源人工冷源-蒸汽壓縮式：88.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.2空調(diào)冷源人工冷源-蒸汽壓縮式：水冷冷水機組風冷冷水機組單冷型窗式空調(diào)機單冷型分體空調(diào)室外機單冷型整體式直膨空調(diào)機單冷型分體式直膨空調(diào)室外機單冷型風冷多聯(lián)空調(diào)室外機98.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.2空調(diào)冷源人工冷源-蒸汽吸收式冷源：蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組熱水型溴化鋰吸收式冷水機組煙氣型溴化鋰吸收式冷水機組直燃型溴化鋰吸收式冷水機組108.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.2空調(diào)冷源人工冷源-蒸汽吸收式冷源：118.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.3空調(diào)熱源天然熱源：太陽能、地熱能等。鍋爐：通過一次能源制取蒸汽或熱水。市政熱網(wǎng)：部分城市或區(qū)域建設有市政供熱管網(wǎng)，可以作為全年或冬季熱源接入。市政熱網(wǎng)的熱源類型有熱電廠、大型區(qū)域鍋爐房和工業(yè)廢熱等；熱網(wǎng)供熱介質(zhì)一般為蒸氣或熱水；接入用戶時需設置用戶入口裝置，有直接接入和間接接入兩種方式。熱網(wǎng)直接接入時，須設置熱力入口，包含調(diào)節(jié)、計量裝置；熱網(wǎng)間接接入時，須設置熱力入口+換熱機房，包含調(diào)節(jié)、計量及換熱裝置。128.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.3空調(diào)熱源表8-6常見供熱鍋爐的不同分類方式分類方式鍋爐類型相關情況說明一次能源種類燃煤鍋爐以煤炭作為燃料，已較少應用燃油鍋爐以燃油(柴油、重油等)作為燃料燃氣鍋爐以燃氣(天然氣、人工煤氣等)作為燃料燃油燃氣兩用鍋爐以燃油或燃氣作為燃料，提高一次能源供應側的可靠性電熱鍋爐以電力為一次能源并將其轉(zhuǎn)化成為熱能熱媒介質(zhì)蒸汽鍋爐制備水蒸氣，以水蒸汽作為熱載體向外部輸送熱量熱水鍋爐制備熱水，以熱水作為熱載體向外部輸送熱量鍋爐承壓承壓鍋爐鍋爐本體內(nèi)熱水為承壓狀態(tài)常壓鍋爐鍋爐本體開孔或與大氣相通，鍋爐本體頂部表壓為零真空鍋爐鍋爐本體內(nèi)熱水為負壓狀態(tài)，外部循環(huán)熱水通過鍋爐換熱盤管與鍋爐本體內(nèi)熱水換熱后向外部輸送內(nèi)部結構水管鍋爐水、汽在管內(nèi)流動中受熱火管鍋爐燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣在火筒或煙管中流過，對火筒或煙管外水、汽或汽水混合物加熱外部體型立式鍋爐鍋爐與其燃燒器垂直布置，占地面積較小，設備容量較小臥式鍋爐鍋爐與其燃燒器水平布置，占地面積較大138.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.4一體式空調(diào)冷熱源蒸汽壓縮式熱泵設備可以實現(xiàn)制冷、制熱的功能。熱泵制冷時，其工作原理與蒸汽壓縮式冷源設備相同；熱泵制熱時，部分設備通過其四通換向閥部件轉(zhuǎn)換冷凝器和蒸發(fā)器部件功能，部分設備通過外部接管切換實現(xiàn)供熱的功能。蒸汽吸收式冷熱源分為冷溫水機組和蒸汽吸收式熱泵兩種類型。148.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.4一體式空調(diào)冷熱源蒸汽壓縮式：水（地）源熱泵機組空氣源熱泵機組冷暖型窗式空調(diào)機冷暖型分體空調(diào)室外機冷暖型整體式直膨空調(diào)機冷暖型分體式直膨空調(diào)室外機冷暖型空氣源多聯(lián)空調(diào)室外機冷暖型水源多聯(lián)空調(diào)機組冷暖型燃氣多聯(lián)空調(diào)室外機158.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.4一體式空調(diào)冷熱源蒸汽吸收式冷熱源：蒸汽吸收式冷熱源功能系統(tǒng)配置特點蒸汽型、熱水型、煙氣型溴化鋰吸收式冷溫水機組制冷同吸收式冷水機組；制熱時，蒸汽、熱水、煙氣中的熱量經(jīng)溶液循環(huán)傳遞給空調(diào)水系統(tǒng)，無需冷卻水或其他低溫熱源水參與，類似板式換熱機組。制冷同蒸汽型、熱水型、煙氣型溴化鋰吸收式冷水機組；制熱時無需冷卻水參與直燃型溴化鋰吸收式冷溫水機組制冷同吸收式冷水機組；制熱時，熱量經(jīng)燃料燃燒、溶液循環(huán)傳遞給空調(diào)水系統(tǒng)，無需冷卻水或其他低溫熱源水參與，類似真空熱水鍋爐。制冷同直燃型溴化鋰吸收式冷水機組；制熱時無需冷卻水參與溴化鋰吸收式熱泵機組制冷同吸收式冷水機組；制熱時，以高溫蒸汽、高溫熱水、高溫煙氣或通過燃料燃燒驅(qū)動機組從低品位廢熱（低溫熱水、低溫煙氣）中吸收熱量并制取空調(diào)循環(huán)熱水制冷同蒸汽型、熱水型、煙氣型、直燃型溴化鋰吸收式冷水機組；制熱時無需冷卻水參與，需低品位廢熱接入蒸發(fā)器提供熱量168.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.5冷凝熱回收措施冷凝熱回收可通過采用具備該功能的一體式設備實現(xiàn)，也可通過冷熱源系統(tǒng)設計從外部實現(xiàn)。熱回收178.1空調(diào)冷熱源分類和常見形式8.1.6蓄能措施蓄能方式有冰蓄冷、水蓄冷、水蓄熱、相變蓄熱。蓄能過程均存在能量損失。蓄冰槽蓄水槽布水器相變蓄熱裝置188.2空調(diào)冷熱源選擇選擇不同冷熱源形式時，空調(diào)系統(tǒng)初投資及運行維護成本有顯著差異，且對建筑造型及布局、土建結構體系、供配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)有重大影響?？照{(diào)冷熱源形式種類繁多，不同的冷熱源形式各有其優(yōu)點和使用限制條件。針對具體的工程項目，需分析研究其特點和需求，并根據(jù)不同冷熱源形式及設備的特點，綜合各方面因素，進行技術合理性分析和經(jīng)濟性比較，選擇合理的冷熱源形式及設備。198.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.1氣候條件和冷熱需求室外氣候狀況對空調(diào)采暖系統(tǒng)圍護結構負荷和采暖負荷有極大影響，部分情況下會決定空調(diào)采暖系統(tǒng)需要設置冷源、熱源或冷熱源。氣候條件也影響了空氣源熱泵型冷熱源設備的適用性和運行性能。208.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.2負荷規(guī)模及分布特性不同類型的冷熱源設備各有其制冷制熱容量規(guī)格范圍，在部分負荷狀態(tài)下運行性能也各有其特點?？照{(diào)系統(tǒng)在冬夏季設計工況下冷熱負荷的大小及其在全年運行過程中逐時變化的特性是選擇冷熱源形式及配置方式的重要依據(jù)。218.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.3市政能源接入條件和可再生能源條件選擇空調(diào)冷熱源形式前，應對項目所在地市政能源接入條件和可再生能源條件進行充分調(diào)研，確認不同類型能源接入的可行性和價格標準。228.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.4產(chǎn)權劃分及管理、運營、維護需求根據(jù)項目產(chǎn)權劃分、物業(yè)管理的要求及界面選擇合理的空調(diào)冷熱源系統(tǒng)劃分方式，在系統(tǒng)合用時，應考慮相應的冷熱源運行策略、運行及維護成本分攤機制。238.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.5可靠性和安全性影響可靠性的因素：設備本身性能；外部市政條件；系統(tǒng)設計合理性；系統(tǒng)運行管理水平。影響安全性的因素：制冷劑毒性、是否易燃易爆；鍋爐燃料。248.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.6經(jīng)濟節(jié)能節(jié)能體現(xiàn)在提高能源利用效率、降低冷熱源運行成本，是冷熱源選擇、設計的重要工作內(nèi)容。這既是技術發(fā)展的趨勢，也是我國的重要方針政策。在大部分的項目中，冷熱源的經(jīng)濟性對建設單位是最敏感的內(nèi)容。經(jīng)濟性體現(xiàn)在初投資和運行費用兩個方面。大部分情況下，運行費用降低的前提是提高初投資，相應的投資回收期可以作為系統(tǒng)形式和設備類型選擇的參考依據(jù)。258.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.7綠色環(huán)保冷熱源在綠色環(huán)保方面的理念體現(xiàn)在資源節(jié)約、環(huán)境友好兩個方面。資源節(jié)約方面的要求與節(jié)能要求相近。環(huán)境友好方面主要集中在制冷劑管理、煙氣排放、噪聲與振動影響三個方面，水地源熱泵尚需考慮對地下水或自然水體的影響。268.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.8政策要求國家和行業(yè)標準（含規(guī)范、規(guī)程）不斷完善，相關標準從合理、安全、可靠、節(jié)能、舒適、綠色環(huán)保等不同角度對包括冷熱源設計在內(nèi)的暖通設計提出了強制性要求或推薦性建議。各地方基于其地區(qū)特點制訂的地方標準和政策、規(guī)劃要求。各地方對部分國家標準執(zhí)行方式也存在一定差異，需設計前期進行調(diào)研。278.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.9建筑條件和建設周期暖通設計除了營造健康、安全、舒適的室內(nèi)熱濕環(huán)境外，還應注意配合建筑整體營造視覺環(huán)境、聲環(huán)境，并能配合工程項目進度，尋求整體最優(yōu)解決辦法，避免本專業(yè)不合理或違反規(guī)范要求的方案。288.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.9建筑條件和建設周期冷熱源形式典型問題描述相關影響分體空調(diào)、多聯(lián)機空調(diào)受冷媒管允許接管長度限制，室外機布置平臺需就近布置在通風散熱條件良好的設備平臺上建筑平面、外立面設計直燃式溴化鋰冷溫水機組、燃煤/燃油/燃氣鍋爐需設置煙囪排放燃燒廢氣，煙囪高度須滿足環(huán)保要求建筑平面、建筑視覺效果電驅(qū)動水冷冷水機組、溴化鋰冷溫水機組需于通風散熱條件良好位置布置冷卻塔，占地面積較大，運行噪聲較大聲環(huán)境、結構荷載、建筑視覺效果地源熱泵需較大面積的室外埋管條件總體平面布局空氣源熱泵機組需于通風散熱條件良好位置布置熱泵機組，占地面積較大，運行噪聲大聲環(huán)境、建筑視覺效果冷水機組、鍋爐等大體量設備須考慮大型設備初次安裝及后期維修、更換的運輸通道結構荷載、吊裝孔預留表8-29冷熱源形式對建筑整體效果的影響298.2空調(diào)冷熱源選擇8.2.10冷熱源的選擇原則針對大部分的工程，選擇冷熱源的一般原則：1、在電力供應充足、電價較低的地區(qū)，空調(diào)冷源應優(yōu)先選擇電驅(qū)動冷水機組；在電動式冷水機組中，空調(diào)冷負荷較大的工程應優(yōu)先選擇離心式水冷冷水機組。2、在電力供應緊張或有廉價燃氣、燃油、余熱、廢熱等資源的地區(qū)，熱驅(qū)動吸收式冷水機組可作為冷源設備的優(yōu)先選擇，或選用吸收式冷熱水機組兼作空調(diào)熱源。在具有城市或區(qū)域供熱條件時應優(yōu)先考慮城市或區(qū)域供熱。當有工業(yè)余熱可利用時，也應將其作為優(yōu)先選擇熱源。3、在電力供應緊張或電力增容成本較高，且項目有夏季供冷、冬季供暖的需求時，冷熱源可考慮采用直燃式冷熱水機組。4、具備城市燃氣供應條件的地區(qū)，可采用燃氣鍋爐和燃氣熱水機供暖，或燃氣直燃式冷熱水機組供冷、供暖。5、有穩(wěn)定的地表水、工業(yè)廢水或城市污水等資源可供利用，或者有可利用的淺層地下水且能保證100%回灌時，可采用水源熱泵系統(tǒng)供冷、供暖。6、夏熱冬冷地區(qū)或干旱缺水地區(qū)的中、小型建筑和以日間使用空調(diào)為主的建筑，可采用空氣源熱泵冷熱水機組或土壤源地源熱泵系統(tǒng)供冷、供暖。7、高層建筑有特殊使用要求的頂部區(qū)域，可采用空氣源熱泵冷熱水機組供冷、供暖。8、對實行分時電價政策且峰谷價差合適的地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)在低谷電價時段蓄能可明顯節(jié)省運行費用、投資回收期短時，冷熱源可采用蓄能措施。9、各房間或區(qū)域空調(diào)負荷特性相差較大、系統(tǒng)需要長時間同時供冷和供暖時，可采用水環(huán)熱泵或水源多聯(lián)機系統(tǒng)供冷、供暖。10、對工程規(guī)模較小的項目，冷熱源可選擇分體空調(diào)、變冷媒流量多聯(lián)機的形式。11、具有多種能源利用條件的大型項目或可靠性要求較高的項目，可采用復合式冷熱源供冷、供暖。普適原則：具體工程，具體分析308.3空調(diào)冷熱源經(jīng)濟性比較8.3.1初投資及年運行費用初投資主要包括設備費用、安裝費用、土建費用和能源接入成本。年運行費用包括能源成本和維護管理費用兩部分。能耗費用與年冷熱耗量、能源價格及冷熱源綜合效率有關，維護管理費用與設備、管線、閥門易損易耗部件及系統(tǒng)復雜度有關。318.3空調(diào)冷熱源經(jīng)濟性比較8.3.2投資回收期計算在初投資較高、運行費用較低的情況下，需計算其靜態(tài)投資回收期或動態(tài)投資回收期以確定增加初投資的合理性。與靜態(tài)投資回收期相比，動態(tài)投資回收期反映了資金的時間成本。合理的動態(tài)投資回收期不應超過設備正常使用壽命。動態(tài)投資回收期計算相對復雜，且不同時期、不同工程基準收益率標準存在差異，故工程設計中多以靜態(tài)投資回收期作為方案比較的指標。一般工程中，基準收益率取值10%~20%，動態(tài)投資回收期20年對應靜態(tài)投資回收期5.8~9.4年。328.3空調(diào)冷熱源經(jīng)濟性比較8.3.2投資回收期計算

338.4空調(diào)冷熱源組合方案8.1.1冷熱功能組合在系統(tǒng)存在供冷、供暖兩方面的需求時，冷熱源除采用一體式冷熱源設備的方式外，可通過組合設置冷源設備、熱源設備的方式滿足系統(tǒng)需求。常見冷熱功能組合方式說明電驅(qū)動水冷冷水機組供冷+鍋爐供熱中大型項目中使用最多、最傳統(tǒng)的組合方案電驅(qū)動水冷冷水機組供冷+市政熱網(wǎng)供熱有熱網(wǎng)接入條件時的常見方案多聯(lián)機空調(diào)供冷及供暖期前后供熱+市政熱網(wǎng)供熱有熱網(wǎng)接入條件、冬季多聯(lián)機空調(diào)制熱不能滿足需求時的常見方案空氣源、水源、地源熱泵機組供冷、供熱一體式冷熱源設備熱泵型多聯(lián)機空調(diào)供冷、供熱一體式冷熱源設備溴化鋰冷溫水機組供冷、供熱一體式冷熱源設備348.4空調(diào)冷熱源組合方案8.1.2機組容量配置組合根據(jù)系統(tǒng)最大負荷需求、全年負荷變化規(guī)律、設備單機容量范圍、設備部分負荷運行范圍、不同負荷下的設備效率規(guī)律等因素采取合理的容量和臺數(shù)配置。機組之間要考慮其互為備用和切換使用的可能性。同一機房內(nèi)可采用不同類型、不同容量的機組搭配的組合式方案，以節(jié)約能耗。并聯(lián)運行的機組中至少應選擇一臺自動化程度較高、調(diào)節(jié)性能較好、能保證部分負荷下能高效運行的機組。當小型工程僅設置一臺冷水機組時，應選用調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的機組，并能滿足建筑最低負荷的要求。358.4空調(diào)冷熱源組合方案8.1.3復合式組合在可靠性要求較高的大型工程中，可采用不同形式的冷熱源同時供冷或供熱。在部分項目中，受限于土建條件或其他因素，或為降低系統(tǒng)初投資和運行費用，也采用復合式冷熱源的方式。368.4空調(diào)冷熱源組合方案8.1.3復合式組合378.4空調(diào)冷熱源組合方案8.1.4系統(tǒng)劃分組合功能區(qū)域辦公公寓式辦公物業(yè)管理商業(yè)酒店組合方案1冷水機組+鍋爐+水蓄冷冷水機組+鍋爐組合方案2冷水機組+鍋爐+水蓄冷冷水機組+鍋爐冷水機組+鍋爐組合方案3冷水機組+鍋爐+水蓄冷冷水機組+鍋爐+水蓄冷冷水機組+鍋爐冷水機組+鍋爐組合方案4冷水機組+鍋爐+水蓄冷冷水機組+鍋爐+水蓄冷風冷多聯(lián)機冷水機組+鍋爐冷水機組+鍋爐組合方案5冷水機組+鍋爐+水蓄冷風冷多聯(lián)機（分單元獨立設置）風冷多聯(lián)機冷水機組+鍋爐冷水機組+鍋爐在大型復雜工程中，如存在不同功能性質(zhì)的使用區(qū)域，可考慮冷熱源根據(jù)不同區(qū)域功能性質(zhì)和使用需求劃分為兩個或多個系統(tǒng)，各系統(tǒng)均獨立運行，分別負擔其對應區(qū)域的空調(diào)冷熱負荷需求。388.5空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設計8.5.1冷熱源設備容量確定空調(diào)冷熱源的冷熱負荷基于滿足空調(diào)系統(tǒng)夏季總冷負荷和冬季總熱負荷的需求，并需考慮空調(diào)冷熱水系統(tǒng)輸送時的冷熱損失及系統(tǒng)同時使用系數(shù)?？照{(diào)風系統(tǒng)輸送時的冷熱損失等附加負荷應計入空調(diào)系統(tǒng)夏季總冷負荷和冬季總熱負荷。冷熱源基于冷熱負荷配置其容量，并根據(jù)冷熱源設備特性和使用需求，基于安全、可靠、經(jīng)濟、節(jié)能的原則考慮。398.5空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設計8.5.2冷熱源水系統(tǒng)設計在冷熱源設備選型確定后，后續(xù)應進行相應的空調(diào)冷熱水系統(tǒng)、空調(diào)冷卻水系統(tǒng)設計。相關具體內(nèi)容見第七章“空調(diào)水系統(tǒng)”。408.5空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設計8.5.3能源供給系統(tǒng)及煙氣排放系統(tǒng)設計采用燃煤、燃油、燃氣鍋爐或直燃型溴化鋰機組作為冷熱源時，尚需考慮能源供給及燃燒煙氣排放。一