肖鹏毕业设计修改稿.docx
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肖鹏毕业设计修改稿
中文摘要···························································Ⅰ
ABSTRACT························································Ⅱ
前言·······························································1
1工程概况
1.1设计题目························································3
1.2设计内容·························································3
1.3原始资料·························································3
1.4选题背景························································3
2冷热负荷
2.1室内外设计参数··················································4
2.2空调冷负荷······················································6
2.3新风冷负荷······················································9
2.4空调热负荷·····················································10
3冷热源系统方案
3.1技术分析·······················································11
3.2负荷分析·······················································14
3.3冷热源系统方案·················································15
4复合冷源系统设计
4.1地源热泵系统···················································19
4.2制冷机组系统····················································24
4.3冰蓄冷系统·····················································28
4.4冷冻水系统·····················································32
5制冷系统运行方案
5.1蓄冷模式选择······················································
5.2自控系统··························································
5.3系统运行方案······················································
6施工要求
6.1管道保温··························································
6.2除污器和水过滤器··················································
6.3放空气器··························································
6.4阀门······························································
6.5水系统···························································
6.6系统消声、减震设计·················································
7经济性分析
7.1设备初投资························································
7.2运行费用··························································
7.3经济性比较························································
结语·································································
附录·································································
参考文献·····························································
致谢·································································
摘要
本文首先对地源热泵与冰蓄冷进行了技术分析和比较,这两种独主的空调制冷技术,虽然有各自的优点,但也有一定的局限性,进而论述了两者联合运行的必要性,在此基础上构思将这两种空调制冷技术有机结合起来,设计一套复合式新型能源系统应用于武汉新世界百货大楼制冷系统。
本文完成了负荷计算、冷热源系统方案确定、复合冷源系统设计,最后结合该建筑负荷特点及当地电力峰谷价格,阐述了该工程夏季制冷、冬季供暖的控制策略,并对该新系统的经济性做了初步的分析。
研究表明,该新型的复合式能源系统具有很大的优势和广阔的发展前景。
关键词:
地源热泵冰蓄冷系统运行经济性分析
Abstract:
Keywords:
前言
随着经济建设的发展,国内建筑开始越来越普及中央空调,但是,目前国内兴建的采用中央空调的建筑普遍存在着高能耗的问题,一般中央空调能耗约占整个建筑总能耗的50%左右,对于商场和综合大楼可能要高达60%以上。
据统计,一些地区夏季空调的耗电量占到城市中耗电的一半左右。
与发达国家的商业建筑相比,我国的能耗较发达国家高40%左右,在当今电力资源极为紧缺的情况下,大量的中央空调普遍采用中央空调,中央空调的使用商用建筑(写字楼、宾馆饭店、大中型商场等)大量兴建,1997年全国房屋建筑竣工面积达62244万平方米,其中住宅占53.8%、商业建筑占25.4%。
但是,目前国内兴建的采用中央空调的建筑,特别是商用建筑,普遍存在着高能耗的问题,例如清华大学在1998年对北京市的十家营业较好的大商场进行了全面的测试和统计,这些商场的全年运行能耗平均大约是188kwh/㎡,而气候条件大致相当的日本的同类建筑的平均全年能耗大约是135kwh/㎡,也就是说北京市的商场的能耗要比日本高出将近40%。
空调能耗是商业建筑的能耗的主要部分,占总能耗的50~60%。
按重庆和上海的统计,中央空调用电量已分别占全市总用电量的23%和31.1%,给各城市的供配电带来了沉重的压力,在武汉地区,夏季拉闸限电相当频繁。
随着现代化建设的发展,能源供应会更加紧张,将会导致影响经济的持续发展,节约空调能耗是刻不容缓的。
因此空调制冷设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目的成败和经济效益优劣的重要问题。
暖通空调设计方案的比较和优选是一个涉及面广、影响因素多的复杂技术工作。
一个优秀的暖通空调工程设计方案,应对设计方案涉及的各种因素进行全面的考虑,使其综合效益最高。
综合考虑的因素越多,通常其方案设计的水平越高,其技术经济性也越高。
地源热泵与冰蓄冷技术均起源于欧美等发达国家。
地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤及地表水)进行供热或制冷的高效节能的空调技术。
地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位能向高温转移。
即在冬季,把地能中的热量取出来,提高温度后供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来.释放到地能中去。
地源热泵是典型的可再生能源利用技术。
与常规的水冷式冷水机组加锅炉供冷供热方式相比.地源热泵系统夏季可减少向大气的排热量.减缓城市的“热岛”效应:
冬季除使用少量电能以外。
不使用任何一次化石能源.可减少污染物的排放和一次能源的长途运输成本。
工程运行实例表明,地源热泵空调系统可减少一次能源消耗60%~70%,是真正节能、环保型的空调系统,在当今能源紧缺的新世纪倍受关注。
冰蓄冷技术是指在空调负荷低的夜间时段制冰蓄冷,而在空调负荷高峰的白天时段化冰取冷.以此来全部或部分转移制冷设备的运行时间。
采用此办法来回避用电高峰。
即是电力部门削峰填谷的最佳途径,又可使用户的空调运行费用得到节省。
本设计以武汉新世界百货大楼为原型,将地源热泵与冰蓄冷技术联合对其进行制冷系统的设计。
1工程概况
1.1设计题目
武汉新世界百货大楼制冷系统设计
1.2设计内容
a本设计作夏季制冷,冬季供暖。
b筛选并采用高效节能空调系统冷热源。
c负荷计算,制冷机房设计,管道布置,设备选型,并完成相关施工图。
d分析室内冷热负荷的特点,按使用功能、时间、班次等因素规划制冷系统的运行。
e进行项目工程预算,完成该项目造价预算费用表的编制,并进行设备、机械的价差调整。
1.3原始资料
武汉新世界百货商城位于武汉市江汉区。
本工程是集商业、娱乐、写字楼、餐饮及停车场为一体的综合性公共建筑。
总面积:
34829.00m2,地上面积:
30134m2,地下面积:
4695m2,主楼共21层,总面积为:
17799m2,裙楼为6层,总面积:
12335m2,建筑等级为二类高层;耐火等级一级;人防六级;抗震设防烈度6级。
建筑基底面积:
4106m2。
空调面积7272m2。
该建筑正立面朝南,地上21层,地下一层。
地上为商场,邮政储蓄,快餐厅,办公室等,地下为超市,车库和设备间。
地下室超市层高为6.00m,一楼营业厅层高为5.5m,二楼营业厅层高5.00m,以上均为5.00m。
七楼以上为写字楼。
1.4选题背景
近年来,作为与人们生活息息相关的商场、购物中心等增加的速度很快,空调成为商场购物环境的一个重要指标,怡人的空气环境会增加人们逛商场的兴趣和购物的愿望,而空气闷热、浑浊则会令人望而却步。
商场建筑安装空调制冷系统的主要目的是保持室内适宜的温湿度,创造吸引顾客入内的舒适冷、暖环境,增进顾客的购物欲望;防止室内商品(衣服、家具等)质量变劣;同时为商场职工提供舒适的工作环境。
商厦建筑内的营业厅需要设置空调系统,而其辅助房间和服务用房则可视具体情况设置空调或通风系统。
商场建筑的功能不同于旅馆和办公楼建筑,室内空调一般有以下特点:
1)商场建筑空间大,室内人员多,照明设备多,故空调冷负荷和新风负荷大。
2)商品种类多,营业厅布局常有变动,要求空调制冷设备具有一定的灵活性。
3)大商场内有些营业厅人员密度大,有些密度小,在确定空调机组容量和空调分区时,应加以区别。
4)有些商业建筑趋向多功能化,除了商业空间外,还设有会场、剧院、餐厅等,其空调系统应考虑分区。
5)百货大楼的出入口人流频繁,在寒冷地区的冬季,为防止或减少室外冷风的侵入,往往要设置前室并使用热风幕,在建筑上应考虑合适的入口方位,并设避风用的挡风壁。
6)在过渡季节,为了推迟或少开制冷机,应充分利用新风供冷。
7)根据建筑防火规范的要求,设置防排烟装置。
2负荷计算
2.1室内外设计参数
2.1.1室外条件
表2-1武汉地区室外气候条件
位置∕武汉
北纬
30°61′
东经
114°13′
海拔
6.6
大气压力
夏季
100.17bar
冬季
102.33bar
室外计算干球温度
夏季
35.2℃
冬季
-5℃
室外计算湿球温度
夏季
28.2℃
室外计算相对湿度
夏季
79%
冬季
76%
由于商场的负荷计算中热负荷比冷负荷要小得多,因此在设计计算中我们主要计算冷负荷,热负荷值由估算得出。
2.1.2室内设计参数
[参考文献]黄翔.空调工程.北京:
机械工业出版社.2006.4(89页表3-34设计新风量)
表2—2室内参数
房间类别
空调温度
相对湿度
新风量
m3/(h·人)
人数
个/m3
夏季
冬季
夏季
冬季
负一层营业厅
26
18
60%
55%
20
0.083
一层营业厅
26
18
60%
50%
20
0.10
办公室门厅
26
18
60%
50%
0
0.33
保安,消防值班室
26
18
60%
50%
0
0.13
邮政营业厅
26
18
60%
50%
20
0.50
邮政储蓄
26
18
60%
50%
20
0.13
总服务台
26
18
60%
50%
20
0.083
培训中心大堂
26
18
60%
50%
20
0.13
二楼营业厅
26
18
60%
55%
20
0.25
快餐厅
26
20
60%
55%
20
0.33
对于舒适性空调和采暖,室内计算参数,查《暖通空调》第10—11页得:
夏季:
温度应采用24—28℃,相对湿度应采用40%—65%,风速不应大于0.3m/s;冬季:
温度应采用18—22℃,相对湿度应采用40%—60%,风速不应大于0.2m/s(采暖不要求)。
在这里设计时,夏季温度采用26℃,冬季采用18℃,相对湿度冬夏季均采用60%。
[参考文献]陆亚俊马最良.暖通空调.中国建筑工业出版社,2002.6.
2.2空调冷负荷
冷负荷主要由以下部分组成:
1)通过围护结构(窗、墙、楼板,屋盖,地板等)传入的热量;2)透过外窗进入的太阳辐射热量;3)人体散热量;4)照明散热量;5)设备、器具、管道及其他内部热源的散热量;6)食品或物料的散热量;7)渗透空气带入的热量;8)伴随各种散湿过程产生的潜热量。
2.2.1外墙和楼板瞬变传热逐时冷负荷的计算
外墙和楼板瞬变传热引起的逐时冷负荷按下式计算:
CL=KwFw(t/wl-tNx)
T/wl=(twl+td)kαkρ
式中CL——外墙或楼板瞬变传热引起的逐时冷负荷,W;
Fw——外墙和楼板的面积,m2;
Kw——外墙和楼板的传热系数,W/(㎡·℃);
t/wl——外墙和楼板冷负荷计算温度的逐时值,℃;
twl——以北京地区的气象条件为依据计算出的外墙和楼板冷负荷计算温度的逐时值,℃;
td——地点修正值,℃。
2.2.2内围护结构冷负荷的计算
内围护结构冷负荷按下式计算:
CL=KF(tls-tNx)
tls=twp+△tls
式中CL、K、F、tNx——同上式;
tls——邻室计算平均温度,℃;
△tls——邻室计算平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值,℃。
2.2.3玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
在室内外温差作用下,通过玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷按下式计算:
CL=CwKwFw(twl+td-tNx)
式中CL、tNx——同上式;
Kw——外玻璃窗的传热系数,W/(m2·k);
Fw——外玻璃窗的面积,m2;
twl——外玻璃窗冷负荷计算温度的逐时值,℃;
td——玻璃窗地点修正值,℃,设计手册中查出的冷负荷温度值都是以北京地区气象参数为依据计算出来的,对于不同的地点,应对twl值进行修正;
Cw——对Kw值的修正,Kw值要根据窗框等情况不同加以修正。
2.2.4透过玻璃窗的日射得热引起冷负荷的计算
透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷按下式计算:
CL=CaCsCiFwDj,maxCLQ
式中CL——透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷,W;
Fw——窗口面积,m2;
Ca——有效面积系数;
Cs——窗玻璃的遮阳系数;
Ci——窗内遮阳设施的遮阳系数;
CLQ——玻璃窗冷负荷系数。
CLQ值按南北区的划分而不同。
南北区的划分标准是:
建筑地点在北纬27°30′以南的地区为南区,以北的地区为北区。
因此武汉属于北区。
2.2.5照明散热形成的冷负荷
所有灯具按荧光灯计算,计算公式如下:
CL=1000n1n2NCLQ
式中N——照明灯具所需功率,kW;
n1——镇流器消耗功率系数,当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时,取1.2;当暗装镇流器装在顶棚内时取1.0;
n2——灯罩隔热系数,当荧光灯罩上部穿有小孔(下部为玻璃板),可利用自然通风散热与顶棚内时取n2=0.5~0.6;而荧光灯罩无通风孔者取n2=0.6~0.8;
CLQ——照明散热冷负荷系数,可由《空调工程》附录26查得。
2.2.6人体散热形成的冷负荷
人体显热散热形成的冷负荷按下式计算:
CLs=nφqsCLQ
式中qs——不同室温和劳动强度成年男子显热散热量,W;
n——室内全部人数;
φ——群集系数,由《空调工程》表3-14查得;
CLQ——人体显热散热冷负荷系数,由《空调工程》附录27查得。
人体潜热形成的冷负荷按下式计算:
Qc=φq2n
式中q2——不同室温和劳动强度成年男子潜热散热量,W,由《空调工程》表3-15查得;n,φ同上。
该设计为超市和营业厅,人员流动都很大,因此人体散热是其主要因素,目前还没有相关的权威的资料统计这些公共场所的人员密度,参考一些论文这里取定人员密度平均为0.6m2/人。
采用II型屋顶墙。
墙的构造从上到下依次为:
预制细石混凝土板,通风层,卷材防水层,水泥沙浆找平层,保温层,隔汽层,现浇钢筋混凝土板,内粉刷。
墙的传热系数
=0.48w/k.m2。
屋顶冷负荷计算公式同外墙。
外窗传热负荷,根据武汉地区气候条件知夏季室外平均风速为2.8m/s,窗
的特性:
双层窗,3mm厚普通玻璃;金属窗框,80%玻璃,白色窗帘(浅色),窗高2m。
查设计手册得
=2.915w/k.m2,对金属边框取1.2倍的修正值。
北外窗透射负荷,由《空调工程》附录查得双层钢窗有效面积系数Ca=0.75,故窗的有效面积为134*0.75m2,查暖通设计手册的遮挡系数
=0.86,遮阳系数为
=0.5,综合遮阳系数为0.86*0.5=0.43。
根据地点纬度查得南向日射得热因数最大值
=174w/m2;北向日射得热因数最大值
=115w/m2;东向日射得热因数最大值
=539w/m2。
[参考文献]暖通空调常用数据手册.建筑工程常用数据系列手册编写组编.中国建筑工业出版社.
以第一层营业厅冷负荷为例计算冷负荷(见附录1)。
经计算,该建筑物负荷随时间变化如下图所示:
2.3新风冷负荷
由《空调工程》附录6-1查得室内外空气的焓值分别为h(R)=61.00kJ/kg;h(o)=92.00kJ/k按公式CLw=M(O)(h(O)—h(R))计算如下表:
表2-3各房间所需新风量和新风负荷
房间
每人新风量
m3/(h·人)
人数
新风量kg/s
h(O)
kJ/kg
h(R)
kJ/kg
CLw
kW
地下超市
20
487
3.10
61
92
96.03369
一楼营业厅
20
814
5.18
61
92
160.51628
邮政营业厅
20
30
0.19
61
92
5.91583
邮政储蓄
20
25
0.16
61
92
4.92986
培训中心
20
17
0.11
61
92
3.35231
服务台
20
6
0.04
61
92
1.18317
二楼营业厅
20
1000
6.36
61
92
197.19444
快餐厅
20
257
1.63
61
92
50.67897
办公室
30
3
0.03
61
92
0.88738
总计
520.69193
2.4空调热负荷
查相关的设计手册武汉地区可取的热负荷与冷负荷值小得多,在此设计中采用估算法计算,仅作设备选型时参考。
表2-4热负荷
房间
面积m2
概算指标W/m2
负荷值W
地下超市
1623
85
137955
一楼营业厅
2036
80
162880
一楼办公室门厅
26
70
1820
保安,消防值班室
11
70
770
邮政营业大厅
298
80
23840
邮政储蓄
248
80
19840
培训中心大堂
54
70
3780
服务台
17
80
1360
二楼营业厅
2500
80
200000
快餐厅
428
130
55640
办公室
31
70
2170
总计
610055
注:
概算指标参考《空调工程》表3-28。
3制冷系统方案选择
3.1技术分析
[参考文献]毛佳妮,徐玉党.某火车站地源热泵冰蓄冷空调系统的可行性分析.2007年10月第7卷第5期.制冷与空调,50-54
3.1.1地源热泵技术
3.1.1.1地源热泵简介
[参考文献]葛一春,屈峰,冯莉.地源热泵与建筑节能.陕西建筑.2007年12月总第150期,24-27
随着我国社会经济的发展及人民生活水平的不断提高,空调设备的日益普及,建筑耗能量势必将迅猛增加,对大气环境的污染也将日趋严重。
如何在建筑热舒适条件得到改善的条件下把建筑耗能量减下来,减轻对大气环境的污染,成了暖通界人士首要其冲需要解决的问题。
现阶段,在保证使用功能不降低的情况下,我们应采取各种有效的技术和管理措施,把新建房屋建筑的能耗较大幅度地降下来,对原有建筑物有计划地进行节能改造,达到节省能源、保护环境和提高人民生活质量的目的。
地源热泵作为一种有益环境、节约能源和经济可行的建筑物供暖及制冷新技术越来越受到关注。
它是利用地下相对稳定的土壤、地下水温度,通过媒介质来获取土壤、地下水内冷(热)能量的新型装置,可一年四季方便地调节建筑内的温度。
由于该制冷供热方式不存在能量形式的转换,几乎是一种能量的“搬运”过程,因而其能量转换效率高、运营成本低。
3.1.1.2热泵概念
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。
地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地下去。
通常地源热泵消耗lkW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
与锅炉(电、燃料)供热系统相比,电锅炉供热只能将90%以上的电能或70~90%的燃料内能转换为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之一的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10~25~C,其制冷、制热系数可达4.0~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右
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