空调冷热源毕业论文

1重庆市医院类建筑中央空调工程冷热源方案分析摘要本文在冷热源方案选择中综合考虑和运用诸多方面的技术知识，主要包括国家的能源资源状况，国家的能源政策；重庆的能源状况（包括石柱县的状况）；相关设计标准、规范；各种冷、热源形式，各种能源转换设备的种类、工作原理、性能特点及其适用场合；冷、热源设计方案比较中采用的评价准则和指标；能源利用及冷热源设备的运行与环境的关系、保护环境的设计措施。因建筑物的空调负荷是变化的，冷、热源所要提供的冷、热量在大多数情况下都小于设计最大负荷，机组在部分负荷下工作的效率都小于机组额定负荷运行时的效率。所以，本文在选择冷、热源设备时，还对空调负荷进行了设计和计算。并且以石柱中医院工为例进行分析，通过对该工程冷热源的初投资、能源供应、技术性能、环境影响等因素，进行综合评价分析，最终认为该类建筑在该地区采用风冷热泵冷水机组最适宜。关键词医院、冷热源、方案设计、综合性2目录第一章绪论31、背景32、我国能源状况33、重庆市能源结构状况及石柱县的能源结构现状44、重庆建筑能耗现状55、重庆医院类建筑能耗现状6第二章医院建筑空调系统、冷热源设计方法及依据81、暖通设计规范及标准82、设计计算内容及原始资料93、空调负荷计算104、空调冷热源方案确定方法15第三章不同冷热源方案的性能对比171、风冷热泵型中央空调系统172、地源热泵系统183、水源热泵系统204、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组245、电动单螺杆冷水机组电热水锅炉256、冰蓄冷空调系统267、不同方案的适用性分析27第四章典型案例分析271、工程概况272、工程冷热源方案的技术、经济、环境影响对比27第五章结论29参考文献293第一章绪论（能耗）1、背景自20世纪90年代以来，人类面临着严峻的资源消耗和环境恶化，节能已成为世界的关注焦点。在能源消耗中，建筑业是能源消耗大户。据有关资料显示，欧美一些发达国家，建筑能耗占全国能耗的30左右。我国目前建筑能耗所占的比例远远低于发达国家，但随着建筑业的发展，该比例必将逐年增加，表11可以看出我国年能耗比例还达不到发达国家的水平，但预计到2020基本上可以达到发达国家现有的水平。表11欧美各国建筑能耗占总能耗的比例国家美国英国德国瑞典丹麦荷兰加拿大比利时日本比例319343328339424339313318203据统计，中国城乡既有建筑面积达460亿平方米，其中高能耗建筑占到了99。而国内建筑能耗已占我国终端能耗的近三分之一，该比例预计在2020年将接近40。建筑开口部位一般约占建筑表面积的六分之一，但消耗制冷及采暖空调能源超过一半。资料显示，我国单位建筑面积空调用电负荷达50瓦/平方米200瓦/平方米，能源浪费极为严重，而空调的长时间开启势必造成供电高峰，甚至烧坏电路和配电设施，导致断电、停电，威胁城市供电安全，在空调消耗大量能源的同时，更会造成城市热岛效应，加剧环境恶化程度。因此，如何降低空调能耗已经成为建筑节能的重中之重。2、我国的能源状况近年来能源及与之相关的环境成为全世界各国最为关注的热点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源与环境问题。对我国来说，由于人均能源资源短缺（尤其是油、气、水），环境容量（亦是资源）有限，西部生态脆弱，这个问题尤为严重，它将极大的制约我国的可持续发展以及为中华民族子孙万代生生息息留有生存空间。近年来，我国GDP每年以10的速度发展，能源消耗急骤4增加，环境、生态日益恶化。这种对自然无序的、掠夺性索取的发展模式已难以为继，实际上已造成当前十分严重的、不可逆转的后果，大自然的惩罚已经不断地凸现出来，并还要继续加重。在这样的严峻形势下，每一个能源领域的工作者，尤其是身上负有责任的各级政府官员，都要充分想到身上的重担。我国能源结构现状具体分析如下煤现在是、将来（直到2050年或更晚）仍是我国能源的主力，虽然煤在总能源中所占的比例会逐渐下降（从75下降到60），但总量仍会不断增加。由于我国石油短缺，车用液体燃料还是得从煤基替代燃料上找出路。我国2005年进口原油及其成品油约13亿吨，估计2010年将进口石油25亿吨，对外依存度将超过50，这会引起一系列的能源安全问题。当然，煤炭对我国来说也是稀缺产品，但相对其他能源资源仍可“忍受”，若每年将煤炭产量的八分之一用于车用液体燃料（或甲醇，或二甲醚，或煤制油）的生产，从总的能源供应角度不会带来很大的不平衡。可再生能源（主要是风能、太阳能和生物质能）在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，这个情况和欧洲的其他国家在国情上有很大区别。一些欧洲国家，他们总能耗已经不再增长（或增长很少），可再生能源的发展逐步替代目前在用的化石能源。而我国却处于总能耗急剧增长之中，单是发电设备（其中主要是燃煤的发电），每年增长的装机容量是6080GW，超过三个长江三峡。在这个高速增长量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用说去替代原有的化石能源消耗。譬如说，按国家规划，到2020年风力发电的装机容量将达30GW（是2005年的24倍），考虑到每单位装机容量的满负荷工作时间平均只有2500小时，则30GW的风电相当于火电12GW左右，也就是2020年我国发电总装机容量9501000GW的12左右。总之我国能源已到了岌岌可危的地步，现在必须走节能之路。3、重庆市能源结构状况及石柱县的能源结构现状重庆市能源消费结构中，一直以煤炭为主，煤炭所占比重基本维持在65左右，与全国相似但略优于全国水平。2009年重庆市煤炭比重为643，石油、天然气和电力等优质能源仅占357左右，而世界能源消费结构中，煤炭比重仅为30左右。重庆市一次能源资源主要是煤炭、天然气和水电为主，天然气比较5丰富，但没有石油资源。因此，重庆市以煤炭为主的能源消费结构仍将持续，所占比重也将维持在65左右。石柱县工业以燃煤为主，县城生活能源以电能、煤炭为主。农村生活用能以柴薪秸秆煤的混合型结构为主,其中柴薪、秸秆等生物质能直接燃烧的比例过大,全县平均达到83,沼气、秸秆气等可再生能源及电、液化气、天然气等商品能的使用比例过低。4、重庆建筑能耗现状据重庆市建筑节能协会的表格调查，重庆的公共建筑能源消耗形势较为严峻，具有较大的节能潜力。具体调查情况如下调查总面积56571万M2，其中采用集中空调总面积为38511万M2（此处数据来源于2007年中国建筑节能年度发展研究报告）。分别从建筑围护结构、用能设备、能源管理三方面对重庆市各类型公共建筑近五年的能源消耗基础数据进行了收集整理，分析了公共建筑逐年的能耗情况，图1为重庆市各类型公共建筑2006年耗电量折合标煤数，图2为重庆市各类型公共建筑年能耗密度。从图1看出，2006年重庆市主要公共建筑耗能量总计约786千吨标煤，其中大型商场和星级宾馆耗能量所占比例较大，分别占总耗能量的431和365。从图2看出各类型公共建筑中，大型商场、星级宾馆、有集中空调病房、博物馆年能耗密度较大，其中大型商场年能耗密度3546KWH/M2A，远远高于其他类型的公共建筑。重庆市建筑节能协会调查发现我市公共建筑普遍存在建筑保温隔热性能较差，空调设备选型过大等通病。在能源管理方面差异较大，酒店类建筑明显好于其他类型建筑，但也存在一定的不足之处，总体来说，重庆市公共建筑能源消耗形势较为严峻，具有较大的节能潜力。按照回收数据分析测算，重庆市主城区宾馆、医院、教育、文体设施等公共建筑测算面积为185461万M2。这些公共建筑年耗能786万吨标煤。如果进行节能改造节能50，每年可节能387万吨标煤，占重庆市每年节能指标180万吨标煤的215。6图1重庆市各类型公共建筑2006年耗电量折合标煤数图2重庆市各类型公共建筑年能耗密度5、重庆医院能耗现状（1）能耗总体情况2006年全重庆市医院总耗能约106万吨标煤，约占2006年全市公共建筑总能耗的135。图3为调研的重庆市各医院2006年能耗密度数据（此处数据来源于重庆市统计局编统计年鉴）。7图3重庆市各医院2006年能耗密度数据从图3可以看出，各个医院的能耗密度相差较大，最大的为1553KWH/M2A，最小的为26KWH/M2A，两者相差近6倍，造成这种差距的主要原因有各医院建筑围护结构不同各医院的规模、使用性质、就医人数存在差别，对空调舒适性要求不同管理运行水平不同，节能措施有高有低空调设计合理性也存在差异，个别设计负荷过大。医院调查的重点是病房能耗，将所有病房分为采用集中空调的病房和普通病房，采用集中空调病房年平均能耗密度为10895KWH/M2A，普通病房年平均能耗密度为3684KWH/M2A。（2）用能特点医院具有公共建筑的一般特点，但又有自己行业的特殊性。一方面是传统的室内空气品质问题另一方面，医院中有许多特殊的室内环境，室内环境比一般公共建筑要求较高。医院中容易产生化学的、生物的和其它的污染，这些污染的所带来的健康问题很严重。所以，医院的室内空气品质有更高的要求，微生物以及病菌数必须保持在一定的指标内，新风量标准更高。医院建筑气流组织要求更严密，为防止交叉感染以及病菌传播，对设备的要求高。相对于一般公共建筑，人流量虽然比商场小，但比办公建筑等要大，设备散热和人体散热，冷负荷较大。医院建筑一般环境优雅，种植树木草皮较一般建筑多，绿色环境能够降低建筑能耗，提高室内热舒适性。医院建筑工作时间比商场建筑和办公建筑长，日供冷时间也较多，所需能耗更大。现代医院越来越追求外形美观，窗墙面积比越来越大，大量的使用玻璃幕墙等材料，而围护结构热阻值与一般公共建筑并无区别，导致建筑能耗也越来越高，建筑节能潜力很大。（3）建筑围护结构情况8医院建筑只有74采用了外墙外保温技术，主要是由于所调查的医院大部分为2005年以前竣工的建筑，未达到节能标准要求。923的医院建筑采用的是普通单层玻璃，双层玻璃和镀膜玻璃只占很少一部分，所调查的医院中没有一家使用中空玻璃。主要原因是后者的价格较高，但从节能角度考虑，采用传热系数较低的玻璃值得提倡。医院建筑外窗大部分使用铝合金窗，虽然有577的医院采用了内遮阳技术，但外遮阳技术应用较少，只占192，更有231的医院没用采取任何外窗遮阳措施。各医院的屋面保温技术做得相对较好，481的医院采用外保温技术，通风屋面和种植屋面分别占222和74。（4）主要用能设备情况A、集中空调系统运行情况医院建筑集中空调无论是制冷机组还是水泵大多都采用台数控制，系统根据负荷变化的自动调节能力较差。对于医院建筑大部分时间在部分负荷下运行，调节能力的缺陷就显露无疑，导致资源和能耗的双重浪费。另外，在新风供应的情况下，有的病人还是把窗户打开，这就造成了能量的浪费。医院实际用能与建筑设计的用能负荷之间存在着很大的差异，在绝大多数的情况下，用能负荷都小于设计的最大值，从而造成循环水泵低负荷运行的状况，导致用能设备普遍存在“大马拉小车”的现象，能源浪费严重。B、照明系统调控调查范围内235的医院对楼宇内的照明系统都设置了独立的集中控制系统，59的医院对于楼宇的照明控制还设置了专职人员，加强了照明系统的能源管理。765的医院通过调整照度，满足场地不同时段的需要。节能灯的使用率达882，大大降低了能耗。第二章医院建筑空调系统、冷热源设计方法及依据医院类建筑在选择冷热源方案时，所选方案首先要满足工程的空调负荷。以下是工程负荷计算方法，可为冷热源方案选择提供有力依据。1、设计规范及标准（1）甲方提供招标要求及建筑平面图9（2）医院洁净手术部建筑技术规范GB503332002（3）参照洁净厂房设计规范GB500732001（4）采暖通风与空气调节设计规范GB500192003（5）洁净室施工及验收规范JGJ7190（6）通风与空调工程施工质量验收规范GB502432002（7）建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB502422002（8）建筑设计防火规范GB500162006（9）房屋建筑制图统一标准GB/T500012001（10）采暖通风与空气调节制图标准GBJ11488（11）公共建筑节能设计标准GB5018920052、设计内容及原始资料（重庆以为例）（1）设计内容1空调系统冷、热、湿负荷的计算。2冷热源选择、系统配置图。（见附录）（2）、原始资料1、室外设计参数夏季空调室外计算干球温度365空调室外计算温球温度273大气压力97732KPA冬季空调室外计算干球温度2空调室外计算相对湿度83大气压力99120KPA1、洁净手术部各级辅助用房设计技术参数表2手术部主要技术指标名称最小静压差（PA）换气次数（次/小时）工作高度截面风速（M/S）温度（）相对湿度（）最小新风量噪音DB（A）最低照度（LX）对相邻低级别洁净室（M3H/人）（次/H）10级手术室80250302225406060652350级手术室518222225356060450350级手术室512152225216060450350洁净走廊51013212760360150无菌药品51013212760360150无菌库房51013212760360350复苏室081022253060450200换车间5810212765355150缓冲、洗手51013212760360150噪声声级不高于45DB空气中含尘量不大于030MG/M室内空气压力稍高于室外大气压。3、空调负荷计算此处为确定冷热源负荷计算公式及计算步骤，具体计算结果由鸿业软件计算。11（1）冷负荷的计算外墙冷负荷的计算外墙瞬时传热形成的冷负荷LQKFT（1）式中F计算面积，单位；计算时刻，单位H；温度波的作用时刻,单位H；T作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，单位。外窗瞬时传热冷负荷LQKFT（2）式中LQ通过外墙和屋面的得热量所形成的冷负荷，WF外墙和屋面的面积，单位M2；查附录一24表7在基准条件AW186W/（M2OC），AN872W/（M2OC），K玻璃窗传热系数。T计算时刻下结构的负荷温差，单位OC。查得知，AW186W/（M2OC）时，外表面换热系数修正值KA10由供热工程附录24表8重庆地区玻璃窗冷负荷的地点修正值TD10OC透过玻璃窗的日射得热引起得冷负荷LQFCACSCNDJ，MAXCL（3）式中F窗的面积，M2CA为有效面积系数取075CS窗玻璃的遮阳系数。CS086CN窗内遮阳设施的遮阳系数。无内遮阳CN1有效面积为FCA由重庆地区的纬度2937查的表27七月份日射得热因素的最大值DJ，MAX修正值均可在教材空气调节附录2中查得。人员散热引起的冷负荷12LQQSC1QRW（4）人体显热散热引起的冷负荷QSN1N2QSW（5）人体潜热散热引起的冷负荷QRN1N2QRW（6）式中QS人体显热散热引起的冷负荷，单位W；QR人体潜热散热引起的冷负荷，单位W；QS不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量，单位W；QR不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量，单位W；N1人数根据大城市医院人流密度约为0712人/M2和医院面积可以算出人数医院人数取620N2群集系数医院的人属于极轻度劳动，查表211，当室温为26OC时，成年男子散发的显热和潜热分别为QS61W/人，QR73W/人以上各参数由空气调节附录2查得。照明散热引起的冷负荷在该设计中，取照明密度为25W/2M，所以照明引起的冷负荷为WCQLQZM（7）式中ZMQ照明散热引起的冷负荷，单位WLQC不同时刻下灯具得散热量，单位WW照明总功率，单位W；灯罩得隔热系数，取值为1设备散热冷负荷在该设计中，取设备负荷密度为13W/2M，所以设备散热引起的冷负荷为WCQLQSB（8）式中SBQ设备散热引起的冷负荷，W13LQC不同时刻下设备的散热量，WW设备总功率，W设备罩的隔热系数，取值为1（2）湿负荷的计算商场由于人员多，湿负荷主要是由人员散湿引起的，所以在各层商场的湿负荷计算中，只考虑了人员，而忽略了其它散湿。湿负荷计算公式W0278NG103G/S（9）式中N空气调节房间内的人数，单位人；G每个人的散湿量，单位G/S群集系数（3）热负荷的计算空调热负荷是指空调系统在冬季里，当室外空气温度在设计温度条件时，为保持室内的设计温度，系统向房间提供的热量。对于民用建筑来说空调冬季的经济性对空调系统的影响要比夏季小。因此，空调热负荷一般是按稳定传热理论计算的。房间的热负荷Q主要包括以下几部分QQ1Q2Q3（10）式中Q1围护结构耗热量Q2冷风渗透耗热量Q3冷风侵入耗热量维护结构的耗热量（1）围护结构的基本耗热量ATKFQNWT（11）式中K围护结构的传热系数，W/K；F围护结构的计算面积，；NT冬季室内空气的计算温度，；WT冬季室外空气的计算温度，；围护结构的温差修正系数；是用来考虑供暖房间并不直接接触室外14大气时，围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的削弱而减少的修正，其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。2维护结构耗热量的修正按照暖通规范的规定,维护结构的耗热量修正应考虑朝向修正、风力附加和高度附加三个方面。朝向附加耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。暖通规范规定，朝向修正率宜按下列规定的数值选用北、东北、西北010；东南、西南1015；东、西5；南1530；风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。暖通规范规定在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加510。高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。暖通规范规定民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，当房间高度大于4M时，每高出1M应附加2，但总的附加率不应大于15。在此只考虑朝向修正，修正率如下北0；东、西5；南15；冷风渗透耗热量公式如下Q0278VWCPTNTW（12）式中VLLNL每米门窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季平均风速，M3/HML门窗缝隙的计算长度，N渗透空气量的朝向修正系数，W冬季供暖室外计算温度下的空气密度，KG/M3；CP冷空气的定压比热，C1KJ/KG；TN冬季室内空气的计算温度，；TW冬季室外空气的计算温度，。15冷风侵入耗热量不用考虑冷风侵入耗热量。热负荷计算举例以下是医院的热负荷计算过程（1）医院外墙面积和窗面积前面已经算出，根据暖通规范温差修正系数A均取为1，按照围护结构基本耗热量公式ATKFQNWT，计算医院的维护结构基本耗热量列于表中。对于该建筑物，东西朝向修正率取5，北向取0，南向取15，风力附加和高度修正均不予考虑。得出维护结构耗热量列于表中（2）根据暖通规范，重庆市的冷风朝向修正系数重庆的为北向10；南向01；东向01；西向015。在冬季室外平均风速JPV24M/S下，双，冷风渗透耗热量2Q等于2Q0278VWNPWTTC4、空调冷热源方案确定方法重庆市医院类建筑的空气调节与采暖系统的冷、热源宜采用集中设置的冷热水机组或供热、换热设备。机组或设备的选择应根据建筑规模、使用特征，结合当地能源结构及其价格政策、环保规定等按下列原则经综合论证后确定（1）具有城市、区域供热或工厂余热时，宜作为采暖或空调的热源；（2）具有热电厂的地区，宜推广利用电厂余热的供热、供冷技术；（3）具有充足的天然气供应的地区，宜推广应用分布式热电冷联供和燃气空气调节技术，实现电力和天然气的削峰填谷，提高能源的综合利用率；（4）具有多种能源热、电、燃气等的地区，宜采用复合式能源供冷、供热技术；（5）具有天然水资源或地热源可供利用时，宜采用水地源热泵供冷、供热技术。空调采暖系统在公共建筑中是能耗大户，而空调冷热源机组的能耗又占整个空调，采暖系统的大部分。当前各种机组、设备品种繁多，电制冷机组、溴化锂吸收式机组及蓄冷蓄热设备等各具特色。但采用这些机组和设备时都受到能源、环境、工程状况使用时间及要求等多种因素的影响和制约，为此必须客观全面地对冷热源方案进行分析比较后合理确定。16（1）城市热源是我国城市供热的基本政策，北方城市发展较快，较为普遍，夏热冬冷地区少部分城市也在规划中，有的已在实施，具有城市或区域热源时应优先采用。我国工业余热的资源也存在潜力，应充分利用。（2）中华人民共和国节约能源法明确提出“推广热电联产，集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热电综合利用率”。大型热电冷联产是利用热电系统发展供热、供电和供冷为一体的能源综合利用系统。冬季用热电厂的热源供热，夏季采用溴化锂吸收式制冷机供冷，使热电厂冬夏负荷平衡，高效经济运行。（3）原国家计委、原国家经贸委、建设部、国家环保总局联合发布的关于发展热电联产的规定计基础20001268号文中指出“以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统，适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线路损和应急突发事件等综合功能，在有条件的地区应逐步推广”。分布式热电冷联供系统以天然气为燃料，为建筑或区域提供电力、供冷、供热包括供热水三种需求，实现天然气能源的梯级利用，能源利用效率可达到80以上，大大减少SO2、固体废弃物、温室气体、NOX和TSP的排放，减少占地面积和耗水量，还可应对突发事件确保安全供电，在国际上已经得到广泛应用。我国已有少量项目应用了分布式热电冷联供技术，取得较好的社会和经济效益。目前国家正在制定的国家十一五规划、国家中长期能源规划、国家中长期科技规划，都把分布式燃气热电冷联供作为发展的重点。大量电力驱动空调的使用是导致高峰期电力超负荷的主要原因之一。同时由于空调负荷分布极不均衡、全年工作时间短、平均负荷率低，如果为满足高峰期电力需求大规模建设电厂，将会导致发输配电设备的利用率低、电网的技术和经济指标差、供电的成本提高。随着国家西气东输等天然气工程的建设，夏季天然气出现大量富余，北京冬季供气高峰和夏季低谷的供气量相差78倍。为平衡负荷，不得不投巨资建设调峰储气库，天然气输配管网和设施也必须按最大供应能力建设，在夏季供气低谷时，造成管网资源的闲置和浪费。可见燃气与电力都存在峰谷差的难题。但是燃气峰谷与电力峰谷有极大的互补性。发展燃气空调和楼宇冷热电三联供可降低电网夏季高峰负荷，填补夏季燃气的低谷，同时降17低电力和燃气的峰谷差，平衡能源利用负荷，实现资源的优化配置，是科学合理地利用能源的双赢措施。在应用分布式热电冷联供技术时，必须进行科学论证，从负荷预测、技术、经济、环保等多方面对方案做可行性分析。（4）当具有电、城市供热、天然气，城市煤气等能源中两种以上能源时，可采用几种能源合理搭配作为空调冷热源。如“电气”、“电蒸汽”等，实际上很多工程都通过技术经济比较后采用了这种复合能源方式，投资和运行费用都降低，取得了较好的经济效益。城市的能源结构若是几种共存，空调也可适应城市的多元化能源结构，用能源的峰谷季节差价进行设备选型，提高能源的一次能效，使用户得到实惠。（5）地源热泵是一种以低位热能作能源的中小型热泵机组，具有可利用地下水、地表水或工业废水作为热源供暖和供冷，采暖运行时的性能系数COP一般大于4，优于空气源热泵，并能确保采暖质量。水源热泵需要稳定的水量，合适的水温和水质，在取水这一关键问题上还存在一些技术难点，目前也没有合适的规范、标准可参照，在设计上应特别注意。采用地下水时，必须确保有回灌措施和确保水源不被污染，并应符合当地的有关保护水资源的规定。第三章不同冷热源方案的性能对比冷热源是空调系统的关键设备，冷热源的形式直接决定了建筑空调系统的能耗特点及对外部环境的影响情况，本章针对性的提出了几种代表性冷热源方案并对其进行技术性评价。本文列举了重庆市医院类建筑常用的冷热源方案风冷热泵型中央空调系统、热泵系统（包括地源热泵和水源热泵）、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组、电动单螺杆冷水机组电热水锅炉、冰蓄冷空调系统，具体性能特点如下1、风冷热泵型系统风冷热泵型中央空调是以室外空气为“热源”，通过机械做功，输出热量，解决中央空调的冷热水供应，调节室内空气温度。所谓“热泵”，凡是可以在低18温环境下吸收热量，并将其位能提高后，向高温环境输出热量的装置机械，都可称作“热泵”。其优点是可省略冷却塔冷却，水泵组成的冷却水循环系统，节能、节水还可降低总投资。风冷热泵空调风冷热泵空调是处于制冷模式时，冷凝器通过风扇向空气散放冷凝热，蒸发器向室内供冷冻水。当处于供热模式时，位于室外的部分为蒸发器，它从室外空气中吸收热量，室内的部分变为冷凝器，它向用户提供热。风冷热泵型空调系统的应用条件为（1）冬季室外空调计算温度应在10以上，机组蒸发温度8，连续运作时间110。（2）冬季空气温度较低，即每年累计除霜时间5001000，每干空气累计除霜量720。对长江中下游地区此条件比较适宜。风冷热泵型中央空调系统的主机是风冷式冷热水机组。对一般使用面积在1001202房间，机组功率采用3主机，以每增加20302递增075计算，就可初步确定机组选用功率，其制冷能力108195，热能力达115213，。风冷热泵空调系统的设计关键是必须按最佳平衡点温度即风冷热泵的传热量等于建筑物耗热量的室外计算温度值来选用热泵。是否增设辅助热源，要视冬季室外温度而定。如果室外温度在平衡点以下，要添加辅助热源。辅助热源一般采用电加热器。其制冷工况为环境温度35，回水温度12，出水温度7；制热工况为环境温度7，回水温度40，出水温度45。其次，设计的关键是防霜和除霜。现在常用的防霜办法是增设辅助室外换热器；常用的除霜方法是用电子膨胀阀来转换工况用热气反冲。由于除霜必然引起能耗加大和热水温度的波动，因此要合理安排除霜周期。另外，设计时也必然考虑机组的安装位置和噪声控制。一般机组安装位置要进风通畅，风速控制在34/,排风不受阻挡，尤其是出风口的上方不应有阻挡物，否则会引起排风气流短路，热保护动作而停机。2、地源热泵系统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19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，释放到地能中去。通常，地源热泵能耗1KW的能量，用户可以得到比普通中央空调多的热量或冷量。专家表示，地源热泵作为具有高新技术含量的节能系统，利用土壤的恒温特性，具有节省能耗、绿色环保、舒适程度高等特点，并且经济实用，非常适用于我国北方地区。地源热泵系统特点（1）利用可再生能源属可再生能源利用技术地源热泵从常温土壤或地表水（地下水）中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续使用。（2）高效节能，运行费用低属经济有效的节能技术地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40，因此要节能和节省运行费用40左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。在制热制冷时，输入1KW的电量可以得到45KW以上的制冷制热量。运行费用每年每平方米仅为1826元，比常规中央空调系统低40左右。（3）节水省地1）以土壤水为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染。2）省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观（4）环境效益显著该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，在供热时，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。（5）运行安全稳定，可靠性高地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆炸的危险，使用安全。燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。由于土壤深处温度非常恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响，运行工况非常稳定，优于其它空调设备。不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题。整个系统的维护费用也较锅炉制冷20机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。（6）一机两用，应用范围广地源热泵系统可供暖、制冷，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于住宅的采暖、供冷。（7）自动运行地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，可无人值守；此外，机组使用寿命长，均在20年以上。地源热泵系统优点（1）环保利用土壤温度，不用地下水，没有交叉污染。（2）能效比高普通风冷机器需要在零下十几度的环境制热，在零上三十五度以上的环境下制冷，能效比相对比较低,室温控制困难。地源空调利用土壤温度，相对恒温,一年四季都是将十度到十五度之间的水进行转换，能效比较高。（3）节能传统空调冬季用锅炉采暖，能效比仅为11。地源空调能效比可达15，省电4/5。夏季也可省电1/2。机器可分多级控制，根据温度自动卸载，运行节能。（4）运行稳定机器在室内，无风吹雨淋，工作环境好。地下水温也基本恒定，无起伏波动。机器故障率低。（5）可分户计量。（6）不用锅炉和冷却塔。（7）地下换热系统不用后期维护，系统后期维护费用低。相对于水源热泵的每年需要对井维护来说,后期维护费用极低缺点需要一定的面积埋管，且对埋管技术要求较高。3、水源热泵系统水源热泵是以水为介质来提取能量实现制热和制冷的一个或一组系统。针对水源热泵机组，就是通过消耗少量高品位能量，将地表水中不可直接利用的低品位热量提取出来，变成可以直接利用的高品位能源的装置。水源热泵是利用太阳能和地热能来制冷、供热，应该说其属热泵中“地源热泵”的一种。经过严格测试及不同地区热泵的应用实例测算，水源热泵制热的性能系数在3147之21间，制冷的性能系数在3567之间。地球表面浅层水源（如深度在1000米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋）吸收了太阳进入地球的辐射能量，这些水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为制冷剂提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵水泵消耗1KW的能量，用户可以得到4KW以上的热量或冷量。水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热盘管，该组盘管一般水平或垂直埋于湖水或海水中，通过与湖水或海水换热来实现能量转移（该组盘管直接埋于土壤中的系统称为土壤源热泵，也是地源热泵的一种）；开式系统是指从地下或地表中抽水后经过换热器直接排放的系统。水源热泵无论是在制热还是制冷过程中均以水为热源和冷却介质，即用切换工质回路来实现制热和制冷的运行。然而，更为方便的是由水回路中的三通阀来完成。虽然在水源热泵系统图中表示了水源直接进入蒸发器（制冷时为冷凝器），在某些场合，为避免污染封闭的冷水系统（通常是处理过的），需间接地用一个换热器来供水；另一种方法是利用封闭回路的冷凝器水系统。水作为热泵制热、制冷过程的介质，满足以下两个条件即可利用一是水的温度在730之间，二是水量要充足。水源水可以是各种工业用废水、生活用水、海水、江、河水等，甚至是各种工业余热。提取水中的热（冷）量比较简单易行的方式是打井，利用井泵提取地下水作为循环介质。冬季时，以地下水为“热源”，源源不断的将7以上的地下水通过热泵机组的蒸发器提出大约4以上的热量，使其降至3再注回地下，水在地下渗流过程中又吸收地下热量，温度又升至7以上，然后又被提升上来，如此不断循环，机组吸收的热量再被机组的冷凝器释放出来，用以加热供暖的水系统，使供水温度可达55以上，此温度成为空调供暖（国家标准45）和地板热供暖（国家标准40）的最佳温度；夏季时，利用地下水（水温低于14）做冷却水，而常规制冷设备是利用冷却塔循环冷却，水温一般都在3040,夏季的地下水只有1418，要比循环冷却水温度低于1622，从而提高了机组的工作效率，达到了节能、降耗的作用。过渡季节，应用中央空调可以考22虑将地下水抽取上来直接作为冷媒输入系统，不需要机组开机运行，可以节省大量的能源。水源热泵的特点地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接地接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接收和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地热能成为可能。水源热泵机组以水为载体，在冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，取得能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调供冷的目的。由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的冷热源，所以其具有以下优点1）环保效益显著水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。2）高效水源热泵机组可利用的水体温度冬季为1222，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为1835，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户3040的供热制冷空调的运行费用。3）节能水源热泵使用的电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。设计良好的水源热泵机组，与空气源热泵相比，相当于减少30以上的电力消耗，与电供暖相比，相当于减少70以上的电力消耗。所以，水源热泵在节能的同时还减少和降低了发电时一次能源消耗过程中产生的污染排放和温室效应。4）应用范围广可广泛的应用于宾馆、办公楼、学校、商场、别墅区、住宅小区的集中供热制冷，以及其它商业和工业建筑空调，并可用于游泳池、乳制器加工、啤酒酿造、冷轧锻造、冷库及室内种植和恒温养殖等行业上。5）一机多用利用一套设备即可供冷，又可供热，还可提供生活热水。23对空调系统来说，一台热泵提供两种热源，可节省一次性投资，其总投资额仅为传统空调系统的60，并且安装容易，安装工作量比其他空调系统少，安装工期短，更改安装也容易。6）自动化程度高水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统；部件较少，自动控制程度高。7）没有任何污染水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407和R410A等替代共质。水源热泵机组的运行没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，不产生任何废渣，废水、废气和烟尘，使环境更优美。可以建造在居民区内，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。8）运行稳定、可靠，维护方便水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性，不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。由于系统简单，机组部件较少，运行简单、稳定，相对来说维护费用要低得多，使用寿命可长过20年以上。水源热泵的缺点（1机组自身的安全隐患此机组必须配置专用电源，其电压的波动范围要求严格控制（10至10）。由于技术的不成熟，机组易在危险工况下甚至在短路的情况下都会（照常）继续工作。所以必须给机组配备专用自动空气开关，绝对禁止使用闸刀开关，而且对电流的控制也相当严格（比例为15倍）并要配置缺相保护器。（2）使用不方便更不可靠只要是停机后重新启动，通电预热的时间很漫长，必须在12个小时后。如果机组在冬季停止制热运行后，对控制器一定要与机组保持通信而且绝对不能断电，否则水管就会冻裂，机组处于瘫痪状态，更为严重的是整机冻坏，维修难度可想而知（因为电力是人为无法控制的，甚至会有在不经意间的操作失误使之断电）。（3）水源的不稳定性需提前测量水源的充足度及检测水质的可靠、可信度。24绝对禁止在水源的上游存在相同的使用源，否则机组将无法正常工作。（4）冬季采暖效果不理想比正常空调的采暖温度低56。需配置辅助加热设备。（5）对主机开关使用要求严格频繁操作会导致机组瘫痪（每小时不能超四次）。（6）水系统要配膨胀水箱，循环水一定要清洁干净，否则很快结垢影响使用效果且运行时一定要保持足够的水流量，否则也会造成热水器冻裂，更频繁的是要清洗水过滤器，给使用带来不便。水源热泵在使用中要停机进行维修保养。（7）机组在整体系统的维修保养更为复杂与困难。（8）对地下水污染严重。4、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组直燃吸收式冷热水机组通常以燃油或燃气为能源，以水溴化锂为工质对，实现吸收制冷循环和采暖循环，达到供应冷水和热水的目的。直燃机特点直燃机就是指以燃气、燃油为能源，通过燃气（油）直接在溴化锂吸收式机组的高压发生器中燃烧产生高温火焰作为热源，利用吸收式制冷循环的原理，制取冷热水，供夏季制冷和冬季采暖用或同时供冷水和热水。其机组主要有以下点1）利用热能（或余热、废热、排热等）为动力，与电动冷水机组比可明显节约电耗。因此，在电力比较紧张的地区，或有余热可以利的场合，此机组更具有意义，但是应该注意，其若与一次能源的消耗机比较，它一般来说是不节能的。2）制冷机组是在真空状态下运行，没有高压爆炸危险，安全可靠；除屏蔽泵以外，无其它震动部件，运行安静，噪声低。3）以溴化锂水溶液为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。（4）制冷量范围广，在20100的负荷内可进行冷量的无级调节，并且随着负荷的变化调节溶液循环量，有优良的调节性能。（5）对外界条件的变化适应性强，可在蒸汽压力0208MPA表；冷却水温度2035；冷冻水温度515的范围内稳定运行。25（6）选用先进的燃烧设备，燃烧效率高，燃烧完全，燃烧产物中所含的SO和NO低，对大气污染相对较小。（7）制冷、采暖和热水供应兼用，一机多功能，机组从功能上有单冷型（只制冷）、空调型（制冷，采暖）和标准型（制冷，采暖，热水供应）三种形式供用户选择。（8）用户不需要另设锅炉房或蒸汽外网，只需少量电耗和冷却水系统。（9）采用直燃机，对城市能源季节性的平衡起到一定的积极作用。一般来说，城市中夏季用电量大，而燃气、燃油用量少，因此，用直燃机可以减少电耗，增加燃气、燃油耗量，有利于解决城市燃气、燃油系统的季节调峰问题。（10）直燃机结构紧凑，体积小，机房占用面积小，安装无特殊要求，使用操作方便。（11）气密性要求高，在机组运行中即使漏入微量的空气也会影响冷水机组的性能。（12）腐蚀性强，溴化锂水溶液对普通碳钢有较强的腐蚀性，不仅影响机组的性能与正常运行，而且还影响机组的寿命。（13）其冷却水量需求量大，同时，需配用冷却能力较大的冷却塔。（14）价格比有同样制冷量的蒸汽压缩式冷水机高。5、电动单螺杆冷水机组电热水锅炉单螺杆冷水机组是利用单螺杆压缩机的的吸气、压缩、排气三个连续过程是靠转子、星轮旋转时产生周期性的容积变化来实现的制冷的。螺杆式制冷机优点结构简单，制冷效率高，易损件少，体积小，重量轻；单机压缩比大，对湿行程不敏感；振动小，对基础要求低，通常无需采用隔振措施；输气系数高，排气温度低；运动部件少，加工零件的总数只有活塞式的1/10，检修周期长，无故障运行时间可达25万小时，新型的全封闭压缩机的无故障运行时间可以达到10万小时；制冷量可在10100的范围内无级调节，由于机器结构上的特点，使它实现了中间进气的经济器系统，占地面积小等优点；螺杆式制冷机缺点26噪音较高，耗油量大，油路系统和辅助设备比较复杂。但是，80年代后的新型机特别是全封闭机的问世，使得螺感机的噪声级别和耗油量已逐渐接近和超过了活塞式制冷机。电锅炉由于具有使用便利、占地少、无噪声、队负荷跟踪性能好、对使用地点无污染等优点，因而目前被广泛的选为冬季供暖设备。6、冰蓄冷空调系统“冰蓄冷”是一种通过蓄能空调来节约能源的新技术，又称“冰蓄冷空调”。“冰蓄冷空调”的基本工作原理是，在夜间电网谷荷时段开启制冷主机，将建筑物空调所需要的冷量，全部或部分制备好，以冰的形式储存起来。当白天用电高峰时，可融冰降温，实现用电的“移峰填谷”，这样白天就可以少开或基本不开耗电量大的中央空调。冰蓄冷空调特别适合写字楼、宾馆、办公楼等大型用电单位，甚至包括高档的住宅小区使用，节电效果十分明显。冰蓄冷空调系统具有以下主要特点（1）在主机配置方面由于建筑物空调年运转负荷率低，一般在设计负荷50以下的运行时间占70以上，所以冰蓄冷空调制冷设备容量和装机功率，可小于常规空调系统，一般可减少30左右。（2）在投资方面空调蓄冷系统的一次投资比常规系统要高些，如果计入供电增容费及用电集资费和政府电力基金补贴等，有可能投资相等，甚至更少，这主要看建筑物用途和使用面积。（3）在节能方面冰蓄冷空调系统能在多种灵活工作模式下运行。根据不同的天气情况，合理地采用不同的运转模式，使运行效率最优化，从而节约能源。从原来省电不节能，到省电也节能。蓄冷空调系统的运行费用，由于电力部门实施峰谷电价政策（试行分时电价为六时段四费率），要比常规空调要低很多，省钱50多。（4）设备使用寿命长蓄冷空调系统制冷蓄冰时负荷运行比列增大，运行状态稳定，提高了设备利用率和延长机组使用寿命。（5）蓄冰空调节电效果根据不同的配套有不同的效果。半量蓄冰时，在35度以上环境温度时，同常规空调相比节电不明显，省电费是肯定的。35度以下27温度时节电较明显，节约电费很多。移峰电量在设计中可以很方便地计算出来。半量蓄冰最受时长欢迎。7、不同方案的适用性分析表3不同冷热源方案适用性对比表方案风冷热泵型系统地源和水源热泵系统直燃式溴化锂吸收式冷热水机组电动单螺杆冷水机组电热水锅炉冰蓄冷空调系统使用场合冬季室外空调计算温度应在10以上，机组蒸发温度8适用于长江中下游适用于我国北方地区和土地资源丰富，有水源的地方燃油或燃气丰富的地方一般情况都可以冷负荷高峰和用电高峰时间基本相同，持续时间长的场合缺点限制有温度限制、需冬季除霜采暖不理想