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1 重庆市医院类建筑中央空调工程冷热源方案分析重庆市医院类建筑中央空调工程冷热源方案分析 摘要摘要 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。 关键词关键词 :医院、冷(热)源、方案设计、综合性 2 目录目录 第一章 绪论 3 1、背景 3 2、 我国能源状况 3 3、 重庆市能源结构状况及石柱县的能源结构现状 4 4、 重庆建筑能耗现状 5 5、 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 8 1、 暖通设计规范及标准 8 2、 设计计算内容及原始资料 9 3、 空调负荷计算 10 4、 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 17 1、风冷热泵型中央空调系统 17 2、 地源热泵系统 18 3、 水源热泵系统 20 4、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组 24 5、电动单螺杆冷水机组+电热水锅炉25 6、冰蓄冷空调系统 26 7、不同方案的适用性分析 27 第四章 典型案例分析 27 1、工程概况 27 2、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 29 3 第一章第一章绪论绪论（能耗）（能耗） 1 1、背景、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 1-1 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 1-1 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31.934.332.833.942.433.931.331.820.3 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 2、我国的能源状况我国的能源状况 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 1.3 亿吨，估计 2010 年将进口石油 2.5 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 1.2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 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 64.3%，石油、 天然气和电力等优质能源仅占 35.7%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 4、重庆建筑、重庆建筑能耗现状能耗现状 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 565.71 万 m 2，其中 采用集中空调总面积为 385.11 万 m 2（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 43.1%和 36.5%。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 354.6 kWh/m 2a，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 1854.61 万 m 2。这些公共建筑年耗能 78.6 万吨标煤。如果进行 节能改造(节能 50%)，每年可节能 38.7 万吨标煤，占重庆市每年节能指标(180 万吨标煤)的 21.5%。 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 5、重庆医院、重庆医院能耗现状能耗现状 （1）能耗总体情况 2006 年全重庆市医院总耗能约 10.6 万吨标煤，约占 2006 年全市公共建筑 总能耗的 13.5%。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 155.3kWh/m 2a， 最小的为 26kWh/m 2a，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 108.95 kWh/m 2a， 普 通病房年平均能耗密度为 36.84 kWh/m 2a。 （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 7.4%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。92.3%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 57.7%的医院 采用了内遮阳技术，但外遮阳技术应用较少，只占 19.2%，更有 23.1%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，48.1%的医院 采用外保温技术，通风屋面和种植屋面分别占 22.2%和 7.4%。 （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 23.5%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， 5.9%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。76.5%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 88.2%，大大降低了能耗。 第二章第二章医院建筑空调系统医院建筑空调系统、冷热源设计方法及依据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 1、设计规范及标准、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 GB50333-2002 （3）参照洁净厂房设计规范GB50073-2001 （4） 采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003 （5） 洁净室施工及验收规范 JGJ71-90 （6） 通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002 （7） 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB50242-2002 （8） 建筑设计防火规范GB50016-2006 （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GBJ114-88 （11） 公共建筑节能设计标准GB501892005 2 2、设计内容及原始资料（重庆以为例）、设计内容及原始资料（重庆以为例） （1 1）设计内容：）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 2） 、原始资料：、原始资料： 1、室外设计参数 夏季 空调室外计算干球温度 36.5空调室外计算温球温度 27.3大气压力 97.732kPa 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 99.120kPa 1、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 （ m 3h/ 人） （ 次 /h） 10 级 手 术 室 8-0.25 0.30 2225406060652350 级 手 术 室 518 22 -2225356060450350 级 手 术 室 512 15 -2225216060450350 洁 净 走廊 510 13 -212760-360150 无 菌 药品 510 13 -212760-360150 无 菌 库房 510 13 -212760-360350 复 苏 室 08 10 -22253060-450200 换 车 间 58 10 -212765-355150 缓冲、 洗手 510 13 -212760-360150 噪声声级不高于45dB; 空气中含尘量不大于0.30 mg/m; 室内空气压力稍高于室外大气压。 3 3、空调负荷计算、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 1）冷负荷的计算）冷负荷的计算 外墙冷负荷的计算：外墙冷负荷的计算： 外墙瞬时传热形成的冷负荷： LQLQ =KF =KFt t - - （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：外窗瞬时传热冷负荷： LQLQ =KF =KFt t（2） 式中：LQ通过外墙和屋面的得热量所形成的冷负荷，W F外墙和屋面的面积，单位：m 2； 查附录一 2-4 表 7 在基准条件 aw=18.6w/（m 2oC） ，an=8.72w/（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，aw=18.6w/（m 2oC）时，外表面换热系数修正值 Ka=1.0. 由供热工程附录 2-4 表 8 重庆地区玻璃窗冷负荷的地点修正值 td=1.0 oC. 透过玻璃窗的日射得热引起得冷负荷：透过玻璃窗的日射得热引起得冷负荷： LQLQ =F=F CaCaCsCsCnCnDjDj，maxmaxCLCL（3） 式中： F 窗的面积，m 2 Ca 为有效面积系数取 0.75 Cs 窗玻璃的遮阳系数。Cs= =0.86 Cn 窗内遮阳设施的遮阳系数。 无内遮阳:Cn=1 有效面积为 Fca 由重庆地区的纬度 2937查的表 2-7 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人员散热引起的冷负荷: : 12 LQ= =QSC1+QrW（4） 人体显热散热引起的冷负荷： QS= n1n2qsW（5） 人体潜热散热引起的冷负荷： Qr=n1n2qrW（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0.71.2人/ m 2 和医院面积可以算 出人数医院人数取620 n2 群集系数 医院的人属于极轻度劳动， 查表 2-11， 当室温为 26 oC 时， 成年男子散发的显热和 潜热分别为：qs= 61 w/人 ，q r= 73 w/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：照明散热引起的冷负荷： 在该设计中，取照明密度为 25W/ 2 m ，所以照明引起的冷负荷为 WCQ LQZM （7） 式中： ZM Q 照明散热引起的冷负荷，单位：W LQ C 不同时刻下灯具得散热量，单位：W W 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：设备散热冷负荷： 在该设计中，取设备负荷密度为 13 W/ 2 m ，所以设备散热引起的冷负荷为 WCQ LQSB （8） 式中： SB Q 设备散热引起的冷负荷，W 13 LQ C 不同时刻下设备的散热量，W W 设备总功率，W 设备罩的隔热系数，取值为 1 （2 2）湿负荷的计算）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： W = =0.278ng10 -3 g/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 3）热负荷的计算）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： Q = Q1+ Q2+ Q3（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：维护结构的耗热量： （1）围护结构的基本耗热量：atKFq n w t（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，； n t冬季室内空气的计算温度，； w t 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：冷风渗透耗热量： 公式如下：Q=0.278VwCp(tn-tw)（12） 式中：V= Lln L每米门窗缝隙渗入室内的空气量，按当地冬季平均风速，m 3 /hm l 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/ m 3； Cp冷空气的定压比热，C=1KJ/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：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：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atKFq n w t，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：1.0；南 向：0.1；东向：0.1；西向：0.15。在冬季室外平均风速 jp v . =2.4m/S 下，双， 冷风渗透耗热量 2 Q等于 2 Q=0.278V)( wnpw ttc 4 4、空调冷热源方案确定方法、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。 第三章第三章 不同冷热源方案的性能对比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 500 1000， 每干空气累计除霜量 7 20。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 0.75计算， 就可初步确定机组选用功率， 其制冷能力 10.8 19.5，热能力达 11.5 21.3，。 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 3 4/,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 2、 地源热泵系统地源热泵系统 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 4-5KW 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 1：1。地源空调能效比可达 1：5，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 3、水源热泵水源热泵系统系统 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 3.14.7 之 21 间，制冷的性能系数在 3.56.7 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