《暖通空调工程设计》课件 第八章 空调冷热源设计

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1第八章空调冷热源设计2空调冷热源是室内空气调节末端供应冷量和热量的来源。“冷”与“热”同属于热量概念，其区别是相对于环境温度的高低。空调末端存在供冷需求时，需设置冷源；末端存在供热需求时，需设置热源。冷热源设计内容：选择冷热源形式；确定冷热源框架方案；完善冷热源系统设计并落实技术细节。38.1空调冷热源分类和常见形式8.2空调冷热源选择8.3空调冷热源经济性比较8.4空调冷热源组合方案8.5空调冷热源系统设计8.6空调冷热源机房设计第八章空调冷热源设计48.1空调冷热源分类和常见形式8.1.1空调冷热源分类冷热源以功能定义，类型、形式多种多样。从功能角度区分，冷热源设备可以分为冷源设备、热源设备、兼作冷源和热源的设备。从性质上区分，可以分为天然冷热源和人工冷热源两大类型。从工作原理区分，可以分为热量传递、能量形式转化、高品位能量驱动下的热量迁移这三类。58.1空调冷热源分类和常见形式8.1.2空调冷源类型工作原理不同分类方式天然冷源热量传递自然冷却按冷源类型分类：空气、水、土壤等按换热级数及物质交换分类：直接自然冷却、单级间接自然冷却、多级间接自然冷却等人工冷源高品位能量驱动下的热量迁移蒸汽压缩式按驱动能源分类：电力驱动、内燃机驱动、蒸汽驱动按压缩机形式：往复式、涡旋式、螺杆式、离心式等按散热途径分类：水源、空气源、地源等按室内冷量传播途径分类：冷水机组、直接膨胀式机组按是否具备冷凝热回收功能：热回收型、非热回收（普通）型按制冷剂工质分类：R134a、R407c、R123等蒸汽吸收式按驱动能源分类：蒸汽型、热水型、烟气型、直燃型按循环形式：单吸收循环、多吸收循环、复合循环按制冷工质对（溶液）分类：氨-水工质对、溴化锂-水工质对等表8-1空调冷源的不同分类方式68.1空调冷热源分类和常见形式8.1.2空调冷源较为常见的天然冷源利用方式：78.1空调冷热源分类和常见形式8.1.2空调冷源人工冷源-蒸汽压缩式：88.1空调冷热源分类和常见形式8.1.2空调冷源人工冷源-蒸汽压缩式：水冷冷水机组风冷冷水机组单冷型窗式空调机单冷型分体空调室外机单冷型整体式直膨空调机单冷型分体式直膨空调室外机单冷型风冷多联空调室外机98.1空调冷热源分类和常见形式8.1.2空调冷源人工冷源-蒸汽吸收式冷源：蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组热水型溴化锂吸收式冷水机组烟气型溴化锂吸收式冷水机组直燃型溴化锂吸收式冷水机组108.1空调冷热源分类和常见形式8.1.2空调冷源人工冷源-蒸汽吸收式冷源：118.1空调冷热源分类和常见形式8.1.3空调热源天然热源：太阳能、地热能等。锅炉：通过一次能源制取蒸汽或热水。市政热网：部分城市或区域建设有市政供热管网，可以作为全年或冬季热源接入。市政热网的热源类型有热电厂、大型区域锅炉房和工业废热等；热网供热介质一般为蒸气或热水；接入用户时需设置用户入口装置，有直接接入和间接接入两种方式。热网直接接入时，须设置热力入口，包含调节、计量装置；热网间接接入时，须设置热力入口+换热机房，包含调节、计量及换热装置。128.1空调冷热源分类和常见形式8.1.3空调热源表8-6常见供热锅炉的不同分类方式分类方式锅炉类型相关情况说明一次能源种类燃煤锅炉以煤炭作为燃料，已较少应用燃油锅炉以燃油(柴油、重油等)作为燃料燃气锅炉以燃气(天然气、人工煤气等)作为燃料燃油燃气两用锅炉以燃油或燃气作为燃料，提高一次能源供应侧的可靠性电热锅炉以电力为一次能源并将其转化成为热能热媒介质蒸汽锅炉制备水蒸气，以水蒸汽作为热载体向外部输送热量热水锅炉制备热水，以热水作为热载体向外部输送热量锅炉承压承压锅炉锅炉本体内热水为承压状态常压锅炉锅炉本体开孔或与大气相通，锅炉本体顶部表压为零真空锅炉锅炉本体内热水为负压状态，外部循环热水通过锅炉换热盘管与锅炉本体内热水换热后向外部输送内部结构水管锅炉水、汽在管内流动中受热火管锅炉燃料燃烧后产生的烟气在火筒或烟管中流过，对火筒或烟管外水、汽或汽水混合物加热外部体型立式锅炉锅炉与其燃烧器垂直布置，占地面积较小，设备容量较小卧式锅炉锅炉与其燃烧器水平布置，占地面积较大138.1空调冷热源分类和常见形式8.1.4一体式空调冷热源蒸汽压缩式热泵设备可以实现制冷、制热的功能。热泵制冷时，其工作原理与蒸汽压缩式冷源设备相同；热泵制热时，部分设备通过其四通换向阀部件转换冷凝器和蒸发器部件功能，部分设备通过外部接管切换实现供热的功能。蒸汽吸收式冷热源分为冷温水机组和蒸汽吸收式热泵两种类型。148.1空调冷热源分类和常见形式8.1.4一体式空调冷热源蒸汽压缩式：水（地）源热泵机组空气源热泵机组冷暖型窗式空调机冷暖型分体空调室外机冷暖型整体式直膨空调机冷暖型分体式直膨空调室外机冷暖型空气源多联空调室外机冷暖型水源多联空调机组冷暖型燃气多联空调室外机158.1空调冷热源分类和常见形式8.1.4一体式空调冷热源蒸汽吸收式冷热源：蒸汽吸收式冷热源功能系统配置特点蒸汽型、热水型、烟气型溴化锂吸收式冷温水机组制冷同吸收式冷水机组；制热时，蒸汽、热水、烟气中的热量经溶液循环传递给空调水系统，无需冷却水或其他低温热源水参与，类似板式换热机组。制冷同蒸汽型、热水型、烟气型溴化锂吸收式冷水机组；制热时无需冷却水参与直燃型溴化锂吸收式冷温水机组制冷同吸收式冷水机组；制热时，热量经燃料燃烧、溶液循环传递给空调水系统，无需冷却水或其他低温热源水参与，类似真空热水锅炉。制冷同直燃型溴化锂吸收式冷水机组；制热时无需冷却水参与溴化锂吸收式热泵机组制冷同吸收式冷水机组；制热时，以高温蒸汽、高温热水、高温烟气或通过燃料燃烧驱动机组从低品位废热（低温热水、低温烟气）中吸收热量并制取空调循环热水制冷同蒸汽型、热水型、烟气型、直燃型溴化锂吸收式冷水机组；制热时无需冷却水参与，需低品位废热接入蒸发器提供热量168.1空调冷热源分类和常见形式8.1.5冷凝热回收措施冷凝热回收可通过采用具备该功能的一体式设备实现，也可通过冷热源系统设计从外部实现。热回收178.1空调冷热源分类和常见形式8.1.6蓄能措施蓄能方式有冰蓄冷、水蓄冷、水蓄热、相变蓄热。蓄能过程均存在能量损失。蓄冰槽蓄水槽布水器相变蓄热装置188.2空调冷热源选择选择不同冷热源形式时，空调系统初投资及运行维护成本有显著差异，且对建筑造型及布局、土建结构体系、供配电系统、给排水系统有重大影响。空调冷热源形式种类繁多，不同的冷热源形式各有其优点和使用限制条件。针对具体的工程项目，需分析研究其特点和需求，并根据不同冷热源形式及设备的特点，综合各方面因素，进行技术合理性分析和经济性比较，选择合理的冷热源形式及设备。198.2空调冷热源选择8.2.1气候条件和冷热需求室外气候状况对空调采暖系统围护结构负荷和采暖负荷有极大影响，部分情况下会决定空调采暖系统需要设置冷源、热源或冷热源。气候条件也影响了空气源热泵型冷热源设备的适用性和运行性能。208.2空调冷热源选择8.2.2负荷规模及分布特性不同类型的冷热源设备各有其制冷制热容量规格范围，在部分负荷状态下运行性能也各有其特点。空调系统在冬夏季设计工况下冷热负荷的大小及其在全年运行过程中逐时变化的特性是选择冷热源形式及配置方式的重要依据。218.2空调冷热源选择8.2.3市政能源接入条件和可再生能源条件选择空调冷热源形式前，应对项目所在地市政能源接入条件和可再生能源条件进行充分调研，确认不同类型能源接入的可行性和价格标准。228.2空调冷热源选择8.2.4产权划分及管理、运营、维护需求根据项目产权划分、物业管理的要求及界面选择合理的空调冷热源系统划分方式，在系统合用时，应考虑相应的冷热源运行策略、运行及维护成本分摊机制。238.2空调冷热源选择8.2.5可靠性和安全性影响可靠性的因素：设备本身性能；外部市政条件；系统设计合理性；系统运行管理水平。影响安全性的因素：制冷剂毒性、是否易燃易爆；锅炉燃料。248.2空调冷热源选择8.2.6经济节能节能体现在提高能源利用效率、降低冷热源运行成本，是冷热源选择、设计的重要工作内容。这既是技术发展的趋势，也是我国的重要方针政策。在大部分的项目中，冷热源的经济性对建设单位是最敏感的内容。经济性体现在初投资和运行费用两个方面。大部分情况下，运行费用降低的前提是提高初投资，相应的投资回收期可以作为系统形式和设备类型选择的参考依据。258.2空调冷热源选择8.2.7绿色环保冷热源在绿色环保方面的理念体现在资源节约、环境友好两个方面。资源节约方面的要求与节能要求相近。环境友好方面主要集中在制冷剂管理、烟气排放、噪声与振动影响三个方面，水地源热泵尚需考虑对地下水或自然水体的影响。268.2空调冷热源选择8.2.8政策要求国家和行业标准（含规范、规程）不断完善，相关标准从合理、安全、可靠、节能、舒适、绿色环保等不同角度对包括冷热源设计在内的暖通设计提出了强制性要求或推荐性建议。各地方基于其地区特点制订的地方标准和政策、规划要求。各地方对部分国家标准执行方式也存在一定差异，需设计前期进行调研。278.2空调冷热源选择8.2.9建筑条件和建设周期暖通设计除了营造健康、安全、舒适的室内热湿环境外，还应注意配合建筑整体营造视觉环境、声环境，并能配合工程项目进度，寻求整体最优解决办法，避免本专业不合理或违反规范要求的方案。288.2空调冷热源选择8.2.9建筑条件和建设周期冷热源形式典型问题描述相关影响分体空调、多联机空调受冷媒管允许接管长度限制，室外机布置平台需就近布置在通风散热条件良好的设备平台上建筑平面、外立面设计直燃式溴化锂冷温水机组、燃煤/燃油/燃气锅炉需设置烟囱排放燃烧废气，烟囱高度须满足环保要求建筑平面、建筑视觉效果电驱动水冷冷水机组、溴化锂冷温水机组需于通风散热条件良好位置布置冷却塔，占地面积较大，运行噪声较大声环境、结构荷载、建筑视觉效果地源热泵需较大面积的室外埋管条件总体平面布局空气源热泵机组需于通风散热条件良好位置布置热泵机组，占地面积较大，运行噪声大声环境、建筑视觉效果冷水机组、锅炉等大体量设备须考虑大型设备初次安装及后期维修、更换的运输通道结构荷载、吊装孔预留表8-29冷热源形式对建筑整体效果的影响298.2空调冷热源选择8.2.10冷热源的选择原则针对大部分的工程，选择冷热源的一般原则：1、在电力供应充足、电价较低的地区，空调冷源应优先选择电驱动冷水机组；在电动式冷水机组中，空调冷负荷较大的工程应优先选择离心式水冷冷水机组。2、在电力供应紧张或有廉价燃气、燃油、余热、废热等资源的地区，热驱动吸收式冷水机组可作为冷源设备的优先选择，或选用吸收式冷热水机组兼作空调热源。在具有城市或区域供热条件时应优先考虑城市或区域供热。当有工业余热可利用时，也应将其作为优先选择热源。3、在电力供应紧张或电力增容成本较高，且项目有夏季供冷、冬季供暖的需求时，冷热源可考虑采用直燃式冷热水机组。4、具备城市燃气供应条件的地区，可采用燃气锅炉和燃气热水机供暖，或燃气直燃式冷热水机组供冷、供暖。5、有稳定的地表水、工业废水或城市污水等资源可供利用，或者有可利用的浅层地下水且能保证100%回灌时，可采用水源热泵系统供冷、供暖。6、夏热冬冷地区或干旱缺水地区的中、小型建筑和以日间使用空调为主的建筑，可采用空气源热泵冷热水机组或土壤源地源热泵系统供冷、供暖。7、高层建筑有特殊使用要求的顶部区域，可采用空气源热泵冷热水机组供冷、供暖。8、对实行分时电价政策且峰谷价差合适的地区，空调系统在低谷电价时段蓄能可明显节省运行费用、投资回收期短时，冷热源可采用蓄能措施。9、各房间或区域空调负荷特性相差较大、系统需要长时间同时供冷和供暖时，可采用水环热泵或水源多联机系统供冷、供暖。10、对工程规模较小的项目，冷热源可选择分体空调、变冷媒流量多联机的形式。11、具有多种能源利用条件的大型项目或可靠性要求较高的项目，可采用复合式冷热源供冷、供暖。普适原则：具体工程，具体分析308.3空调冷热源经济性比较8.3.1初投资及年运行费用初投资主要包括设备费用、安装费用、土建费用和能源接入成本。年运行费用包括能源成本和维护管理费用两部分。能耗费用与年冷热耗量、能源价格及冷热源综合效率有关，维护管理费用与设备、管线、阀门易损易耗部件及系统复杂度有关。318.3空调冷热源经济性比较8.3.2投资回收期计算在初投资较高、运行费用较低的情况下，需计算其静态投资回收期或动态投资回收期以确定增加初投资的合理性。与静态投资回收期相比，动态投资回收期反映了资金的时间成本。合理的动态投资回收期不应超过设备正常使用寿命。动态投资回收期计算相对复杂，且不同时期、不同工程基准收益率标准存在差异，故工程设计中多以静态投资回收期作为方案比较的指标。一般工程中，基准收益率取值10%~20%，动态投资回收期20年对应静态投资回收期5.8~9.4年。328.3空调冷热源经济性比较8.3.2投资回收期计算

338.4空调冷热源组合方案8.1.1冷热功能组合在系统存在供冷、供暖两方面的需求时，冷热源除采用一体式冷热源设备的方式外，可通过组合设置冷源设备、热源设备的方式满足系统需求。常见冷热功能组合方式说明电驱动水冷冷水机组供冷+锅炉供热中大型项目中使用最多、最传统的组合方案电驱动水冷冷水机组供冷+市政热网供热有热网接入条件时的常见方案多联机空调供冷及供暖期前后供热+市政热网供热有热网接入条件、冬季多联机空调制热不能满足需求时的常见方案空气源、水源、地源热泵机组供冷、供热一体式冷热源设备热泵型多联机空调供冷、供热一体式冷热源设备溴化锂冷温水机组供冷、供热一体式冷热源设备348.4空调冷热源组合方案8.1.2机组容量配置组合根据系统最大负荷需求、全年负荷变化规律、设备单机容量范围、设备部分负荷运行范围、不同负荷下的设备效率规律等因素采取合理的容量和台数配置。机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。同一机房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案，以节约能耗。并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组。当小型工程仅设置一台冷水机组时，应选用调节性能优良的机组，并能满足建筑最低负荷的要求。358.4空调冷热源组合方案8.1.3复合式组合在可靠性要求较高的大型工程中，可采用不同形式的冷热源同时供冷或供热。在部分项目中，受限于土建条件或其他因素，或为降低系统初投资和运行费用，也采用复合式冷热源的方式。368.4空调冷热源组合方案8.1.3复合式组合378.4空调冷热源组合方案8.1.4系统划分组合功能区域办公公寓式办公物业管理商业酒店组合方案1冷水机组+锅炉+水蓄冷冷水机组+锅炉组合方案2冷水机组+锅炉+水蓄冷冷水机组+锅炉冷水机组+锅炉组合方案3冷水机组+锅炉+水蓄冷冷水机组+锅炉+水蓄冷冷水机组+锅炉冷水机组+锅炉组合方案4冷水机组+锅炉+水蓄冷冷水机组+锅炉+水蓄冷风冷多联机冷水机组+锅炉冷水机组+锅炉组合方案5冷水机组+锅炉+水蓄冷风冷多联机（分单元独立设置）风冷多联机冷水机组+锅炉冷水机组+锅炉在大型复杂工程中，如存在不同功能性质的使用区域，可考虑冷热源根据不同区域功能性质和使用需求划分为两个或多个系统，各系统均独立运行，分别负担其对应区域的空调冷热负荷需求。388.5空调冷热源系统设计8.5.1冷热源设备容量确定空调冷热源的冷热负荷基于满足空调系统夏季总冷负荷和冬季总热负荷的需求，并需考虑空调冷热水系统输送时的冷热损失及系统同时使用系数。空调风系统输送时的冷热损失等附加负荷应计入空调系统夏季总冷负荷和冬季总热负荷。冷热源基于冷热负荷配置其容量，并根据冷热源设备特性和使用需求，基于安全、可靠、经济、节能的原则考虑。398.5空调冷热源系统设计8.5.2冷热源水系统设计在冷热源设备选型确定后，后续应进行相应的空调冷热水系统、空调冷却水系统设计。相关具体内容见第七章“空调水系统”。408.5空调冷热源系统设计8.5.3能源供给系统及烟气排放系统设计采用燃煤、燃油、燃气锅炉或直燃型溴化锂机组作为冷热源时，尚需考虑能源供给及燃烧烟气排放。一