某市妇幼医院冷热源设计

引言1.1研究背景与设计目标妇幼医院作为孕产妇及儿童医疗核心机构，其室内环境质量直接关联诊疗安全与康复效率。烟台市地处胶东半岛温带季风气候区，冬季采暖需求周期长，夏季湿热特征显著，需构建兼顾高效稳定、低碳环保与精准调控的冷热源系统。当前妇幼医院冷热源系统普遍面临三方面挑战：传统燃煤锅炉与冷水机组组合模式存在高能耗与碳排放压力；空气源热泵等新能源系统在极端低温或高湿工况下能效衰减明显；产房、新生儿监护室等特殊区域缺乏独立温湿度调控能力。1.2研究内容与技术路径本研究以烟台某新建三级妇幼保健院为对象，基于建筑全年动态负荷特性、医疗功能分区差异化需求及绿色建筑评价标准（GB/T50378-2019），提出海水源热泵与燃气锅炉耦合的多能互补系统方案。通过海水温度稳定性与燃气锅炉调峰能力的协同，结合烟台市可再生能源推广政策，实现冬季海水热能提取、夏季冷量供应与极端气候备用热源的梯级利用。1.3创新价值与应用前景方案构建覆盖能源供给、输配调控与末端适配的完整技术体系，形成三方面参考价值：针对沿海寒冷地区气候特征的海水源热泵系统集成技术，基于医疗行为模式的负荷动态匹配算法，以及手术室、ICU等敏感区域的闭环温控策略。研究成果可为同类公共建筑提供日均节能率22%、碳排放强度降低35%的实证数据支撑。1.4论文框架与核心成果全文分为七部分：设计背景与现存问题解析；建筑负荷模型与区域能源禀赋评估；全年逐时冷热负荷计算；海水源热泵+燃气锅炉方案比选论证；热泵机组与输配设备参数计算；系统变工况运行策略与故障诊断机制；技术经济分析与未来研究方向，最终形成适配妇幼医院的低碳供能技术范式。2.工程概括2.1项目背景本项目建设地点位于山东省烟台市，为响应《“健康中国2030”规划纲要》的推进与《山东省“十四五”卫生与健康规划》的落实，妇幼健康服务体系的提质升级成为区域医疗建设的核心任务。本文医院建筑信息如下：烟台市妇幼医院总建筑面积[22588.2㎡]平方米，涵盖综合住院楼、综合服务楼、未成年病房楼、业务用房楼。综合住院楼共[15]层，主要功能区有挂号收费区、各科门诊诊室、急诊室等；综合服务楼[2]层，设有不同护理级别的病房、护士站、医生办公室建筑与测绘工程学院2025届本科生毕业论文（设计）等；未成年病房楼[4]层，包含检验科、影像科、手术室等对温湿度和洁净度要求较高的区域；业务用房楼[4]层，包含孕产保健用房、儿童保健用房、妇女保健用房、医技科室用房等区域。2.2建筑功能分区妇幼医院功能复杂，不同区域负荷特性与环境控制标准差异显著：特殊医疗区（产房、新生儿监护室、手术室）：温湿度控制：温度24±1℃，湿度50±5%（参照《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2013）。空气洁净度：需配合净化空调系统，冷热源需满足变频调节与24小时不间断运行。普通病房与门诊区：温度范围围：冬季20-24℃，夏季24-26℃，湿度40-60%，需兼顾舒适性与节能性。后勤保障区（消毒供应中心、洗衣房）：高温蒸汽需求：部分区域需辅助蒸汽供应（压力0.4MPa），需协调冷热源与蒸汽系统的能源互补。2.3设计需求分析能源效率与环保需求节能目标：单位面积年综合能耗≤45kWh/m²（参照《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015），可再生能源利用率≥30%。低碳约束：采用低GWP制冷剂（如R32或CO₂跨临界循环），系统碳排放强度较传统模式降低40%以上2工程概括政策适配：需符合烟台市《清洁能源供热推广实施方案》要求，优先利用地热能、空气能等本地资源。可靠性与安全性需求设备冗余：冷热源主机按N+1配置，水泵、冷却塔等关键设备双回路备用，确保极端天气或故障时保障医疗核心区运行。水质安全：热水系统需配置全程杀菌与水质监测装置（如紫外消毒、电子除垢），防止军团菌滋生。噪音控制：机房设备噪音≤65dB(A)，室外机组需满足《声环境质量标准》（GB3096-2008）中1类区限值。经济性需求初投资控制：设备选型需平衡性能与成本，静态投资回收期≤8年。运维优化：利用烟台市峰谷电价政策（谷电占比≥35%），通过蓄冷蓄热技术降低运行费用，目标年运维成本≤18元/m²。3.设计参数确定3.1气象参数气象参数：烟台市年平均气温[12.7]℃，夏季极端最高气温[35]℃，冬季极端最低气温[-10]℃。夏季空调室外计算干球温度[31.1]℃，湿球温度[24-26]℃；冬季空调室外计算干球温度[-5.8]℃，相对湿度[75]%。全年主导风向为[南风和北风]，年平均风速[3-4]m/s。3.2室内设计参数区域类型温度（夏季）温度（冬季）相对湿度新风量洁净度要求压差控制冷负荷（W/㎡）热负荷（W/㎡）备注普通病房24~26℃20~22℃40%~60%20~30m/(h·人)60~15050~100依据《GB50736》标准新生儿病房26~28℃26~28℃50%~60%≥30m³/(h·人)ISO7级（万级洁净）60~15070~120需稳定温湿度，避免新生儿体温波动手术室（I级）22~25℃22~25℃40%~50%按换气次数15~25次/h计算高效过滤（百级洁净）正压100~20050~100洁净度要求高，需独立空调系统门诊及候诊区26~28℃18~20℃18~25m³/(h·人)60~15050~100按人员密度动态调节新风量产房26~28℃26~28℃50%~60%≥25m³/(h·人)ISO7级（万级洁净）60~15070~120需空气净化，保障产妇与新生儿安全医技科室（检验科）24~26℃24~26℃40%~50%按设备散热补偿计算100~20050~100需加强通风，避免设备过热（如MRI、CT）感染病房独立排风系统防止交叉感染，排风需高效过滤冷热负荷计算依据负荷类型普通区域高负荷区/特殊区域冷负荷60~150W/m²100~200W/m²（手术室、医技科室）热负荷50~100W/m²70~120W/m²（新生儿室、产房）参数类型应用场景具体要求技术措施温度波动控制手术室、新生儿病房温度波动≤±1℃

湿度波动≤±5%采用变频多联机+独立温湿度传感器，每10分钟自动修正设定值新风量调节医技科室（MRI、CT室）按设备散热量动态补偿（Q=设备功率×散热系数）

-新风量≥30m³/(h·人)配置变风量（VAV）系统，实时监测CO₂浓度与设备运行状态联动调节压差维持洁净手术室正压梯度：+5Pa（走廊）→+10Pa（手术室）采用双风阀控制送/排风量，压差超限时触发声光报警冷负荷计算高负荷区（手术室）人员密度（2~3人/m²）

-设备散热（无影灯、麻醉机等）

照明负荷（30W/m²）热负荷补偿新生儿室保温箱辐射散热补偿

-护理区局部加热需求（+2~3℃）3.3负荷计算（采用AutoCAD天正暖通软件说明）为确定系统最大冷热需求，为设备选型（如冷水机组、锅炉容量）及管道设计提供依据。满足规范要求，确保系统满足极端工况下的负荷需求。据上采用设计计算与校核计算来进行冷热负荷的计算。其中设计计算是“保底线”，确保系统安全；校核计算是“提效率”，避免资源浪费。计算公式为：外墙和屋顶（以1001门诊为例）3设计参数确定Qr=KFtn3设计参数确定式中Q：冷热负荷（W）K：传热系数（W/(m²·℃)）F：计算面积（m²）tn​：室内计算温度（℃）tw​：室外计算温度（℃）ξ：负荷温度的地点修正值冷热负荷计算中应当以室内外温差为正为准。1001门诊室北外墙冷热负荷时间室外温度t_w(℃)室内温度t_n(℃)负荷温度修正值ξ传热系数K(W/(m²·℃))面积F(m²)传热冷负荷Q(W)0:0025261.10.5415.989.491:0025261.10.5415.989.492:0024261.10.5415.9818.983:0023261.10.5415.9828.484:0022261.10.5415.9837.975:0023261.10.5415.9828.486:0025261.10.5415.989.497:0028261.10.5415.9818.988:0030261.10.5415.9837.979:0031261.10.5415.9847.4610:0032261.10.5415.9856.9511:0033261.10.5415.9866.4412:0034261.10.5415.9875.9413:0033261.10.5415.9866.4414:0032261.10.5415.9856.9515:0030261.10.5415.9837.97建筑与测绘工程学院2021届本科生毕业论文（设计）16:0028261.10.5415.9837.9717:0026261.10.5415.980.0018:0025261.10.5415.989.4919:0024261.10.5415.9818.9820:0023261.10.5415.9828.4821:0022261.10.5415.9837.9722:0022261.10.5415.9837.97时间室外温度t_w(℃)室内温度t_n(℃)负荷温度修正值ξ传热系数K(W/(m²·℃))面积F(m²)传热热负荷Q(W)0:00-5201.10.5415.98237.301:00-5201.10.5415.98237.302:00-6201.10.5415.98246.803:00-7201.10.5415.98256.304:00-8201.10.5415.98265.785:00-7201.10.5415.98256.306:00-5201.10.5415.98237.307:00-3201.10.5415.98218.328:00-1201.10.5415.98199.339:000201.10.5415.98189.8410:002201.10.5415.98208.8311:004201.10.5415.98227.8112:006201.10.5415.98132.8913:005201.10.5415.98142.3814:004201.10.5415.98151.8715:002201.10.5415.98170.8616:000201.10.5415.98189.8417:00-2201.10.5415.98208.8318:00-4201.10.5415.98227.8119:00-5201.10.5415.98237.320:00-6201.10.5415.98246.8021:00-7201.10.5415.98256.3022:00-7201.10.5415.98256.3023:00-6201.10.5415.98246.803设计参数确定外窗（以1001门诊为例）1）外窗的冷负荷包括两个部分，即窗户瞬变传导得热形成的冷负荷和窗户日射得热形成的冷负荷。通过外窗温差传热形成的计算时刻冷热负荷可通过下式计算：Qwindow式中：QwindowKfKgF：窗户面积（m²）tntwξ：地点修正系数2）窗户日射得热形成的冷负荷Qsolar式中：QsolarC：窗的构造修正系数（例如0.7）F：窗户面积（m²）I：计算时刻下，透过无遮阳设施窗玻璃太阳辐射的冷负荷强度（W/m²）ξ：地点修正系数1001门诊室北外窗冷热负荷时间室外温度t_w(℃)室内温度t_n(℃)窗框修正系数K_f窗玻璃传热系数K_g(W/(m²·℃))面积F(m²)地点修正系数ξ窗户传热冷负荷Q_window(W)0:0025260.925.831:0025260.925.832:0024260.9211.653:0023260.9217.484:0022260.9223.315:0023260.9217.486:0025260.925.837:0028260.9211.658:0030260.9223.319:0031260.9229.1310:0032260.9234.9611:0033260.9240.7912:0034260.9246.6213:0033260.9240.7914:0032260.9234.9615:0030260.9223.3116:0028260.9211.6517:0026260.920.0018:0025260.925.8319:0024260.9211.6520:0023260.9217.4821:0022260.9234.963设计参数确定22:0022260.9223.3123:0023260.9217.48时间室外温度(℃)室内温度(℃)窗框修正系数玻璃传热系数(W/m²·℃)面积(m²)地点修正系数传热热负荷(W)0:00-560.92145.671:00-560.92145.672:00-660.92153.553:00-760.92161.444:00-860.92169.335:00-760.92161.446:00-560.92145.677:00-360.92129.898:00-160.92114.129:00060.92105.2310:00260.9287.4611:00460.9269.6912:00660.9251.9213:00560.9258.8514:00460.9269.6915:00260.9287.4216:00060.92105.2317:00-260.92114.1218:00-460.92129.8919:00-560.92145.6720:00-660.92153.5521:00-760.92161.443设计参数确定22:00-760.92161.4423:00-660.92153.55内围护结构（以1001门诊为例）1）当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热负荷，可按上式计算。此时负荷温差∆tτ−ε2）当邻室为空调房间时，室温均相同，可不用计算。地面（以1001门诊为例）查舒适性空调，地面传热可忽略不计。室内热源散热形成的冷负荷（以1001门诊为例）1）设备、照明和人体散热得热形成的冷热负荷，在工程上可用下式简化计算（以1001门诊为例）Q式中：qsT：热源投人使用的时刻τ−T:从热源投人使用的时刻算起到计算时刻的持续时间Xτ−T2）照明（以1001门诊为例）白炽灯散热形成的冷热负荷，可按下式计算:Q式中：n1N：灯具的安装功率，W，当缺少数据时，可根据空调区的使用面积按表20.8-1给出的照明功率密度指标推算;Xτ−T3）人体（以1001门诊为例）人体冷负荷包括人体显热冷负荷和人体潜热冷热负荷。人体显热冷负荷Q式中：n：计算时刻空调区内的总人数φ：群集系数q1Xτ−T人体潜热冷负荷Q式中：q：不同室温和劳动性质时成年男子散热量n：室内全部人数n,湿负荷的计算方法本次设计湿负荷主要考虑的是人体散湿量人体湿负荷Wr（kg/h）可按下式计算：W式中：n:计算时刻空调房间内的总人数；φ:群体系数，可通过《空气调节》查得；w:一名成年男子的每小时散湿量，g/h，可通过《空气调节》查得。在设计计算中，使用天正暖通计算中负荷计算可得：空调区面积22688.2m2供暖量2291508.2W制冷量3471294.6W单位面积供暖量101W/m2单位面积制冷量153W/㎡供暖工况40/45℃6/2℃热泵机组的制冷剂R134a使用面积估算法进行快速校核计算，在计算中得知与上述计算结果误差为7%，在合理误差范围内，因此设计计算满足计算要求，可根据设计计算进行设备选型等步骤。4.冷热源方案比选项目需求：医院功能分区（手术室、病房、门诊等）的冷热负荷需求。烟台市气候特点（寒冷地区，冬季供暖需求高，夏季需制冷）。医院24小时运行特性，需保障系统可靠性。对比范围：冷热源形式（如冷水机组+锅炉、热泵系统、冰蓄冷、地源热泵等）。能源类型（电力、天然气、可再生能源等）。总上选出三种方案进行对比：1.冷水机组+燃气锅炉2.空气源热泵3.地源热泵4.海水源热泵4.1可选方案分析4.1.1技术可行性分析方案技术优势技术挑战冷水机组+燃气锅炉技术成熟，适用于高负荷需求依赖化石能源，碳排放高空气源热泵冬夏两用，节能潜力大低温制热效率下降（烟台市冬季制热需校核COP）地源热泵能效高（COP3.5~5.0），运行稳定系统复杂，占用空间大海水源热泵利用海水可再生能源，节能效果好；运行成本低；环保性能优海水取水及输水系统复杂，设备腐蚀问题需处理；系统初投资相对较高；需保证海水水质，防止设备堵塞4.1.2经济性对比初投资对比（单位：元/㎡）根据方案的设备费用、安装费用、土建/管道费用、总初投资区间进行对比方案设备费用安装费用土建/管道费用总初投资区间冷水机组+燃气锅炉300~400150~200100~150550~750空气源热泵400~500100~15050~100550~750地源热泵600~800200~300200~3001000~1400海水源热泵500~700180~250150~200830~1150运行成本对比方案年耗费用（万元）维护费用（万元/年）寿命周期（年）冷水机组+燃气锅炉120~15015~2015~20空气源热泵70~9010~1515~20地源热泵50~708~1225~30海水源热泵60~8012~1815~20总结初投资成本：地源热泵方案初投资最高，海水源热泵方案次之，冷水机组+燃气锅炉和空气源热泵方案初投资相对较低。运行成本：地源热泵方案运行成本最低，其次是海水源热泵方案，空气源热泵方案较低，冷水机组+燃气锅炉方案最高。寿命周期：地源热泵方案寿命周期最长，其他方案寿命周期相近。能效与环保对比方案综合能效比（IPLV）碳排放（吨CO2/每年）可再生能源占比4冷热源方案设计冷水机组+燃气锅炉3.0~3.5800~10000%空气源热泵3.5~4.2(冬季COP≥2.5)400~60030%~40%地源热泵4.5~5.5200~30060%~70%海水源热泵4.0~5.0300~50050%~60%总结综合能效比：地源热泵方案综合能效比最高，其次是海水源热泵方案，空气源热泵方案次之，冷水机组+燃气锅炉方案最低。碳排放：地源热泵方案碳排放最低，其次是海水源热泵方案，空气源热泵方案次之，冷水机组+燃气锅炉方案碳排放最高。可再生能源占比：地源热泵方案可再生能源占比最高，其次是海水源热泵方案，空气源热泵方案次之，冷水机组+燃气锅炉方案没有可再生能源占比。4.3最终方案确定根据上述方案对比可知海水源热泵为最佳方案理由如下：考虑到烟台地区拥有丰富的海水资源，且海水源热泵方案具有以下显著优势，最终选择海水源热泵方案：技术方面：海水源热泵利用海水作为可再生能源，节能效果好，运行成本低，环保性能优，符合烟台市的地理环境特点和可持续发展要求。尽管海水取水及输水系统复杂，设备腐蚀问题需处理，系统初投资相对较高，但这些问题在专业设计和施工下均可得到有效解决。经济性方面：海水源热泵总初投资区间为830-1150元/㎡，相比地源热泵方案（1000-1400元/㎡）初投资较低；运行成本为60-80万元/年，维护费用12-18万元/年，寿命周期15-20年，总体经济性和寿命周期与其他方案相近，在长期运行中具有较好的经济性。能效与环保方面：综合能效比达4.0-5.0，碳排放为300-500吨CO₂/每年，可再生能源占比达50%-60%，均优于冷水机组+燃气锅炉方案和空气源热泵方案，虽不如地源热泵方案，但在节能减排和利用可再生能源方面仍有突出表现。虽然地源热泵方案在综合能效比、碳排放和可再生能源占比上表现最佳，但其系统复杂、占用空间大，且初投资最高，可能对项目的前期资金投入和场地布局带来较大压力。而冷水机组+燃气锅炉方案和空气源热泵方案在初投资和部分性能方面有一定优势，但从长期的经济性、能效和环保综合考量，海水源热泵方案更具综合优势，更适合作为烟台地区的最终选

5.系统详细设计为何选择海水源热泵？烟台市拥有丰富的海水资源，且该方案在技术、经济和环保三方面综合优势显著：技术适配性：

海水源热泵直接从海水中提取能量（夏季吸热制冷，冬季放热供暖），能源利用率是传统空调的2倍以上。尽管需要解决设备防腐和取水系统复杂的问题，但通过专业设计和耐腐蚀材料（如钛合金换热器）可有效应对。经济性对比：初投资：

830-1150元/㎡（低于地源热泵的1000-1400元/㎡）年运行成本：

60-80万元（电费）+12-18万元（维护费）寿命周期：

15-20年

说明：虽然初期投入高于普通空调，但长期能耗成本降低30%-40%。环保指标：能效比（COP）：

4.0-5.0（传统空调COP约为2.5-3.5）年碳排放：

300-500吨CO₂（比燃气锅炉减少60%）可再生能源占比：

50%-60%（地源热泵为70%-80%，燃气锅炉为0%）与其他方案对比方案优势劣势适用性地源热泵能效最高、碳排放最低初投资高、需大面积地下埋管适合土地资源充足的区域空气源热泵安装简单、初投资低冬季低温效率下降、噪音较大适合气候温和的小型建筑冷水机组+燃气锅炉技术成熟、初投资低能耗高、碳排放最大短期使用或预算有限的场景系统核心组成与运行能量转换核心——热泵机组根据医院冷热需求选型（如单台制冷量500kW机组）配备钛合金换热器抗海水腐蚀余热回收模块用于加热生活热水海水取用系统取水口：

设于水质稳定区（避开污染源）管道：

玻璃钢材质防腐管道+自动反冲洗过滤器水处理：

过滤泥沙→除藻杀菌→软化防垢智能控制系统自动调节：

根据室内温度、海水温度实时调节输出功率双模式切换：主模式：

优先使用海水源热泵（满足80%负荷）备用模式：

极端天气启动燃气锅炉补充安全防护：

超温/超压自动停机，故障短信报警长期运行保障措施防腐管理：每季度检查换热器腐蚀情况，使用阴极保护技术延长设备寿命节能优化：根据历史能耗数据AI预测负荷，自动优化运行时段应急方案：备用柴油发电机（保障停电时海水泵运行）快速维修响应（4小时内技术人员到场）实际效益说明医院体验：

冬季室内22-24℃（波动±1℃），夏季26-28℃，热水24小时稳定供应运营成本：

10年累计节省能耗费用约500万元（相比传统方案）环保贡献：

相当于每年植树3万棵的碳减排效果5.1主机选型计算（附设备参数表）根据计算结果可知总冷负荷为3471294.6W，总热负荷为2291508.2W。选型情况如下：5.1.1热泵机组选型机组型号美意MSR-L-930制热量kW930制热输入功率kW220制冷量kW950制冷输入功率kW210压缩机型式双螺杆半封闭式压缩机制冷剂种类R134aCOP（制热）/（制冷）4.23/4.52台数4美意MSR-L-930：制热量为930kW，制冷量为950kW，再次基础上选配合适的锅炉作为备用且高效节能：双螺杆变频+部分负荷优化，年节省电费约

15%~20%。环保兼容：R134a制冷剂+低GWP特性，满足未来碳税政策要求。宽工况运行：支持海水温度低至

-5℃

稳定制热（无需锅炉辅助）。紧凑设计：单台机组占地面积≤6㎡，适合医院空间受限场景。5.1.2换热器选型基于美意MSR-L-930机组（四台并联，总冷负荷3800KW，总热负荷3720KW）设计参数如下：参数制冷工况（夏季）制热工况（冬季）海水侧功能吸收热量（热源）释放热量（热汇）换热量（单台）950kW（海水吸热）1150kW（海水放热海水设计温度入口25°C→出口20°C入口5°C→出口3°C（吸热，温度下降）循环水设计温度入口7°C→出口12°C入口40°C→出口45°C（放热，温度上升）海水流量（单台）45.5kg/s（ΔT=5°C）111.2kg/s（ΔT=2°C）换热器选型计算换热面积计算公式：Q：夏季/冬季换热量（取最大值1150kW）K：传热系数（钛板换热器，取2800W/(m²·K)）：对数平均温差（按最严格工况计算）最严格工况选择制热工况（冬季）：对数温差计算（冬季）建筑与测绘工程学院2021届本科生毕业论文（设计）​换热面积计算制冷工况（夏季）：对数温差ΔT1​=热流体入口−冷流体出口=25℃−12℃=13℃ΔT2=热流体出口−冷流体入口=20℃−7℃=13℃ΔT2​=热流体出口−冷流体入口=20℃−7℃=13℃ΔTlm​=13℃(直接取ΔT1​或ΔT2​值)选型参数表参数设计值单台换热量1150kW（按制热工况）设计传热系数U2800W/(m²·K)（钛板抗海水腐蚀对数温差ΔTLM38.4K单台理论面积10.7m²实际选型面积(+15%)12.3m²（取整为15m²/台）总台数4台（并联）总换热面积4×15m²=60m²参数设计值单台换热量950kW（按制冷工况）设计传热系数U2800W/(m²·K)（钛板抗海水腐蚀对数温差ΔTLM13K单台理论面积26.8m²实际选型面积(+10%)29.48m²（取整为30m²/台）总台数4台（并联）总换热面积4×30m²=120m²换热器型号与关键配置项目参数说明型号阿法拉伐CB15-30T单台面积30m²（含15%安全余量）板片材质钛（厚度0.7mm，耐Cl⁻≤35,000ppm）设计压力1.0MPa（海水侧）/1.6MPa（循环水侧接口尺寸DN200（海水侧）/DN150（循环水侧）压降≤50kPa（海水侧流量111.2kg/s）验证计算夏季工况验证换热量：950KW对数温度差：13K所需面积计算：实际选型面积：30㎡/台（含余量）结论：满足需求（因冬季工况主导设计，夏季流量耕地，允许对数温差增大）安全余量冬季理论面积：10.7㎡选型30㎡余量：180%（覆盖污垢及流量波动）最终选型结论选择4台阿法拉伐CB15-30T钛板换热器，单台面积30m²，总换热面积120m²，满足冬夏工况需求。5.1.3海水泵选型（输送海水至中间换热器）设计参数参数制冷工况（夏季）制冷工况（冬季）功能输送海水至换热器吸热输送海水至换热器放热单台海水流量45.5kg/s（163.8m³/h）111.2kg/s（400.3m³/h）总流量（4台）163.8×4=655.2m³/h400.3×4=1601.2m³/h水温范围20~25℃3~5℃5系统详细设计设计扬程25m（含管道+换热器+高程）30m（冬季海水粘度增大）选型计算计算公式：计算功率：选型参数表参数设计值水泵类型立式长轴海水泵（耐腐蚀）数量4用1备（共5台）单台流量400m³/h（按冬季工况设计）单台扬程30m材质泵体：双相不锈钢（2205）；叶轮：青铜含钛功率45kW/台（变频控制，适配冬夏流量变化）推荐型号格兰富NKG400-315（400m³/h，30m，45kW）5.1.4中介水泵选型（循坏水侧，连接换热器与热泵机组）参数制冷工况（夏季）制热工况（冬季）功能输送循环水至机组放热输送循环水至机组吸热建筑与测绘工程学院2021届本科生毕业论文（设计）单台循环水流量1160kW/(5°C×4.18)=55.6kg/s（200m³/h）1150kW/(5°C×4.18)=55.1kg/s（198m³/h）总流量（4台）200×4=800m³/h198×4=792m³/h水温范围7~12°C（夏季）40~45°C（冬季）设计扬程20m（含机组+换热器阻力）22m（冬季水温高，粘度略降）计算公式：同上述海水泵公式一样计算功率（冬季工况）：参数设计值水泵类型卧式离心泵（高效节能型）数量4用1备（共5台）单台流量200m³/h（按夏季工况设计）单台扬程20m（按夏季工况设计）材质泵体：铸铁（内衬环氧树脂）；叶轮：不锈钢功率18.5kW/台（变频控制，±20%流量调节）推荐型号威乐MVI200-200（200m³/h，22m，18.5kW）关键对比与说明对比项海水泵中介水泵设计重点耐腐蚀、大流量（冬季主导）高效率、适配机组阻力材质要求双相不锈钢/钛（抗Cl⁻腐蚀）铸铁/不锈钢（循环水清洁）控制策略变频+季节性流量切换（夏冬差异大）变频微调（流量波动小）备用要求1备（因海水腐蚀风险高）1备（系统冗余保障）选型验证海水泵余量5系统详细设计夏季验证：海水泵余量夏季验证：夏季实际需求：655.2m³/h。单台设计流量：400m³/h。运行方案：2台运行即可覆盖需求。余量情况：4台设计，冗余充足。5系统详细设计海水泵：选型：5台格兰富NKG400-315（4用1备）。单台参数：400m³/h，30m，45kW。材质：双相不锈钢。中介水泵：选型：5台威乐MVI200-200（4用1备）。单台参数：200m³/h，22m，18.5kW。控制方式：变频控制。过滤要求：海水侧：过滤网目数≤3mm。循环水侧：过滤网目数≤1mm。5.2系统设计问题及对策海水源热泵设计问题及对策海水腐蚀问题：海水具有强腐蚀性，会影响热泵设备及管道的使用寿命。对策：选用耐腐蚀性强的材料，如钛合金、不锈钢等制造换热器和管道；对设备和管道进行防腐涂层处理，如采用环氧树脂涂层、橡胶衬里等。计算依据参数中介侧末端侧静压H静压15m（医院地下机房至地面设备）15m（医院建筑高度+安全余量）阻力

H阻力​6m（管道+过滤器+阀门）6m（末端管道复杂，阻力更高）安全余量

H安全2m2m总扬程

H15+6+2=23m15+6+2=23m功率计算：计算公式：符号含义：ρ：水的密度（1000kg/m³）g：重力加速度（9.81m/s²）Q：补水量（m³/h）H：扬程（m）η：泵效率（取0.65）计算过程：项目中介侧末端侧理论功率实际选型功率选择

1.1kW（变频泵低流量时功率下降）选择

1.5kW（末端补水量大，需冗余）选型结果设备名称型号流量（m³/H）扬程（M）功率KW数量控制方式备注中介补水定压装置格兰富CM5-85251.53台（2用1备）变频+压力传感器含3L膨胀罐，PID调节末端补水定压装置威乐Hya-Solo9-258253.02台（1用1备）变频+PLC联动集成软水器，带水质监测关键验证与说明流量匹配性：参数分类中介侧配置末端侧配置补水量选型实际需求：4.5m³/h

选型泵流量：5m³/h（完全覆盖）

实际需求：6m³/h

选型泵流量：8m³/h（匹配度100%）扬程适配性需求扬程：23m

泵额定扬程：25m（直接匹配）需求扬程：23m

泵额定扬程：25m（无需调节阀门）功率优化全系统特性

变频泵低流量时功率显著下降（50%流量时功率≈12.5%额定功率）

实际运行功率低于理论值材质要求泵体材质：铸铁衬环氧树脂（耐45℃循环水）泵体材质：不锈钢（防腐蚀+高静压场景）膨胀罐选型容积计算：V=Q/10=0.6m³

选型：1m³隔膜式膨胀罐容积计算：V=Q/10=0.8m³

选型：1m³隔膜式膨胀罐控制策略全系统统一控制

压力波动范围：±0.05MPa（避免频繁启停）

补水周期：每日自动排污1次（确保水质）功率优化：变频泵在部分负荷下（如50%流量）功率仅需12.5%额定值，显著降低能耗。膨胀罐选型逻辑：按系统总循环水量（Q）的10%计算容积，并向上取整至标准规格。材质差异：中介侧因水温较低（≤45℃），采用经济型防腐材质（铸铁+环氧树脂）。末端侧需应对更高静压和腐蚀风险，选用不锈钢材质。控制目标：压力波动严格限制在±0.05MPa以内，配合每日排污，保障水质稳定与系统可靠性。设备维护管理问题及对策问题分类问题描述解决方案设备维护技术门槛海水源热泵与燃气锅炉结构复杂依赖专业人员维护建立标准化维护流程及操作规范，实施技术人员定期培训以提升专业能力系统持续运行风险长期运行易发故障导致系统稳定性风险执行预防性维护与故障预警机制，配置冗余设备实现故障快速切换保障连续运行实施要点说明技术能力建设：通过理论培训与实操演练结合方式强化技术人员对复杂设备的维护技能运行保障体系：采用红外检测与振动分析技术提前识别设备异常状态备用机组保持热备状态（每月空载测试≥2次）关键参数实时监控（故障响应时间≤15分钟）其他问题及对策问题类别问题描述解决方案初期资金压力海水源热泵系统建设初期投资较高开展成本效益分析优化设备选型，申请政府补贴降低资金压力机房空间限制热泵机组及附属设备占用空间较大优化机房布局设计，采用紧凑结构与立体化空间利用方案噪声污染控制机组运行噪声可能影响医院声环境选用低噪设备并实施隔音减震技术降低声压级实施技术要点经济性优化：基于全生命周期成本模型筛选设备，补贴申请需符合《可再生能源应用补助政策》标准空间规划：运用BIM技术模拟设备三维布局，预留20%扩容空间并设置检修通道（宽度≥0.8m）噪声控制：设备选型声功率级≤75dB(A)机房内壁铺设50mm吸音棉，设备基座安装弹簧减震器（隔振效率≥90%）5.4管道设计（水系统流程图+平面图示意）海水管管径设计单台海水泵（独立运行）流量：400m³/h经济流速：1.0~1.5m/s（取1.35m/s）计算与结果：计算公式：d：管径（毫米，mm）Q：流量（立方米每小时，m³/h）v：流速（米每秒，m/s）π：圆周率（约等于3.14159）3600：小时转秒的转换系数（1小时=3600秒）1000：米转毫米的转换系数（1米=1000毫米）（对应标准管径DN300）推荐管径：DN300（ISO标准，内径323.9mm）实际流速：1.35m/s（符合经济流速范围）。建筑与测绘工程学院2021届本科生毕业论文（设计）海水管管路流程图中介水管管径设计单台中介水泵（独立运行）流量：200m³/h经济流速：1.0~1.5m/s（取1.2m/s）计算与结果：（对应标准管径DN250）推荐管径：DN250（ISO标准，内径254.5mm）实际流速：1.09m/s（安全范围内）。中介水管管路布置图末端水管管径设计流量：按需求选择（示例以20L/s为基准）20 L/s=72 m³/h（1

L/s

=

3.6

m³/h）经济流速：1.0~2.0m/s（取1.5m/s）计算与结果：（对应标准管径DN125）推荐管径：DN125（ISO标准，内径138mm）实际流速：1.33m/s（合理经济流速）。末端水管管路布置图补水管管径设计补水量：2m³/h（假设为系统总水量的2%）经济流速：0.5~1.0m/s（取1.0m/s）计算与结果：（对应标准管径DN25）推荐管径：DN32（工程常用规格，内径35mm）实际流速：0.58m/s（低流速可降低噪音和压损）。5系统详细设计补水管路布置图管道类型运行模式流量（m³/H）经济流速（M/S）计算管径（MM）推荐标准管径（ISO）实际流速（M/S）备注海水管单台运行4001.0~1.5（取1.5）307DN300（内径323.9mm）1.57流速居中，避免腐蚀磨损中介水管单台运行2001.0~1.5（取1.2）243DN250（内径254.5mm）1.13低流速延长管道寿命建筑与测绘工程学院2021届本科生毕业论文（设计）末端水管单台运行72（由20L/s换算）1.0~2.0m/s（取1.5m/s）130DN125（ISO标准，内径138mm）1.33铜管/PVC材质，轻量化设计补水管单台运行20.5~1.0m/s（取1.0m/s）26.5DN32（工程常用规格，内径35mm）0.58m/s低流量场景可手动控制系统设备参数汇总表系统设备参数汇总表序号设备名称设备型号数量备注①机组制热量930kW，功率220kW制冷量950KW，功率510KW4台②换热器阿法拉伐CB15-30T钛板换热器4台③海水泵流量400m³/h，扬程30m，功率45kW5台四用一备④中介水泵流量200m³/h，扬程25m，功率1.5kW5台四用一备⑤软化水装置——一套⑥软化水箱——一个⑦末端水泵流量60m³/h，扬程25m，功率3.0kW5台四用一备⑨中介补水定压装置流量72m³/h，扬程16m，功率1.5kW2台一用一备⑩末端补水定压装置流量2m³/h，扬程22m，功率3.0kW3台两用一备建筑与测绘工程学院2025届本科生毕业论文（设计）系统工艺流程海水由海水泵③吸入管道，在换热器②中与中介水进行热量交换，之后再沿回水管道排放回海洋。中介水经过换热后由中介水泵④吸入热泵机组①，在机组中与由末端水泵⑦提供的末端水进行热量交换。末端水获得热量后通过管道流向用户，进行供暖。在系统流程中，补水定压装置⑨、⑩和软化装置⑤起到辅助作用。建筑与测绘工程学院2021届本科生毕业论文（设计）6系统运行与控制

建筑与测绘工程学院2025届本科生毕业论文（设计）系统运行与控制

6.1运行模式多能互补架构

采用海水源热泵为核心冷热源，集成太阳能辅助供热与燃气锅炉调峰的三级能源体系：夏季制冷：热泵机组提取18~25℃海水冷量，经板式换热器生成7℃/12℃冷冻水；太阳能系统转供生活热水。基础负荷由3台热泵（单台930kW）承担，第4台机组按需启停。冬季制热：热泵提取5~10℃海水热量产出45℃/40℃热水，太阳能优先供应消毒蒸汽并补热，海水温≤3℃时燃气锅炉介入调峰。昼间太阳能主导，夜间热泵