10 冷热源工程 第十章 冷热源工程设计

冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第十章冷热源工程设计心系人间冷暖、服务国家战略冷热源工程设计1、了解冷热源方案选择的基本原则；2、了解冷水机组及热泵机组的性能特点及选用的基本原则；3、了解冷热源水系统的基本构成及设计的基本原则；4、了解冷冻水、冷却水系统的构成及设计的基本原则；5、了解冷热源机房设计的基本原则及设计案例。本章学习目标：冷热源工程设计设计目的1）初步掌握实际工程设计的程序，图纸深度的要求2）掌握冷热源系统的特点，对于冷热源系统的分类和结构有一定的了解，熟悉冷热源系统的设计原则，设计步骤与方法。3）巩固所学知识，综合和深化基础课、专业课知识，培养分析问题和解决问题的能力。冷热源工程设计设计内容及流程1、冷热源设备的型号，台数的确定2、冷却水系统及冷却设备的选择3、空调冷冻（热）水系统设备和主要管道的选择与计算4、冷热源机房工艺设计5、设计说明书及计算书冷热源工程设计设计成果1、图纸要求：（1）图纸目录，图纸总说明及主要材料设备表（2）冷热源系统原理流程图（3）冷热源机房平面布置图（4）冷热源机房设备管道连接平面图（5）主要管道设备处剖面图冷热源工程设计冷热源工程设计冷热源工程设计冷热源工程设计冷热源工程设计设计成果1、设计说明书要求（附计算书）：（1）工程的基本资料（2）投资与运行经济测算分析（方案比较）（3）工程冷热源的设计方案（4）设计计算过程及结果（5）总结冷热源工程设计10.1冷热源方案1、冷热源选择的基本原则①余热废热利用优先；②充分利用浅层地能、太阳能、风能、空气热能、生物质能等可再生能源；③城市集中供热热源优先；④电驱动蒸汽压缩式机组优先；⑤条件受限可选择化石能源驱动的热水锅炉或吸收式冷热水机组；⑥高温干燥地区可选择蒸发冷却式机组供冷水；应客观全面的对冷热源方案进行技术经济综合比较分析，以可持续发展的思路确定合理的冷热源方案。10.1冷热源方案1、冷热源选择的基本原则⑦建筑物同时供冷热时长较长，宜选择水环热泵；⑧执行分时电价，经经济技术比较认为可行时，宜采用蓄冷蓄热系统供冷热；⑨有条件时积极推广热泵；⑩合理搭配能源供空调冷热源；⑪实现碳达峰与碳中和目标，建筑能源消费以电力为主；⑫城市区域供冷的论证；⑬分散式空调的设置；10.1冷热源方案2、冷水机组的性能及选用原则①根据需求及实际情况比较并选择机组的形式；②机组选择的台数要求；③强制性条文：机组的总装机容量不得大于计算负荷的1.1倍；④根据制冷量的范围选择高效机组；⑤查阅设计规范中有对电动压缩式机组的性能系数最低限制要求；⑥关注机组不分负荷性能；⑦空调水系统的压力不得超过额定压力；⑧大型项目关注机组电压；⑨空气源热泵在冬季运行的能效问题；10.1冷热源方案⑩地源热泵的热响应测试及冷热平衡问题；⑪地下水源热泵的政策及回灌问题；⑫地标水源热泵有防止水体温度变化多胜肽的影响评价；⑬海水源与污水源热泵应注意的腐蚀问题；⑭可能发生冻结的系统，添加防冻剂；⑮水环热泵的水温控制在15-35℃，适合闭式系统；⑯蓄冷空调应计算一个蓄冷周期的逐时空调负荷；⑰溴化锂吸收式机组应根据热源的参数确定；2、冷水机组的性能及选用原则10.1冷热源方案3、冷热源方案的比较冷热源系统的选择需考虑的因素很多包括：初投资，运行费用，设备寿命，运行安全可靠性，运行维护管理难易及费用，机房或场地占用面积，绿色低碳，环境影响等。1）政策法规因素；2）技术可靠性；3）经济性①投资回收期②全寿命周期费用经济分析①初步确定方案，水系统②测算初投资（设备+安装）③测算运行费用（能源，管理，折旧，维修）④计算系统的年费用（可用生命周期费用）10.2冷热源水系统1、冷热源水系统的构成空调水系统是连接设备与末端设备之间的系统换路，通常包括冷却水环路，冷冻水环路，热水环路。1）冷水机组加锅炉水系统10.2冷热源水系统2）间接供热/制冷系统3）土壤源热泵系统1、冷热源水系统的构成10.2冷热源水系统5）蓄能空调系统1、冷热源水系统的构成4）空气源热泵系统10.2冷热源水系统2、冷热源机房冷冻水系统设计制冷机组的供冷方式：直接供冷、间接供冷1）根据用户的需求，冷冻水管道可分为开式系统与闭式系统。10.2冷热源水系统2）按照调节特性上区分，定水量系统与变水量系统变水量系统有一级泵系统及二级泵系统。2、冷热源机房冷冻水系统设计10.2冷热源水系统3）其他规定：1.空调冷水热水参数应考虑对冷热源装置、末端设备、循环水泵功率的影响等因素。2.空调水系统应采用闭式系统；3.一般采用两管制系统；4.一般采用一级泵变流量系统；5.二次泵系统采用变速调节循环泵；6.定流量一级泵系统应设置室内空气温度调控会自动控制7.变流量一级泵系统机组测定流量应设电动旁通阀；8.变流量一级泵系统机组测变流量的设置方式；2、冷热源机房冷冻水系统设计10.2冷热源水系统4）空调冷热水测水泵的计算1.两管制系统应分别设置冷水泵与热水泵，一级泵流量与机组流量相对应；二次泵不宜少于两台；2.水泵定流量运行时与机组台数对应，变流量运行时，不易少于两台；2、冷热源机房冷冻水系统设计5）空调水系统布置、选择管径及补水定压等1.设计工况时各并联环路压力损失的相对值不超过15%；2.空调水系统的补水量可按照系统水容量的1%设计；3.空调水系统的补水点宜设置在循环水泵吸入口处。当采用高位水箱补水时，应通过高位水箱直接向系统补水。当设置补水泵时，空调水系统应设补水调节箱。10.2冷热源水系统3、冷却水系统设计1）基本原则1.应设置水处理装置；2.冷却水入口设过滤装置；3.降低冷凝器污垢热阻的措施；4.机组与水泵一对一设置；5.冷却水泵的扬程应满足冷却塔进水压力要求；6.并联的冷却塔水位控制；7.冷却水循环使用；8.冷凝热尽可能回收10.2冷热源水系统3、冷却水系统设计2）水温和温差1.空调冷却水的进口温度一般不高于33℃；2.电动压缩式冷却水3）冷却水系统的连接方式1.冷却水泵应自灌吸水；2.多台冷水机组和冷却水泵之间通过共用集管连接时，保证冷凝水稳定的流量；3.冷却塔与水泵设置连锁电动阀；4.多台并联的冷却塔压力损失大致相同10.2冷热源水系统3、冷却水系统设计4）冷却水泵的台数与流量1.冷却水泵的配置遵循一机一泵2.单台泵流量按制冷主机额定冷却水量的1.1-1.2选型；3.管路采用同程连接或配置动态平衡阀，流量偏差≤15%5）冷却水系统应采取防冻、保温、隔热措施10.2冷热源水系统4、冷却塔的选择及配置1）冷却塔的分类1.按通风方式：自然通风、机械通风、混合通风2.按热水和空气的接触方式；湿式、干式、干-湿式3.按热水和空气的流动方向：逆流式、横流式、混流式4.喷流式冷却塔10.2冷热源水系统4、冷却塔的选择及配置2）冷却塔的选用与配置1.需按照工程实际，对冷却塔的标准气温和标准水温降下的名义工况冷却水量进行修正，满足冷水机组要求；2.噪声及声环境要求；3.采用阻燃材料；4.与冷却水泵台数相对应；5.设置位置通风良好，远离高温和有害气体，避免飘水的影响；6.供暖室外计算温度低于0℃地区，应保温防冻10.2冷热源水系统4、冷却塔的选择及配置3）冷却塔的布置①通常布置在裙楼或主楼的屋面；②应与建筑协调，考虑噪声及飘水的影响；③应设置在空气流通好的场所；④避免多个塔互相影响；⑤不应布置在热源、废气和油烟气排放口附近；⑥布置在屋面时，应校核结构承压强度，并有专用基础10.2冷热源水系统5、空调水系统的定压、补水及附属设备1）定压闭式循环的空调水系统定压的作用为防止系统内水倒空及水汽化，方式为：①高位开式膨胀水箱；②气压罐定压；③补水给水泵定压2）补水①泄露量的计算；②补水点的设置及补水压力；③补水的水质-软化3）附属设备①分集水器的设计与计算；②过滤器和除污器的设置；③平衡阀的设置；④空调热水系统考虑高点排气，低点设置泄水10.3冷热源机房设计1、冷热源机房选址的基本原则1）尽可能布置在供能中心；2）空气源热泵及冷却塔设置在屋外通风良好处；3）尽量利用地下层，如不可用可1层或设备层；4）锅炉房及溴化锂吸收式机组宜单独设置机房，并满足防火、防爆、泄爆、安全疏散的要求；10.3冷热源机房设计2、冷热源机房的主要设备及布置1）机房内主要包含冷热源机组、分集水器、水泵、水处理设备或蓄冰装置等；2）机房的净高受机组制约，一般3-5米3）冷热源机房内部设备布置应便于检测及安装维修，设备与墙、设备之间的间距为1-1.5米；4）其他要求10.3冷热源机房设计3、冷热源机房设计与其他专业配合1）土建专业①值班室或控制室；②大型设备的进出需考虑的通道；③设备的基础；④化石燃料燃烧机房的防火、防爆、泄爆及安全疏散的安全措施2）暖通专业①按换气次数设置的机械通风装置；②事故通风系统；③燃油燃气机房的事故通风用防爆风机；④机组管道及阀门设置保温保冷设计；⑤噪声控制；⑥机房温度保证5℃以上3）给排水、电气专业①有给排水设施；②满足机房内用电配置和控制要求；③机房照明满足规范要求；④根据规范设置火灾自动报警系统10.3冷热源机房设计4、高效机房的设计要点1）高效机房的必要性；2）高效机房的适用标准与分级；10.3冷热源机房设计4、高效机房的设计要点3）高效机房的实现途径1.制冷机组的大小机搭配，COP提高10%；2.管路优化，减少阻力，降低阻力损失50%；3.水泵：高效变频：4.冷却塔：变风量变水量；5.运行监测：不平衡系数降低：6.自动控制：随时调整运行策略10.4冷热源机房设计案例1、工程概况1）项目位于重庆市，总面积15.82万m2，空调面积约8.26万m2，建筑功能包括商业娱乐超市等，建筑总高度28.8m。2）设计依据：国家现行设计规范；2、冷热源方案的选择1）初选三个方案：①水冷式冷水机组+燃气热水锅炉；②地埋管地源热泵+冷却塔复合式系统；③水冷式冷水机组+空气源热泵；10.4冷热源机房设计案例2）方案分析：2、冷热源方案的选择10.4冷热源机房设计案例2