建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)--開題報告

1、一、選題的背景、意義空調是空氣調節(jié)的簡稱，是使室內空氣溫度、濕度、清潔度和氣流速度（簡稱四度）保持在一定范圍內的一項環(huán)境工程技術，它滿足生活舒適和生產工藝兩大類的要求。隨著人們生活水平的提高和社會的發(fā)展，人們的生活舒適性問題越來越多地受到重視，特別是對建筑物內的空氣品質及舒適程度的要求也會越來越高。而空調系統(tǒng)是現(xiàn)在社會廣泛采用的用來調節(jié)室內空氣環(huán)境的主要措施，另外能源的緊缺，節(jié)能問題越來越引起人們的重視，因此，迫切需要為建筑物安裝配置節(jié)能、健康、舒適的空調系統(tǒng)來滿足人們對高生活水平的追求。設計一項節(jié)能、舒適、健康的中央空調工程是很有實際意義的。二、相關研究的最新成果及動態(tài)隨著生產和科技的不斷發(fā)

2、展，人類對空調技術也進行了一系列的改進，同時也在積極研究環(huán)保、節(jié)能的空調產品和技術，已經投入使用的空調系統(tǒng)有冰蓄冷空調系統(tǒng)、燃氣空調、VAV空調系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等。暖通空調技術的發(fā)展，必然會受到能源、環(huán)境條件的制約， 所以能源的綜合利用、節(jié)能、保護環(huán)境及趨向自然的舒適環(huán)境必然是今后發(fā)展的主題。1、閉式環(huán)路水環(huán)熱泵系統(tǒng)建筑物冬季需要供熱， 夏季需要供冷，并且每天的負荷也隨室外氣溫及太陽輻射熱的變換呈周期性變化。常年有余熱存在，經常出現(xiàn)外區(qū)停止供冷或已開始供熱， 而內區(qū)仍需供冷 的情況，所以采取閉式環(huán)路水環(huán)熱泵系統(tǒng)。 可以有效的利用建筑物內區(qū)的余熱， 作到有效節(jié) 能。又可以為人們提供舒適的環(huán)境，

3、滿足人們的要求。多數辦公樓、賓館客房、醫(yī)院病房都采用這種空調方式，該方式有單獨的新風機將新鮮空氣送入房間，風機盤管有不同的回風方式。一種回風方式是各房間單獨安裝風機盤管，各房間的回風經過盤管冷卻后送出，回風僅在自身房間內循環(huán)，不同房間之間互不流通。 另一種回風方式是各個樓層的多個房間統(tǒng)一通過吊頂摻混回風后經過風機盤管冷卻后送入各個 房間，不同房間之間的回風有交叉。不論何種方式的風機盤管加新風系統(tǒng)，首先都要注意避免新風系統(tǒng)混入從建筑排出的污染空氣，同時要注意風機盤管的清潔。根據不同的回風方式，風機盤管加新風方式在運行時要注意如下問題，具體的是：要保持新風入口清潔，不被污染。新風機房位于大樓的地下

4、或者頂部，一般直接通過風道從室外取新風。要注意取風口的位置，不要使其吸入建筑排風。有些系統(tǒng)是從風機房內取新風，對這種形式應防止樓內空氣通過機房門進入機房并吸入新風機，應嚴格保證新風機房密閉，同時要保證新風機房清潔，必要時安裝新風道， 從室外取風，此外，新風過濾網也要作到定時清洗。新風豎井或者新風風道要注意清潔通暢。2、建筑空調系統(tǒng)節(jié)能國內外研究現(xiàn)狀能源是整個經濟系統(tǒng)的基本組成部份，作為一個能源消耗大國，美國在節(jié)能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美國的整個能源消耗中， 有約1/3以上消耗在建筑能耗上，這些能耗用來滿足人們的熱舒適、空氣品質、提高人們的生活質量。美國暖通空調 制冷工程

5、師協(xié)會、美國制冷協(xié)會、美國冷卻塔協(xié)會等組織、美國能源部以及眾多暖通空調設 備生產廠家如York, Carrier等都為建筑節(jié)能做出了很大貢獻。特別是美國制冷設備生產廠商投入了大量的資源研究高性能冷水機組，使得冷水機組單位制冷量的能耗僅為20世紀70年代的62.3%。美國在空調冷源水系統(tǒng)方面的研究也卓有成效，在冷卻水系統(tǒng)方面著重于降 低冷卻水流量，以達到減少冷卻水泵能耗的目的。日本是一個資源貧困的國家，其主要能源來自進口，同時又是一個能源高消費國家。因此，節(jié)能和提高能源的利用率對日本來講有著重要的意義。長期以來，在建筑節(jié)能方面，日本做了大量工作，頒布了許多節(jié)能法規(guī)，提出 了建筑節(jié)能的評價方法。日

6、本的一些設備生產廠家對空調和制冷設備的投入也很大。Daiki n公司首推的變頻 VRV系統(tǒng)，為中小型建筑安裝集中式空調系統(tǒng)創(chuàng)造了條件；Sany公司則在直燃式冷水機組上成績卓著。世界各國大力發(fā)展可再生能源作為空調冷熱源用能。地源熱泵供暖空調是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的工程系統(tǒng)。在美國地源熱泵系統(tǒng)占整個空調系統(tǒng)的20%左右;瑞士 40%勺熱泵為地源熱泵，瑞典 65%勺熱泵為地源熱泵。我國是一個人均資源相對貧乏的國家，因此節(jié)能降耗有著十分重要的意義。近年來，由于國民經濟的快速發(fā)展，使我國的能源顯得越來越緊張。隨著經濟建設的不斷深入和人們生活水平的不斷提高，空調建筑物越來越多，建筑物消耗的

7、能量也越來越大， 甚至出現(xiàn)了空調系統(tǒng)與經濟建設爭搶電力資源的情況。因此，在建筑物節(jié)能顯得十分迫切。 在我國建筑總能耗中，空調系統(tǒng)的能耗占有相當大的比重，因此研究探討空調系統(tǒng)的節(jié)能就顯得十分重要。在建筑物空調系統(tǒng)運行能耗中，冷源系統(tǒng)的能耗是最大的。近年來，我國暖通空調學術界和工程界在空調冷源系統(tǒng)的節(jié)能方面做了大量的研究工 作。研究工作主要集中在冷源系統(tǒng)的形式選擇上，對壓縮式冷水機組和吸收式冷水機組的技術經濟比較研究較多， 通過對眾多方案的分析已經基本達成共識：吸收式冷水機組節(jié)電而不節(jié)能，對其在我國的應用應區(qū)別對待，對于有余熱可以利用的地區(qū)，應大力提倡使用吸收式冷水機組，而一般建筑物則應采用蒸汽壓

8、縮式制冷。當然，在進行冷熱源系統(tǒng)的選擇時，還要考慮建筑物所在地的氣象條件、電力供應狀況、能源情況、空調系統(tǒng)有無采用余熱回收的可能性等方面的問題。3、我國建筑空調系統(tǒng)節(jié)能研究有待解決的問題通過對一些地區(qū)空調系統(tǒng)的調查發(fā)現(xiàn)，設計人員在涉及選用冷水機組時多考慮其額定工況下的全負荷性能，而對其部分負荷性能的考慮較少。在風冷式冷水機組和水冷式冷水機組的選擇應用上我國制冷工程界也存在著認識上的差異。我國在冷源水系統(tǒng)方面的研究目前較少，一般都是按冷水機組的樣本提供的冷卻水量和冷凍水量進行冷卻水泵和冷凍水泵的選 擇。對于水系統(tǒng)的水泵是否運行節(jié)能則關注不多。事實上，對于冷水機組的運行而言，冷凝器和蒸發(fā)器都要求定

9、流量，因此，對于冷水機組部分負荷狀態(tài)運行時，水泵的輸出都是全負荷輸出，水系統(tǒng)的全年運行能耗是相當大的。因此水系統(tǒng)的節(jié)能具有很大的潛力。于是降低空調能耗也被納于建筑節(jié)能的任務中，如何更好的利用現(xiàn)在的空調技術服務人類同時又能滿足建筑能耗的要求，是現(xiàn)階段專業(yè)技術人員的工作要點。而暖通空調設計方案的好壞直接影響著建筑環(huán)境的質量和節(jié)能狀況。隨著科學技術的迅速發(fā)展以及對節(jié)能和環(huán)保要求的不斷提高，暖通空調領域中新的設計方案大量涌現(xiàn)，針對同一個設計項目， 往往可以有很多不同的設計方案可供選擇，設計人員要進行大量的方案比較和優(yōu)選工作，設計方案技術經濟性比較成為影響暖通空調設計質量和效率的一項重要工作。如何對暖通

10、空調設計方案進行科學的比較和優(yōu)選， 是暖通空調設計人員在實際設計工作中經常遇到的一個重要技術難 題?？照{制冷技術的誕生是建筑技術史一項重大進步，它標志著人類從被動適應宏觀自然氣候發(fā)展到主動控制建筑微氣候，在改造和征服自然的過程的又邁出了堅實的一步。但是對空調的依賴也逐漸成為建筑能耗增長的最主要的原因。制冷空調系統(tǒng)的出現(xiàn)為人們創(chuàng)造了舒適的空調環(huán)境，但20世紀70年代的全球能源危機， 使制冷空調系統(tǒng)這一能源消耗大戶面臨嚴 重考驗，節(jié)能降耗成為空調系統(tǒng)設計的關鍵環(huán)節(jié)。據統(tǒng)計，我國建筑能耗約占全國總能能耗的35%空調能耗又約占建筑能耗的50%廠60%左右。由此可見，暖通空調能耗占總能耗的比例可高達22

11、.75%。因此，建筑中的空調系統(tǒng)節(jié)能已成為節(jié)能領域中的一個重點和熱點。三、課題的研究內容及擬采取的研究方法（技術路線）、難點及預期 達到的目標（一）研究內容本工程為廣州市興茂辦公樓空調設計，建筑總面積約為8007.3 m2 ,建筑總標高為28.8m ,其中地下停車場面積為 1623.1 m。該辦公樓共十層，另外還配有設備層，屬高層建筑。窗 戶均可開啟，且窗戶面積較大， 能順利排出室內污染氣體，可采用自然排風。為滿足房間空氣質量要求，采用機械送風方式補充新鮮空氣。然排風系統(tǒng)。1、廣州地區(qū)的基本氣象參數：夏季室外計算干球溫度tw34.2夏季室外計算濕球溫度ts27.8夏季通風室外計算相對濕度66%

12、夏季室外平均風速1.5m/s夏季最多風向SE夏季大氣壓力100287Pa設計參數：夏季辦公室25C200 =65%大堂、過廳15C180 =60%冬季C0 =65%C0 =60%故本次設計中辦公室送風采用機械送風和自CC2、本課題主要對該辦公樓進行夏季空調和必要的防排煙地設計。（1 ）空調系統(tǒng)a. 辦公樓各層（各辦公室）的冷負荷計算；b. 整體空調方案以及空氣處理方式的確定；c. 制冷機組及末端設備選型（包括鍋爐的選擇）；d. 泵與風機的選型以及水系統(tǒng)、風系統(tǒng)布置方案確定；e. 各層風管、水管的布置圖、總系統(tǒng)圖、施工圖、氣流組織圖等圖紙的繪制；f. 防排煙系統(tǒng)的設計；g. 對整體空調系統(tǒng)設計的

13、審查、修整。確定所用方案的科學性。（2）防排煙系統(tǒng)（下車庫的防排煙設計）地下車庫中人員停留時間較少，換氣次數按5次/h計。地下停車庫內含有大量汽車排出的尾氣，并且除汽車出入口以外一般沒有其他與室外相通的孔洞，因此必須進行機械通風;另外，由于地下停車庫的密閉性，一旦發(fā)生火災時，高溫煙氣會因無處排放而在地下停車庫內蔓延，因此還必須設置機械排煙系統(tǒng)。由汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范規(guī)定地下車庫面積不大于2000 m2不需進行防火分區(qū)，由于車庫面積為1623.1 m,因此可以不用進行防火分區(qū)；并且每個防煙分區(qū)，面積不宜超過500 m2o(二) 研究方法1、空調系統(tǒng)注意事項a. 分區(qū)問題：考慮到建筑

14、物結構上的差別和類型的不同，可將建筑物劃分為幾個防火分區(qū)。b. 過度季節(jié)問題：過度季節(jié)部分房間可不用冷熱源，但部分房間仍需要降溫，這時應用室外空氣直接進入需降溫房間降溫 ，即節(jié)能又簡單；或考慮采用一臺小容量的制冷機。c. 大空間空調形式問題：對于個別大空間可選擇取全空氣系統(tǒng)。d. 特殊房間的個別控制問題：用風機盤管系統(tǒng)以便控制。2、方案比較(1) 全空氣系統(tǒng)：機房面積較大，層高較高，空調與制冷設備可以集中布置在機房，有 時可布置在屋頂或安設在車間柱間平臺上；空調送回風管系統(tǒng)復雜、布置困難，支風管和風口較多時不易均衡調節(jié)風量；可以根據室外氣象參數的變化和室內負荷變化實現(xiàn)全年多工況 節(jié)能運行調節(jié)，

15、節(jié)能和經濟；空調與制冷設備集中安設在機房便于管理和維護；可以嚴格地控制室內溫度和室內相對濕度 ；空調房間之間有風管連通，使各房間互相污染，當發(fā)生火災 時會通過風管迅速蔓延。(2) 空氣-水系統(tǒng)：新風空調機房、機房面積小，風機盤管可以設在空調機房內，但分 散布置、敷設各種管線較煩；放室內時不接送、回風管，當和新風系統(tǒng)聯(lián)合使用時，新風管 較?。混`活性大、節(jié)能效果好， 可根據各室負荷情況自我調節(jié)，無法實現(xiàn)全年多工況節(jié)能運 行；安裝投產較快，介于集中式空調系統(tǒng)與單元式空調器之間；布置分散維護管理不方便， 水系統(tǒng)布置復雜、易漏水；對室內溫度要求嚴格時難于滿足；必須采用低噪聲風機才能保證室內要求；各空調房

16、間之間不會互相污染。本設計為廣州興茂辦公樓的空調系統(tǒng)設計，系統(tǒng)的選定應注意檔次和安全的要求，按負擔室內空調負荷所用的介質來分類可選擇四種系統(tǒng)一一全空氣系統(tǒng)、空氣一水系統(tǒng)、全水系統(tǒng)、冷劑系統(tǒng)。全空氣系統(tǒng)分一次回風式系統(tǒng)和二次回風式系統(tǒng)，該系統(tǒng)是全部由處理過的空氣負擔室內空調冷負荷和濕負荷；空氣一水系統(tǒng)分為再熱系統(tǒng)和誘導器系統(tǒng)并用、全新風系統(tǒng)和風機盤管機組系統(tǒng)并用；全水系統(tǒng)即為風機盤管機組系統(tǒng)，全部由水負擔室內空調負荷，在注重室內空氣品質的現(xiàn)代化建筑內一般不單獨采用，而是與新風系統(tǒng)聯(lián)合運用； 冷劑系統(tǒng)分單元式空調器系統(tǒng)、窗式空調器系統(tǒng)、分體式空調器系統(tǒng)，它是由制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器直 接放于室內消除室內的

17、余熱和余濕。對于較大型公共建筑， 建筑內部的空氣品質級別要求較高，全水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)只能消除室內的余熱和余濕，不能起到改善室內空氣品質的作用， 所以全水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)在本次的建筑空調設計時不宜采用。終上所述，擬采用風機盤管加新風系統(tǒng)，風機盤管的新風供給方式用單設新風系統(tǒng)，獨立供給室內。而對于門廳等空間較大、人員較多、溫度和濕度允許值波動范圍小的房間，如果設置風機盤管水系統(tǒng)的話會用到較多的末端設備，造成投資上的浪費，擬采用全空氣系統(tǒng)。（2）風機盤管+新風系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：1）布置靈活，可以和集中處理的新風系統(tǒng)聯(lián)合使用，也可以單獨使用；2）各空調房間互不干擾，可以獨立地調節(jié)室溫，并可隨時根據需要開

18、停機組，節(jié)省運行費用，靈活性大，節(jié)能效果好；3）與集中式空調相比不需回風管道，節(jié)約建筑空間；4）機組部件多為裝配式、定型化、規(guī)格化程度高，便于用戶選擇和安裝；5）只需新風空調機房，機房面積??；6）使用季節(jié)長；7）各房間之間不會互相污染缺點：1）對機組制作要求高，則維修工作量很大；2）機組剩余壓頭小室內氣流分布受限制；3）分散布置敷設各中管線較麻煩，維修管理不方便；4）無法實現(xiàn)全年多工況節(jié)能運行調節(jié)；5）水系統(tǒng)復雜，易漏水；6）過濾性能差。風機盤管空調方式， 這種方式風管小，可以降低房間層高，但維修工作量大，如果水管 漏水或冷水管保溫不好而產生凝結水，對線槽內的電線或其它接近樓地面的電器設備是一

19、個威脅，因此要求確保管道安裝質量。 風機盤管加新風系統(tǒng)占空間少，使用也較靈活，但空調 設備產生的振動和噪音問題需要采取切實措施予以解決。對于該系統(tǒng)所存在的缺點， 可在設計當中根據具體的問題予以解決和彌補。3、空調冷熱水管網空調冷熱水管網按水流路徑分為同程式和異程式系統(tǒng)。同程式水系統(tǒng)除了供回水管路以外，還有一根同程管。由于各并聯(lián)環(huán)路的管路總長度基本相等，阻抗差異較小， 則流量分配易滿足要求。 高層建筑的垂直立管高， 通常采用垂直同 程，水平管路系統(tǒng)范圍大時，常采用水平同程。異程式水系統(tǒng)管路簡單， 不需采用同程管，系統(tǒng)投資較小，但當并聯(lián)環(huán)路阻抗相差較大時，水量分配、調節(jié)較難。水系統(tǒng)較簡單采用兩管制

20、異程式閉式循環(huán)系統(tǒng)，復雜的水系統(tǒng)可以采用同程式閉式循環(huán)系統(tǒng)。故在本課題中采用同程式閉式循環(huán)系統(tǒng)。4、空調冷熱源空調冷熱源負荷是確定冷熱源的總裝機容量、 選擇冷熱源形式的主要依據。方案設計時， 空調冷熱源負荷可以采用面積指標來估算，辦公室熱源負荷估算指標為6090W/m2，冷源負荷估算指標為90140W/ m2o空調冷熱源機組臺數及單機容量的確定，應滿足空調負荷變化規(guī)律及部分負荷運行的要求，一般不宜少于 2臺，但大型工程臺數也不宜過多。當小型工程選用1臺時，應選用性能優(yōu)良的機型，如多機頭聯(lián)控型機組。5、冷熱源方案目前建筑采用的冷源主要有以下幾種離心式、螺桿式、溴化鋰吸收式機組。離心式冷水機組的優(yōu)

21、點： 葉輪轉速高，輸氣量大，單機容量大；易損件少，工作可靠，結構緊湊，運轉平穩(wěn)，振動小，噪聲低；單位制冷量重量指標小；制冷劑中不混有潤滑油，蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能好； EER值高，理論值可達6.99 ;調節(jié)方便，在10%-100% 內可無級調節(jié)。b 缺點：單級壓縮機在低負荷時會出現(xiàn)“喘振”現(xiàn)象，在滿負荷運轉平穩(wěn)；對材料強度，加工精度和制造質量要求嚴格；當運行工況偏離設計工況時效率下降較快，制冷量隨蒸發(fā)溫度降低而減少幅度比活塞式快；離心負壓系統(tǒng)，外氣易侵入，有產生化學變化腐蝕管路的危險溴化鋰吸收式冷水機組基于溴化鋰水溶液在常溫下強烈的吸收水蒸氣，而在高溫下又將其吸收的水分釋放出來。同時，水在真

22、空狀態(tài)下，其沸騰溫度在7度以下，蒸發(fā)時具有較低 的蒸發(fā)溫度，因而可以采用水作為制冷劑。雙效蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機組部件組成是在 單效機組上增加一個高壓發(fā)生器、高溫熱交換器和凝水換熱器，目的是維持高壓發(fā)生器中的壓力在大氣壓下運轉，以確保機組的安全，因此，所需的冷卻水量較大，機組造價高，溴化 鋰溶液充注量大，初投資增加。但是熱效率高，運轉費用低。螺桿式冷水機組結構緊湊，運轉平穩(wěn)，冷量能無級調節(jié)，節(jié)能性好，易損件少。適于制冷量在580-1163KW的高層建筑、賓館、飯店等大中型空調制冷系統(tǒng)應用。應根據不同的冷負荷大小和各地區(qū)能量的供給條件、容許接受電力的能力進行選擇。對于大型場所，廣泛采用離心式、

23、溴化鋰吸收式機組；對于中型場所，廣泛采用螺桿式、溴化鋰吸收式機組；對于小型場所 ，可采用分體式空調器、窗式空調器或風冷冷熱水機組。（三）難點：1、機組的選擇我們在考慮冷水機組配置時，應注意避免下列情況。 一要避免機組臺數過少，臺數過少存在的問題有：負荷可靠性下降，一旦負荷高峰時機組出現(xiàn)故障，影響的比例就大；負荷適應性差，能耗會增高。二要避免機組臺數過多。機組臺數過多有如下缺點：單機容量下降， 機組COP下降，能耗高；機組臺數多，配置的循環(huán)水泵也多，水泵并聯(lián)多，并聯(lián)損失高；機組臺數多，配置的循環(huán)水泵多，占用機房面積就大。三要避免不恰當的使用多機頭機組。2、循環(huán)水泵載冷（熱）體的輸送離不開水泵和風

24、機，水泵和風機的選用和配置是不可缺少的一環(huán)，對工程設計的成敗是十分重要的。關于水泵，經常發(fā)生的有以下一些問題。1）水泵揚程偏大，有些僅需 2832m水柱的，選了 4050m水柱的水泵。多余揚程，一是靠閥門來消耗，其消耗的能量占的比例，個別工程甚至達70%二是轉變成流量，如某工程，由于流量增加，流速增加。2）冷熱循環(huán)水泵不分設。工程中常見到冷熱循環(huán)水泵不分設的情況， 有的是因為遷就了機房面積偏小， 有的則是 考慮不周所致。一般情況，供回水溫差制冷時一般為 5C,制熱時一般為10C，而且對一般 冬冷夏熱地區(qū)，冬季制熱負荷比夏季制冷負荷小。 若冷熱循環(huán)水泵不分設，將導致冬季能耗 浪費，形成大流量小溫差運行。3）機一泵配置問題一機一泵 可避免運行1臺或2臺機組時，未關掉相應閥門造成水流量旁通，使機組COP降低，也使水泵運行工況點偏離額定工況點，電耗增加；電氣控制設計方便；可避 免運行人員頻繁人工開或關主機或冷卻塔入口閥門，適應部分負荷時的運行。 如設聯(lián)動電動閥，則投資高，閥易壞，系統(tǒng)不可靠。（四）預期達到的目標設計出節(jié)能、舒適、健康符合標準的辦公樓中央空調系統(tǒng)，同時做好