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暖通空調系統基本概述及設計要點

2024-11-29科學

冷熱源基本型式:

由於使用冷熱源裝置會受到能源、環境、工程狀況、使用時間及要求等多種因素的影響和制約,因此應全面客觀地對冷熱源方案進行技術經濟比較分析,以永續發展的思路確定合理的冷熱源方案。

首先掌握冷熱源裝置的基本原理、執行要求及特性、適用範圍等。

電制冷技術目前為最成熟、穩定可靠的技術,主要機組型別:

水冷冷水機組:

1.離心式冷水機組(含磁懸浮機組);

2.螺桿式冷水機組;

3.渦旋式冷水機組;

風冷冷水機組:

1.螺桿式冷水機組;

2.渦旋式冷水機組;

不同的型式的冷水機組有不用的制冷量範圍,應根據計畫負荷需要(特別是全年負荷需要)選擇冷水機組型別,必要時進行組合選型。

電動壓縮式冷水機組:

從上表可看出,相同冷量範圍,離心機的效率高於螺桿機,制冷量越大,優勢越明顯。

因此,進行冷水機組配置時,大部份冷量優先配合離心機組,進行最小負荷配置機組時,可配置螺桿機或是離心機變頻,具體需根據冷負荷需求、機組具體配置及部份負荷效能確定。

如設計酒店時,需考慮夜間最小負荷配置機組,最小負荷可按一定的入住比例確定(比如30%)。

如最小負荷為100~300RT,在螺桿機範圍,可選擇螺桿機,大多數客房在500間以下的單體酒店,都做此範圍;

如最小負荷為300~500RT,在離心機範圍,可選離心機變頻控制,800~1000間以上客房數的大型酒店、度假村,或者復合有公寓等有夜間負荷的功能。

空氣源熱泵:

由於空氣源熱泵兼備制冷、制熱功能,在夏熱冬冷地區中小型建築中得到較為廣泛 套用,在夏熱冬暖地區,無供熱需求的小型建築也可套用。

近2年內北方的煤改電中,大量的適應低溫環境供熱的小型熱泵得到套用。

空氣源熱泵除霜問題,北京工業大學王偉等人2009年【空氣源熱泵在中國套用結霜區研究】中的結論如下。

空氣源熱泵有效制熱量應根據當地冬季空調計算溫度,分布采用溫度修正系數和融霜修正系數進行修正。【民用暖通空調規範】8.3.2

水源熱泵:

一、概念:水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源,進行轉換的空調技術。

二、工作原理:透過輸入少量高品位能源(如電能),實作低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源,即在夏季將建築物中的熱量「取」出來,釋放到水體中去,由於水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量,以達到夏季給建築物室內制冷的目的;而冬季,則是透過水源熱泵機組,從水源中「提取」熱能,送到建築物中采暖。

三、水源熱泵適用範圍:

·水源充沛,四季分明,溫度適中的地區;

·凡是水量,水溫,水質能夠滿足水源熱泵制熱(制冷)需要的任何水源都可作為系統水源。

四、水源熱泵套用局限:

·水資源缺乏,水質差的地區;

·冬季嚴寒或四季炎熱的地區。

五、水源熱泵的特點:

·屬可再生能源利用技術;(水吸收太陽能,可再生)

·高效節能;(水溫冬季比環境溫度高,夏低)

·執行穩定可靠;(水體溫度穩點)

·環境效益顯著;(汙染小)

·一機多用,套用範圍廣。(可供暖、空調,供生活熱水)

六、不足:

·可利用的水源條件限制(沒有合適的水源,成本高,閉環成本高,開環水質有要求)

·水層的地理結構的限制(考慮地質結構和用後尾水的回灌實作問題)

·投資的經濟性(國家政策,水源條件影響)

地下水源熱泵:

由於地下水的資料稀缺、不可逆、地下水資源難度 大,無法實作取水100%地回灌到同一含水層,目前國內大多數城市都禁止開采地下水,禁止套用地下水源熱泵。

一、概念:

以地下水作為低位l冷熱源,並利用熱泵技術,透過少量的高位電能輸入,實作冷熱量有低位能向高位能的轉移,從而達到為使用物件供熱或供冷的一種系統。

二、優點:

非常經濟,占地面積小,節能環保,地下水溫恒定一般為10-16℃。

三、不足:

有豐富和穩定的地下水資源作為先決條件;執行管理存在問題。

地表水源熱泵-開式系統:

分類:

熱泵與地表水的換熱方式有開路迴圈和閉路迴圈兩種。

開路迴圈:用水泵抽取地表水在換熱器中與熱泵的迴圈液進行熱交換,然後再排入水體。

·優點:系統簡單,造價低。

·缺點:水質較差時在換熱器中易產生汙垢,影響傳熱,甚至影響系統的正常執行。用於冬季制熱,當湖水溫度較低時,會有凍結機組換熱器的危險。

目前地表水源熱泵大都采用開式系統,需重點關註取水能耗,水處理投資及對執行的影響,特別是海水源熱泵。

一些計畫不考慮這些成本,實際能耗驚人!

地表水源熱泵-閉式系統:

閉路迴圈:把多組塑膠盤管沈入水體中,熱泵的迴圈液透過盤管與水體進行熱交換。

·優點:套用更加廣泛;機組基本不可能結垢和腐蝕問題,因為在熱泵機組換熱器內的迴圈介質為幹凈的水或防凍液。

· 缺點:當湖水水質比較渾濁時,位於湖底的換熱器可能結垢,影響傳熱效果,這會引起機組效率和制冷量的變化;如果湖水換熱器處於公共區域,有可能遭到人為的破壞;如果河水或者湖水比較淺時,水的溫度容易受到大氣溫度的影響。

註意:當冬季湖水溫度較低時,為了防止機組換熱器內迴圈液凍結,須采用閉式系統。當湖水溫度在5℃以下時,環路內就必須采用防凍液。

冷熱源系統設計原則:

空氣調節冷熱源應根據建築物空氣調節規模、用途、建設地點的能源條件、結構、價格, 以及國家節能減排和環保政策的相關規定等,按下列要求透過綜合論證確定:

1.有可供利用的廢熱或工廠余熱的區域,熱源應優先采用廢熱或工廠余熱。當廢熱或工廠余熱的溫度較高、經技術經濟論證合理時,冷源宜采用吸收式冷水機組;

2.在經濟技術合理的情況下,冷、熱源宜優先利用淺層地能、太陽能、風能等可再生能源。當采用可再生能源受到氣候等原因的限制無法時刻保證時,應設定輔助冷、熱源;

3.不具備上述1、2條的條件,但有城市或區域熱網的地區,集中式空氣調節系統的供熱熱源宜優先采用城市或區域熱網,但符合8.1.4條的情況除外;

4.不具備上述1、2條的條件,但城市電網夏季供電充足、且全年供冷執行時間達到3個月(供冷執行季節時間,非累積小時)以上的地區,空氣調節系統的冷源宜采用電動壓縮式冷水機組;

5.不具備上述條件,但城市燃氣供應充足的地區,宜采用燃氣鍋爐、燃氣熱水機供熱或燃氣吸收式冷(溫)水機組供冷、供熱;

6.不具備上述條件的地區,可采用燃煤鍋爐、燃油鍋爐供熱,蒸汽吸收式冷水機組或燃油吸 收式冷(溫)水機組供冷、供熱;

7.室外空氣夏季設計露點溫度較低的地區,宜采用間接蒸發冷卻冷水機組作為空調系統的冷源;

8.天然氣供應充足的地區,當建築的電力負荷、熱負荷和冷負荷能較好匹配,能充分發揮冷、熱、電聯產系統的能源綜合利用效率並經濟技術比較合理時,宜采用分布式燃氣冷熱電三聯供技術;

9.全年進行空氣調節,且各房間或區域負荷特性相差較大,需要長時間向建築物同時供熱和供冷並技術經濟比較合理時,宜采用水環熱泵空氣調節系統供冷、供熱;

10.在執行分時電價、峰谷電價差較大的地區,經技術經濟分析,采用低谷電價能夠明顯起到對電網「削峰填谷」和節省執行費用時,可采用蓄冷系統供冷;

11.夏熱冬冷地區以及幹旱缺水地區的中、小型建築宜采用空氣源熱泵或土壤源地源熱泵系統供冷、供熱;

12.有天然地表水等資源可供利用、或者有可利用的淺層地下水且能保證100%回灌時,可采用地表水或地下水地源熱泵系統供冷、供熱;

13.具有上述多種能源的地區,可采用復合式能源供冷、供熱;

空調冷熱源系統對於建築的執行管理非常重要,要求滿足人員舒適性、使用功能,同時作為耗能大戶需兼顧四節(節能、節水、節地、節材)環保等要求。

冷熱源選擇的原則,主要考慮因素:建築本身需求;地點條件;國家政策。需從使用要求、能源效率、投資報酬、全年能耗及執行管理等方面綜合論證。

選擇梯次:

熱源:余熱、廢熱→城市熱網 →鍋爐或直燃機。

冷源:吸收機(余熱廢熱可用時)→可再生能源(根據需要設定補助熱量源)→電動壓縮式冷水機組(電力充足時優先)→直燃機或吸收機(燃氣充足時)。

特定條件:蒸發冷卻、冷熱電聯供、熱泵。

暖通空調設計要點:

1、機房面積(占總建築面積的百分比—含水泵布置);

采用離心機組:0.8%~1.2%(適用於5萬平方米以上的大型工程);

采用螺桿機組:1%~1.4%(適用於2~5萬平方米以上的大型工程);

采用吸收機組:1.5%~2%(吸收機組尺寸和管道本身較大);

熱交換站:0.13%~0.2%。

2、機房位置及凈高要求

位置:由於裝置本身較重,且存在一定的雜訊,冷凍機房宜設定於最底層。

凈高:4~6m—其中:管線(風管、水管、電纜橋架等)所占高度大約1.5~2.0m,人員。

通行與檢修空間2~2.5m(考慮支吊架高度 );

熱交換站的凈高要求:3~3.5m(板式換熱器)、3.5~4m(列管式換熱器);

變電室應盡量靠近冷凍機房 —冷凍機房用電量最大,減少供電半徑。

3、冷、熱源機房設施

排水溝設定—機房地面清洗、系統排水、裝置檢修等需要。

隔聲處理—吸聲墻面、隔音門等。

4、裝置就位要求

對於冷水機組等大型裝置、應預留從室外進入機房層的吊裝孔(施工完成後蓋板封蓋)。

不宜采用汽車坡道等方式運輸—荷載、凈高及運輸方式不能滿足要求。

5、風冷機組的室外機設定

確保室外機的散熱良好,防止雜訊對周圍環境的影響。

6、冷卻塔

設定高度要求:

(1)當冷卻塔與制冷機房平面距離很近時,冷卻塔基礎應比制冷機房地面高出2~3m;

(2)當冷卻塔與制冷機房平面距離很遠時,冷卻塔基礎與制冷機房地面的高差,需要計算確定。

設定位置要求:

(1)周圍不能有遮擋,否則散熱效果差(與室外機類似);

(2)防止雜訊對周圍環境的影響。

空調末端:

1、全空氣空調系統的空調機房(用於大空間)

面積:每500m2空調面積,大約需要25m2左右的機房;

高度:同使用空調空間的高度;

位置:與使用空調空間不在同一層時,需考慮豎向的送、回、排風道;

防水:需設定地漏等排水設施,機房地面應做防水處理;

防雜訊:機房墻內壁做吸聲處理,機房門為密閉隔音門;

就位:如果設定於核心筒,應考慮最大元件進入所要求的洞口尺寸。

2、風機盤管+新風系統的新風機組(用於分隔的辦公建築、酒店客房等)

面積:每1000m2空調面積,大約需要15m2的機房;其他要求與1相同。

3、防火分區與機房:每個防火分區,最好有自身獨立的空調機房。

4、廚房用通風、空調機房

面積:每500m2餐飲面積,大約需要40~50m2左右的機房(包括餐飲區空調系統、 廚房送、排風系統);其他要求與1相同。

5、車庫通風機房

面積:每2000m2車庫,大約需要15m2 的送、排風機房各一個。

位置:在每個防火分區設定,送風與排風機房的位置還需要和進風道和排風道的位置協調考慮。

6、超高層建築的裝置層

位置:與最底層的高度差,不宜大於100m(考慮水系統的工作壓力)。

消聲降噪處理與保溫處理措施:

防排煙:

1、暖通專業消防設計主要內容

高層建築加壓送風的部位—消防電梯前室、合用前室與防煙樓梯間

機械排煙設定部位—內走道排煙、無窗房間(地下≥50m2,地上≥100m2)

通風空調系統的防火—防火閥設定

2、排煙豎井位置要求

內走道:兩個排煙豎井的間距不宜超過60m

無窗房間:根據需要合理設定

大開間辦公室:建議每隔一定距離(20-30m)設定一個排煙豎井—目的:為二次分隔後形成的內走道和無窗房間設定排煙提供條件。

3、防火卷簾的套用

所有管道都不能從防火卷簾下部透過

在管道密集處,不宜設定防火卷簾

管道穿過防火卷簾時,防火卷簾應采用掛板下掛

管道井、風井:

1、管道井、豎向風井尺寸

重點考慮的是安裝要求:風管—法蘭連線、水管—焊接。

2、管道井、豎向風井尺寸

重點考慮的是安裝要求:風管—法蘭連線、水管—焊接。

空調風管(帶保溫層) 之間的間距不小250mm,通風風管之間的間距不小150mm。

3、豎向風道要求—密閉、不漏風

當管道井尺寸有限時,一些局部可采用土建風道。

— 適用場所:

(1)新風引入風道(北方地區需要做好保溫)

(2)樓梯間加壓風道

(3)普通排風系統(非汙染物排風) 的負壓段

(4)房間空調回風(需保溫)

(5)排煙系統負壓段

(6)前室加壓風道

— 風道材料及制作方式:以鋼筯混凝土現澆為最好

(1)、(3)、(4)— 可采用磚砌風道

(2)、(5)、(6)— 成品風管

酒店廚房:

一、酒店廚房的分類

以五星級酒店廚房為例,酒店的廚房大概包括以下三類:

1、單獨設定的廚房區域:主廚、熱炒、燒臘、餅屋、冷鮮制作、中、小型冷庫等。

2、與餐廳直接聯通的廚房區域:明廚、鐵板、自助、小型冷庫等。

3、無明火的廚房區域:備餐、食物加熱等。

二、酒店廚房通風系統的設計

一般情況下,酒店廚房應提供兩套單獨的通風系統保證整個酒店及廚房內工作人員的環境,根據廚房的使用功能對廚房內設定冷庫等壓縮機采用風冷型的散熱量較大裝置,還需要單獨設定一套通風系統,以保證廚房內裝置的正常執行。

三、設計通則

1、油煙凈化裝置及排風機布置位置

油煙凈化裝置:一般排油煙風量較大,油煙裝置尺寸也隨之較大,需考慮單獨設定房間或者利用儲藏間,以便保證廚房吊頂高度,及凈化裝置的檢修、清掃及更換。如必須設定在吊頂內,可考慮將連線排油煙罩的幾個風管上單獨設定油煙凈化裝置,再合並風管至排油煙豎井直至排出屋面。

排油煙風機 :宜布置在屋面保證整個排油煙、排風系統的負壓狀態。

2、廚房的通風量估算及風管風速的取值

(1)廚房排油煙系統

排油煙量按廚房區域體積60次/h計算,排油煙風管風速宜取8~10m/s,補風量按排風量的80%預留。補風需進行預處理(按廚房環境溫度27℃進行廚房負荷計算及新風機組選型)。

(2)廚房的全面通風系統

風量根據廚房大小確定,按照不小於5次/h計算,排風幹管風速宜取8m/s,補風量按排風量的80%預留。補風需進行預處理(按廚房環境溫度27℃進行廚房負荷計算及新風機組選型)。

(3)制冷系統采用風冷式壓縮機的通風系統

需考慮24小時排風系統或24小時冷卻水系統保證廚房冷庫正常執行,排風量按不小於5次/h 計算。

四、三類酒店廚房的空調通風系統形式

1、單獨設定的廚房區域(主廚、熱炒、燒臘、餅屋、冷鮮制作、中、小型冷庫等)

該區域應保持負壓狀態。需進行廚房的排油煙系統、廚房全面通風系統、冷庫24小時排風或24小時冷卻水系統。

2、與餐廳直接聯通的廚房區域(明廚、鐵板、自助、小型冷庫等)

該區域應保證與之相連的餐廳為負壓而相對連通的廚房為正壓。食物區的排風系統的補風可考慮用餐廳的風量進行一部份補風。需進行廚房的排油煙系統,冷庫24小時排風或24小時冷卻水系統。

3、無明火的廚房區域(備餐、食物加熱等)

該區域沒有明火不需要進行排油煙設計,應保持負壓狀態,進行全面通風設計。必要時需進行溫度獨立控制系統設計。

本文素材來源於互聯網,作者:中國中鐵。暖通南社整理編輯。