《冷热源工程》课程设计指导书

1《冷热源工程》课程设计指导书设备教研室一、冷源设备选择1．冷水机组的总装机容量由于当前冷水机组产品质量大大提高，冷热量均能达到产品样本所列数值，另外，系统保温材料性能好，构造完善，冷损失少，因此，冷水机组的总装机容量应以正确的空调负荷计算为准，可不作任何附加，避免所选冷水机组的总装机容量偏大，造成大马拉小车或机组闲置的情况。对于管线较长的小区管网，则按具体情况确定。2．冷水机组台数选择冷水机组台数选择应按工程大小，负荷变化规律及部分负荷运行的调节要求来确定。当空气调节冷负荷大于528kw时不宜少于2台。大工程台数也不宜过多。为保证运转的安全可靠性，当小型工程仅设1台时，应选用调节性能优良、运行可靠的机型，如选择多台压缩机分路联控的机组，即多机头联控型机组。3．冷水机组机型选择（1）水冷电动压缩式冷水机组的机型宜按制冷量范围，并经过性能价格比进行选择。冷水机组机型冷量范围（kw）参考价格（元/kcal/h）往复活塞式≤7000.5~0.6螺杆式116~17580.6~0.7离心式≥17580.5~0.6（2）电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组，在额定制冷工况和规定条件下，性能系数（COP）不应低于以下规定。水冷冷水机组机型额定制冷量（kw）性能系数（w/w）活塞式/涡旋式5283.8528~11634.011634.2螺杆式5284.10528~11634.3011634.60离心式5284.40528~11634.7011635.104．冷水机组的制冷量和耗功率（1）冷水机组铭牌上的制冷量和耗功率，或样本技术性能表中的制冷量和耗功率是机组名义工况下的制冷量和耗功率，只能作冷水机组初选时参考。冷水机组在设计工况或使用工况下的制冷量和耗功率应根据设计工况或使用工况（主要指冷水出水温度、冷却水进水温度。）按机组变工况性能表、变工况性能曲线或变工况性能修正系数来确定。（2）冷水机组水側污垢系数随着机组运行时间的积累增加，在很大程上取决于所应用的水质及运行温度。我国很多地区的水质较差，无法保证机组在15~20年常规应用周期中不出现结垢而影响传热。因此，国家现行标准《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》（GB18430.1）规定机组名义工况时的使用側和水冷式热源側污垢系数为0.086m2.℃/kw。当设计选用国外生产的冷水机组时，应注意生产国机组名义工况与我国名义工况差异，特别是污垢系数的取值差异。如美国空调制冷协会的ARI550/590-1998标准规定机组冷水側的污垢系数为0.018m2.℃/kw，冷却水側的污垢系数为0.044m2.℃/kw，明显低于我国的规定，所以，选用国外机组时应根据其规定的污垢系数与我国标准的差异对机组的制冷量和耗功率进行修正。修正系数可参考国标《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组》（GB/T18362）附录A的表A2和下表。2污垢系数修正表设备污垢系数Rf（m2.℃/kw）0PinCOP蒸发器00.0440.0860.1761.000.990.980.961.001.001.001.001.000.990.980.96冷凝器00.0440.0860.1761.000.990.980.961.001.0151.031.061.000.9750.950.91机组00.0440.0860.1761.000.980.960.921.001.0151.031.061.000.9650.930.87二、热源设备1．热源设备类型在中央空调，特别是在高层民用建筑中央空调所用热源中，热水的使用是最为广泛的。首先，热水在使用的安全性方面比较好，其次，热水与空调冷水的性质基本相同，传热比较稳定。在空调系统中，许多时候采用冷、热盘管合用的方式（即常说的两管制），可以减少空调机组及系统的造价，同时也给运行管理及维护带来了一定的方便。提供空调热水的锅炉按其使用能源的不同，主要分为两大类：（1）电热水锅炉电热水锅炉的优点是使用方便，清洁卫生，无排放物，安全，无燃烧爆炸危险，自动控制水温，可无人值守。但其使用目前受到《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）的限制。除了符合下列情况之一外，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源：①电力充足、供电政策支持和电价优惠地区的建筑；②以供冷为主，采暖负荷较小且无法利用热泵提供热源的建筑；③无集中供热与燃气源，用煤、油等燃料受到环保或消防严格限制的建筑；④夜间可利用低谷电进行蓄热、且蓄热电锅炉不在日间用电高峰和平段时间启用的建筑；⑤利用可再生能源发电地区的建筑；⑥内、外区合一的变风量系统中需要对局部外区进行加热的建筑。（2）燃气、燃油热水锅炉燃气、燃油热水锅炉的初投资比电热水锅炉略高，但运行费用低。其缺点主要是，第一安全性差，特别是燃气锅炉。燃气的泄漏会造成工作人员中毒，遇明火会产生燃烧爆炸，因此，燃气锅炉应有单独房间与用电设备，如水泵分隔开，并应有良好的通风供燃气燃烧和稀蚀机房空气中的燃气浓度。同时还应设泄漏报警器和气体灭火装置。运行中还应有人员值守。第二，燃气、燃油热水锅炉有170~180℃的高温排烟，需建筑考虑排烟竖井，从合适的地方排烟至室外。这是建筑工种最感麻烦的地方。燃气、燃油热水锅炉的额定热效率不应低于89%。燃气、燃油热水锅炉房单台锅炉的容量，应确保在最大热负荷和低谷热负荷时都能高效运行。锅炉台数不宜少于2台，当中、小型建筑设置1台锅炉能满足热负荷和检修需要时，可设1台。2．热水供应温度空调用热水水温的决定与空调设备使用的性质及工程地点有一定的关系。目前空调设备大致有两类，一类是用于全空气系统的空调机组，包括新风空调机组；另一类就是用于空气―水系统中的风机盘管机组。从这两类机组的结构上看，前者通常能承受较高的热水温度，而后者因其结构紧凑，加上安装位置所限，散热能力是有限的。水温过高时，其机组内部温度有可能过高，对内部元器件，如电机等会产生一定的影响。因此，一般来说，空调机组可采用较高的热水供、回水温度（95/70℃）；而风机盘管机组则采用较低的3热水供、回水温度（60/50℃）。现有风机盘管通常的供热能力也都是以供水温度60℃为标准工况进行测试的。虽然也有一些厂商开发了用于高温热水的风机盘管，但实际工程中应用较为少见。工程所在地区的地理位置也与热水温度有关，尤其是对于处理新风的空调机组而言，过低的热水温度对于寒冷地区空调机组内的盘管有发生冻裂的危险，这是应值得重视的。这种情况下可采用不同温度的热水分别用于空调机组和风机盘管，但这样做的结果是使设计变得复杂化，系统初投资增大，对施工和管理维护都会带来一些困难。就目前的实际情况来看，华北及其以南的大部分地区，风机盘管与空调机组采用同一热水温度，即以风机盘管的适应性来决定水温是完全可行的。3．系统连接方式热水锅炉，无论是用电或是燃气、燃油都有承压和常压之分。（1）承压热水锅炉即能承受一定的静水压力，如0.8MPa、1MPa等。承压热水锅炉连接简单，可直接与冷水机组并联，供热供冷通过阀门开关进行转换。当热水温度低于80℃，冷水、热水可用同一台泵；当热水温度高于80℃，应用热水泵。但建议在机房位置许可时，即便热水温度低于80℃，冬季供热时最好采用热水泵。一是因为热水的流量与冷水不一致，可以减少电耗；二是热水泵有排气设施，水泵不易产生气蚀。燃气热水锅炉的管路连接方法如下图。（2）常压热水锅炉即锅炉不能承压。当空调水系统是闭式循环时，采用常压热水锅炉就要通过板式换热器与空调水系统相连。板式换热器与其它形式换热器比较有许多优点：①结构紧凑，传热面积大，重量轻，尺寸小，占地面积小；②内部合理的流道设计加强了流体扰动，因此，传热效率大幅度提高。水―水换热时的传热系数可达3500~4000w/m2.℃；③很小的传热温差即可传递很大的热量，故特别适用于一、二次热媒温度相差不大的场合。不光是空调热水，也可用于空调冷水的热交换上；④扰流状态使结垢速度减慢。维护管理简单，检修时可拆下清洗；4⑤组合灵活。如果负荷条件与原设计不同时，可增减传热板数来满足新要求的工况；⑥承受的工作压力比较高，对高层民用建筑的使用是非常有利的。但要注意，板式换热器板间距小，要求水质好。另外，安装的要求相对较高，尤其是板片组合，密封垫片与板的配合要准确，否则易发生漏水。4．水质要求空调冷、热水在使用过程中存在的一个问题就是系统内部结垢问题。水的结垢与其水质和水温有关。当水温超过70℃时，结垢现象变得较为明显，它对换热设备的效率将产生较大的影响。因此，空调冷、热水应尽可能地采用软化水。系统的充水和补水可通过全自动软水处理器，经膨胀水箱加入系统。不能用软水至少也应考虑电子除垢器、加药等水处理措施。5．热源设备供热量热源设备供热量应为空调系统冬季热负荷之和，并要考虑同时使用系数和10%的热损失。三、冷热源一体化设备1．空气源热泵冷、热水机组《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）指出，空气源热泵冷、热水机组的选择应根据不同气候区，按下列原则确定：（1）适用于夏热冬冷地区的中、小型公共建筑；（2）夏热冬暖地区采用时，应以热负荷选型，不足冷量可由水冷机组提供；（3）寒冷地区，当冬季运行性能系数低于1.8或具有集中热源、气源时不宜采用。注：冬季运行性能系数系指冬季室外空气调节计算温度时的机组供热量(w)与机组输入功率(w)之比。2．直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组（1）直燃机的优缺点直燃机的优点有：①直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组就是把锅炉的功能与溴化锂吸收式冷水机组的功能合二为一，简化了热源供应系统，减少了热输送过程的损失；②一机多用，使用范围广。既可以单独供冷，也能实现夏季供冷，冬季供热，必要时还可提供生活用热水；③用电量很小，对电力供应紧张的地区可以起到电力调峰的作用；④在电价较高的地区，运行费用较电制冷低。直燃机的缺点除燃气热水锅炉讲到的外，还有：①在没有余热、废热可利用时，直燃机节电不节能，即便是双效直燃型溴化锂吸收式制冷机其一次能源的性能系数也低于离心式电制冷机；②直燃机价格贵，初投资高。单台机组制冷量在100万kcal/h以下时价格更贵，因此，直燃机最好用在制冷量大于200万kcal/h以上的工程中；③如果当地的电价与燃气价的比为1/3时，直燃机运行费的节省已显现不出其优越性，即初投资的增加通过运行费的节约来回收的年限会较长；④由于直燃机的冷凝器和吸收器均需要冷却水，因此，与同等冷量的电制冷机组比较，冷却水量将增大40~50%，即冷却塔和冷却水泵将增大；⑤直燃机的供热量一般为供冷量的80%，它比较适合于空调耗冷量与耗热量在数值上相差不多的地区。在重庆地区，空调热负荷只有夏季冷负荷的40~60%，因此，直燃机冬季供热虽然可以调节，但仍然是大马拉小车。（2）直燃机选型①直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组一般选用2~4台，中小型工程选用2台，较大型选3台，大型可选4台，以便于互为备用和轮换检修。从节能和运行调节的角度考虑，必要时可选不同大小规格的机组搭配的方案。②天然气是直燃机的最佳能源，应优先采用燃气型直燃机。③直燃机在名义工况下的性能系数应符合现行国家标准《直燃型溴化锂吸收式冷（温）水机组》（GB/T18362）的规定，即：制冷性能系数：COPC=QC∕(Qi+A)≥1.10kw/kw5(冷水进出口温度：12℃/7℃;冷却水进出口温度：30℃/35℃)制热性能系数：COPh=Qh∕(Qi+A)≥0.90kw/kw（温水出口温度：60℃）式中：QC—直燃机制冷量（kw）；Qh—直燃机制热量（kw）；Qi—加热源耗热量（kw）；A—消耗电功率（kw）。④普通型直燃机的蒸发器、冷凝器的工作压力为0.8MPa，对设于在高层或超高层建筑物地下室或底层的机组，其承压如超过了0.8MPa，除了可考虑空调水系统竖向分区外，也可考虑选用加强型高承压机组，工作压力可达1.6MPa，但机组的价格将有所增加。⑤直燃机在样本中提供的制冷量、供热量等技术参数是在名义工况下或某一额定工况下的值，只能作为初选机型时参考。机组在