北京某游泳館空調(diào)設(shè)計(jì).doc

北京某游泳館空調(diào)設(shè)計(jì)摘要： 根據(jù)游泳館的建筑特殊性，指出了空調(diào)、通風(fēng)方案的主要目的，并且分析了冬夏季負(fù)荷計(jì)算的具體方法，說明了空調(diào)能耗的特點(diǎn)，結(jié)合這個(gè)特點(diǎn)，采用熱回收方式，提出了的空調(diào)方案。同時(shí)，以一個(gè)具體設(shè)計(jì)為實(shí)例，進(jìn)行了能耗分析，與不采用熱回收系統(tǒng)做了比較。 關(guān)鍵詞： 游泳館 負(fù)荷計(jì)算 熱回收 節(jié)能1. 概述游泳作為一種競(jìng)技體育項(xiàng)目和人民大眾體育活動(dòng)，日益得到廣泛的發(fā)展。作為開展這種體育活動(dòng)的場(chǎng)所之一室內(nèi)游泳館，也在逐步發(fā)展，功能逐步完善。由于游泳館具有特殊的建筑功能，因此，在空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，空氣處理方式，以及設(shè)備選擇上都有不同于常規(guī)建筑的地方。2. 設(shè)計(jì)方案2.1 建筑特點(diǎn)室內(nèi)游泳館常年使用，并且功能相對(duì)單一，因此，室內(nèi)的設(shè)計(jì)狀態(tài)常年一致。由于其建筑功能，室內(nèi)具有巨大的水面，水溫基本不變。由于人員衛(wèi)生要求，水體本身須循環(huán)處理，一般采用氯氣消毒方式，室內(nèi)空氣氯氣含量很高，室內(nèi)的空氣具有腐蝕性。2.2 空調(diào)、通風(fēng)特點(diǎn)2.2.1 空調(diào)、通風(fēng)要求由于氯氣的毒性和腐蝕性，因此室內(nèi)要保持一定的負(fù)壓，因此要設(shè)置排風(fēng)機(jī)。在空氣處理過程中，不可采用常用的一次回風(fēng)方式，因?yàn)楹新葰獾幕仫L(fēng)會(huì)腐蝕設(shè)備。2.2.2 負(fù)荷特點(diǎn)室內(nèi)由于濕負(fù)荷很大，且常年一致，因此，一年四季均須除濕。同時(shí)，由于室內(nèi)狀態(tài)基本不變，水面溫度也基本恒定，水面和空氣存在一定的溫差，加之水面面積巨大，在冬季形成較大的顯熱損失，不可忽略。室內(nèi)的負(fù)壓要求，會(huì)產(chǎn)生很大的空氣滲透，會(huì)帶來很大的熱、濕負(fù)荷，這點(diǎn)在計(jì)算負(fù)荷時(shí)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，予以考慮。2.2.3 空調(diào)目的根據(jù)冬夏季室外狀態(tài)的不同以及室內(nèi)的空氣狀態(tài)，確定空調(diào)的方案，同時(shí)也用于判斷各負(fù)荷是否可以做為設(shè)計(jì)裕量而忽略。冬季，室外溫度低，空調(diào)的目的是保暖和除濕；夏季，室外溫度高，濕度大，空調(diào)的目的是降溫和除濕。2.2.4 能耗要求由于必須采用直流式系統(tǒng)，運(yùn)行能耗是相當(dāng)大的，因此要采用一定的節(jié)能措施，如采用熱回收裝置，可以節(jié)約能耗。根據(jù)熱回收的機(jī)理不同，可以分為顯熱回收和全熱回收兩種，本例中采用全熱回收方式，逆流換熱。2.3 負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算應(yīng)該將控制范圍內(nèi)一切對(duì)室內(nèi)溫度和濕度產(chǎn)生作用的因素統(tǒng)一考慮，但是在實(shí)際分析和設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)室內(nèi)的具體情況和人員的接受程度，以及空調(diào)的目的不同，可以將某些負(fù)荷忽略，為實(shí)際運(yùn)行提供更廣闊的空間。2.3.1 夏季室內(nèi)負(fù)荷夏季室內(nèi)負(fù)荷包括四個(gè)方面，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)、人員、燈光等的常規(guī)冷負(fù)荷以及人員帶來的濕負(fù)荷按照不穩(wěn)定傳熱的方法計(jì)算，本文不再重復(fù)。由于室內(nèi)負(fù)壓產(chǎn)生的空氣滲透，而帶入的熱、濕負(fù)荷，由于溫差、濕差較小，可以忽略。空氣向水面的傳熱，對(duì)于室內(nèi)空氣而言，本身是熱量的散失，因此在夏季以降溫為目的的空調(diào)計(jì)算中，這部分可以作為設(shè)計(jì)裕量，也不考慮。但是，水面向空氣的傳濕，大幅度的增加了室內(nèi)的濕附和，應(yīng)予詳細(xì)計(jì)算。在計(jì)算水面向空氣傳濕量時(shí)，不宜按照一般手冊(cè)中提供的池水蒸發(fā)量計(jì)算公式，其中：w1敞開水面濕負(fù)荷 （kg/h）f水槽蒸發(fā)面積（m2）g單位水面蒸發(fā)量（kg/(m2 h)）b當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ╬a）因?yàn)樵撌绞前凑侦o止水面和較小風(fēng)速計(jì)算的，在游泳池的環(huán)境下，水面會(huì)濺起很多水珠，使得水和空氣的接觸表面大大增加，同時(shí)也會(huì)增加和空氣的相對(duì)速度，因此如果按照上述公式計(jì)算的傳濕量比較保守，同時(shí)，在游泳池旁邊，存在這較大面積的濕潤(rùn)地帶，這也是該類建筑所特有的，這些地帶的散濕量是很難詳細(xì)計(jì)算的，筆者根據(jù)相關(guān)資料*，對(duì)于游泳池的傳濕量，采用了對(duì)上述公式進(jìn)行修正的計(jì)算方法；對(duì)于周邊濕潤(rùn)地帶也得到了較為實(shí)際的傳濕量。兩部分的計(jì)算公式如下：（1）池水蒸發(fā)量其中：c蒸發(fā)系數(shù)，取值0.037p1水面空氣的水蒸汽分壓力（pa）p2水表面溫度的飽和水蒸汽分壓力（pa）(2)周邊濕潤(rùn)地區(qū)的傳濕量其中：w2周邊濕潤(rùn)地區(qū)的傳濕量（kg/h）空氣對(duì)水的對(duì)流換熱系數(shù)（kj/m2 oc h）tg空氣干球溫度（oc）ts空氣濕球溫度（oc）濕球溫度的汽化潛熱（kj/kg）f濕潤(rùn)地帶面積（m2）2.3.2 冬季室內(nèi)負(fù)荷也包括四方面，當(dāng)時(shí)此季節(jié)的空調(diào)要求是保暖和除濕。其中維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷按照常規(guī)計(jì)算。冷風(fēng)滲透部分，由于溫差較大，應(yīng)予計(jì)算，同時(shí)冷風(fēng)滲透帶入的干燥空氣，可以作為冬季除濕的裕量忽略?？諝庀蛩娴娘@熱傳熱則與空調(diào)目的一致，應(yīng)予計(jì)算。第四項(xiàng)為水面向空氣的傳濕，以及帶來的潛熱熱量。由于冬季和夏季的室內(nèi)空氣狀態(tài)相同，水面狀態(tài)也相同，因此冬季和夏季，水面以及周邊濕潤(rùn)地帶的傳濕量也相同。2.4 空氣處理過程2.4.1 處理原則首先，全年的送風(fēng)量一致，并且送風(fēng)和排風(fēng)量相同，便于空氣處理過程的控制和分析，其次，要確保除濕效果，把維持室內(nèi)濕度放在重要位置。同時(shí)，為了設(shè)備簡(jiǎn)單，易于管理，冬季和夏季要采用相同的熱回收設(shè)備。本例中采用轉(zhuǎn)輪全熱回收裝置，這種熱回收裝置的效率一般在70%左右。2.4.2 計(jì)算步驟（1）冬夏季分別計(jì)算送風(fēng)量，取較大值作為確定送風(fēng)量。冬季：為了防止換熱器結(jié)霜，應(yīng)先將室外空氣預(yù)熱到一個(gè)較高的溫度，一般取5 oc，根據(jù)熱回收效率得到熱回收器出口的空氣狀態(tài)，由熱濕比線計(jì)算送風(fēng)量。夏季：根據(jù)熱濕比線及送風(fēng)溫差確定送風(fēng)量。這里需要說明的是，當(dāng)冬季風(fēng)量較大的時(shí)候，夏季可采用再熱方式，當(dāng)夏季風(fēng)量較大的時(shí)候，可以選取效率較高的換熱設(shè)備，或者維持現(xiàn)狀，偏于安全。（2）根據(jù)送風(fēng)量確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，分別確定處理過程。冬季：根據(jù)熱濕比線得到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，確定二次加熱量。這里需要注意的是，送風(fēng)溫度不可過高，一般控制在45 oc左右。夏季：根據(jù)換熱器效率確定新風(fēng)在表冷器前的狀態(tài)點(diǎn)，確定冷機(jī)的裝機(jī)容量。2.5 能耗分析根據(jù)能耗計(jì)算，冬季熱回收效果比較明顯，可以達(dá)到30%左右，夏季熱回收效果低于冬季。但是冬季由于采用全熱回收裝置，會(huì)回收部分室內(nèi)的水分。2.6 計(jì)算實(shí)例室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)：tg=26 oc，=70%室外設(shè)計(jì)狀態(tài)：夏季：tg=33.2 oc，ts=26.4 oc冬季：tg=-12 oc，=45%室內(nèi)負(fù)荷：冬季：圍護(hù)結(jié)構(gòu)和冷風(fēng)滲透：243.4kw 水面向空氣的潛熱傳熱：257.2 kw空氣向水面的傳熱：128.6 kw夏季：475 kw濕負(fù)荷：370kg/h這里需要說明的是，夏季空氣滲透帶來的冷負(fù)荷為28.6 kw，濕負(fù)荷為19.8kg/h,分別占夏季室內(nèi)冷負(fù)荷和濕負(fù)荷的6%，5%。計(jì)算得到風(fēng)量為60000m3/h夏季空氣處理過程：狀態(tài)點(diǎn)室外熱回收出口送風(fēng)點(diǎn)室內(nèi)溫度（oc）33.229.41826含濕量（g/kg）18.617.311.516.5焓（kj/kg）81.57448.570.5冬季空氣處理過程：狀態(tài)點(diǎn)室外預(yù)熱后熱回收出口送風(fēng)點(diǎn)室內(nèi)溫度（oc）-1252146.526含濕量（g/kg）0.511.511.516.5焓（kj/kg）6517670.5相對(duì)濕度45%2.7 小結(jié)2.7.1 系統(tǒng)采用直流式，并且進(jìn)行熱回收，加排風(fēng)系統(tǒng)。2.7.2 整體處理方案為冬夏季風(fēng)量一致，處理方式不同。2.7.3 冬季空調(diào)目的為升溫降濕。2.7.4 夏季負(fù)荷計(jì)算中，空氣向水面的顯熱傳熱量可以作為裕量。冬季負(fù)荷計(jì)算中，這部分應(yīng)計(jì)入冷負(fù)荷，而由空氣滲透帶入的干燥空氣的除濕量則可作為濕負(fù)荷計(jì)算的裕量。2.7.5 計(jì)算采用同一設(shè)備，效率各項(xiàng)一致。2.7.6 冬季空氣進(jìn)入全熱回收設(shè)備前必須預(yù)熱。2.7.7 冬季節(jié)能效果比夏季明顯。*文中提及相關(guān)資料來自于張鐵輝娛樂性游泳館采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)若干問題的探討（北京建筑設(shè)計(jì)研究院內(nèi)部論文集），在此特別表示感謝。參考文獻(xiàn)：幾種bchp技術(shù)及其能源利用效率的簡(jiǎn)要分析摘要： bchp是能量梯級(jí)綜合利用的技術(shù)，對(duì)于解決我國面臨的環(huán)境、能源問題有重要作用。本文對(duì)bchp與傳統(tǒng)空調(diào)用能方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，討論了現(xiàn)有技術(shù)條件下幾種bchp技術(shù)的性能和特點(diǎn)，對(duì)基于微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的bchp技術(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在目前的技術(shù)水平下，當(dāng)”以熱定電”時(shí)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)方案較微燃機(jī)方案的一次能耗要低。 關(guān)鍵詞： bchp 微型燃?xì)廨啓C(jī) 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī) 以熱定電1 引言能源、環(huán)境問題是中國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略所面臨的重大挑戰(zhàn)之一，應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，需要各行各業(yè)密切協(xié)作，在各自的領(lǐng)域里作出巨大努力，空調(diào)制冷業(yè)也不能例外。事實(shí)上近年來空調(diào)制冷業(yè)的發(fā)展，正在造成我國乃至全球能源、環(huán)境危機(jī)：空調(diào)用電不僅已成為城市能源消費(fèi)最多的領(lǐng)域之一，還在夏季造成電網(wǎng)尖峰負(fù)荷，致使電力供應(yīng)出現(xiàn)緊張局勢(shì)；而空調(diào)在全球的使用也直接、間接地造成諸如大氣臭氧層破壞，溫室氣體排放，城市熱島1等環(huán)境問題。因此，解決能源、環(huán)境問題，空調(diào)制冷行業(yè)有著不可推卸的責(zé)任，理應(yīng)有所作為和貢獻(xiàn)。提高設(shè)備性能雖然是解決問題的一個(gè)重要方面，但在空調(diào)使用飛速增長(zhǎng)的中國，僅僅這樣還遠(yuǎn)不夠，必須從提高整個(gè)能源系統(tǒng)效率的角度出發(fā)，研究提高空調(diào)系統(tǒng)用能的高效化、清潔化，有效降低空調(diào)制冷能耗，減少環(huán)境污染，這是一個(gè)不可忽視的領(lǐng)域1,2，而bchp作為一種能量梯級(jí)綜合利用的技術(shù)，可以在這方面發(fā)揮重要作用1,2,3，本文就幾種bchp技術(shù)的能效作一初步分析。2 bchp的概念及其優(yōu)越性bchp即樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)，是building cooling, heating and power的縮寫，其原理是：燃料（油、氣等）先經(jīng)熱功或電化學(xué)過程轉(zhuǎn)換為電力供建筑物使用，燃料發(fā)電后的余熱則用于建筑物供熱、空調(diào)等，如圖1所示。而在傳統(tǒng)的以電力為能源的空調(diào)系統(tǒng)中，高品質(zhì)的能源在中國目前最主要的部份是煤首先以較低的效率被轉(zhuǎn)換為“清潔的”二次能源電力，經(jīng)輸配電設(shè)施到建筑物，再經(jīng)制冷制熱設(shè)備轉(zhuǎn)換為低品位的空調(diào)冷熱源通常是冷水或熱水，在此過程中能量不僅在質(zhì)上貶值了高品位的能量被轉(zhuǎn)換成了低品位的空調(diào)冷熱水，且數(shù)量上也“減少了”：大部份排熱因遠(yuǎn)離用戶而作為廢熱與nox、so2、粉塵等污染物一起被排入大氣，造成環(huán)境污染，如圖2所示。比較上面兩種空調(diào)用能模式可見，bchp的用能方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)：用能合理，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，減少了能量轉(zhuǎn)化和利用過程中的不可逆損失；高效，燃料作功后的余熱也得到充份利用；清潔，可使用天然氣等清潔燃料；環(huán)保，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池均有低排放特點(diǎn)；分布式現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電，提高供電可靠性。在當(dāng)今中國，空調(diào)用電持續(xù)增加，而污染嚴(yán)重的礦物燃料煤又占能源消耗絕對(duì)多數(shù)比例，為緩解環(huán)境、能源問題，國家已啟動(dòng)了一系列天然氣工程，預(yù)計(jì)未來天然氣在能源消費(fèi)中所占比例將有較大幅度提高。但我國是一個(gè)人均能源、資源稀少的國家，已探明天然氣儲(chǔ)量并不能滿足國內(nèi)能源需求，因此，應(yīng)當(dāng)盡可能高效、經(jīng)濟(jì)地使用，如bchp，cchp，dhc等等，使之在解決人口密集的城市的能源、環(huán)境問題方面有效發(fā)揮作用。3 幾種bchp技術(shù)3.1 bchp的系統(tǒng)構(gòu)成根據(jù)其功能，bchp系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng)：燃料電力轉(zhuǎn)換及接入設(shè)備、空調(diào)冷熱源熱備、包括空氣處理末端的空調(diào)系統(tǒng)。各子系統(tǒng)均有多種技術(shù)方案，各有特點(diǎn)。3.2 幾種 bchp技術(shù)方案的性能特點(diǎn)3.2.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)余熱溴化鋰機(jī)組方案此方案中，微型燃?xì)廨啓C(jī)（出力300kw以下）發(fā)電后的余熱被直接用以驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，制冷量不足時(shí)可補(bǔ)燃以增加冷機(jī)出力。目前小型燃機(jī)發(fā)電效率在30以下，國外有數(shù)家公司有商品化機(jī)組，國內(nèi)也已開始投入力量進(jìn)行研發(fā)。吸收式機(jī)組國內(nèi)外均有生產(chǎn)廠家。此方案系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，且不用氟利昂制冷劑，與建筑用能匹配也較容易。3.2.2 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)余熱投入型溴化鋰機(jī)組方案在此方案中內(nèi)燃機(jī)發(fā)電后的余熱先進(jìn)行回收，然后被導(dǎo)入直燃機(jī)用以預(yù)熱溶液，減少燃料消耗量。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)特別是帶增壓中冷的機(jī)組發(fā)電效率較高，目前在30-42間，依機(jī)組容量而異。冷（熱）負(fù)荷較低時(shí)，也可僅以排熱驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)。3.2.3 高溫燃料電池余熱溴化鋰機(jī)組方案燃料電池是將燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，不受卡諾定律的限制，有很高的發(fā)電效率（50-79）。sofc（固體氧化物燃料電池）和mcfc（熔融碳酸鹽燃料電池）可直接以天然氣作燃料發(fā)電4，不僅發(fā)電效率高，且排熱溫度高，可達(dá)750，用以驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，可獲得較高的能效比。此方案因發(fā)電效率高，排熱相應(yīng)較少，也需要補(bǔ)燃才可提供足夠冷量。3.2.4 燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)壓縮式制冷這是一個(gè)無吸收式制冷技術(shù)的方案。燃?xì)鈾C(jī)除用以發(fā)電外，還可用以直接驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮式制冷機(jī)或熱泵，也可以發(fā)電后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)制冷機(jī)組，依建筑物需要而定。燃?xì)鈾C(jī)的余熱可作各種用途，包括用于除濕干燥，這可以提高制冷機(jī)出水溫度，使制冷機(jī)組能效比大幅提高；在熱泵應(yīng)用中則可以提高制熱量，使之在外界環(huán)境溫度下降時(shí)仍能維持一定的制熱量。因燃?xì)鈾C(jī)熱效率較高，這個(gè)方案的一次能利用效率也是較高的。除以上方案外，還可能有其它方案的組合，而其它技術(shù)如pafc（磷酸型燃料電池）、pemfc（質(zhì)子交換膜燃料電池）也是合適的bchp動(dòng)力設(shè)備，在此不一一述及。下表列出了國內(nèi)外知名廠家如康明斯，卡特彼勒，寶曼等的發(fā)電機(jī)組所能達(dá)到的性能。由表可見，不同產(chǎn)品發(fā)電效率、余熱品位（溫度）相差較大，要分析與其相應(yīng)的bchp的能效，只有火用效率才是合理的指標(biāo)1，但這在計(jì)算上有些不便，為使分析可行，本文將在一定的熱（冷）、電負(fù)荷下進(jìn)行不同方案的一次能消耗的分析比較。表1.幾種動(dòng)力轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能參數(shù) 項(xiàng)目參數(shù)內(nèi)燃機(jī)外燃機(jī)微燃機(jī)*sofc發(fā)電效率32-383015202550-60高溫余熱溫度（）520/550/700制冷系數(shù)*1.0/1.0/1.25低溫余熱溫度（）9050/9595/制冷系數(shù)*0.75/0.80.8/*理論估計(jì)值，根據(jù)直燃機(jī)高發(fā)溫度160度、cop較高值為1.35推算得到。*某公司熱水型溴冷機(jī)數(shù)據(jù)。*見bowman 公司產(chǎn)品介紹。4 兩種bchp技術(shù)的能效分析鑒于微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)在目前是較成熟的技術(shù)，因此本文著重討論基于這兩種技術(shù)的bchp技術(shù)：方案1 和方案4。設(shè)有一建筑物，其冷負(fù)荷為qc，自發(fā)電負(fù)荷為w。則依方案1的能量轉(zhuǎn)換方式可得：上式中，吸收式制冷機(jī)的性能系數(shù)；t燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率；吸收式制冷機(jī)補(bǔ)燃功率。設(shè)補(bǔ)燃功率制冷量為總冷負(fù)荷的x倍，即，則設(shè)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電效率為e，壓縮式制冷機(jī)性能系數(shù)為，不考慮內(nèi)燃機(jī)余熱回收，則方案1的一次能消耗量及方案4的一次能