空调通风设计中冷热源的特点与选择

随着经济的发展, 空气调节逐渐成为现代建筑不可缺少的设施之一。近年来,南京地区现代化的娱乐、商贸、办公等建筑及高级公寓等大量涌现, 加上原有商业建筑、办公建筑及城市民宅空调使用量的增加,城市建筑空调耗能量及其占城市总能耗的比重近几年急速增加。城市能源的供需矛盾进一步加剧。可以预见在不久的将来, 南京城市总能耗中 ,有 1/4 -1/3 左右为建筑空调耗能。[1]由于空调供暖与空调供冷方式, 即空调冷热源形式直接决定了建筑空调系统的能耗特点与耗能量及空调系统对外部环境的影响情况,所以, 加强建筑空调供暖、供冷可行方式的研究 ,全面客观地分析各处类型空调冷热源的特点 ,加强政府部门的规划与调控措施,合理确定空调冷热源 ,对于建设单位(投资商)与用户的利益, 对于整个城市的节能工作与环护工作, 对于整个城市有序发展都有十分重要的意义。

冷热源是一个空调系统的重要组成部分,其设计合理与否,直接影响空调系统的使用效果、运行的经济性等问题。目前,在空调系统中普遍使用电力驱动或热力驱动的冷水机组作为空调系统的冷源,这两类冷水机组又包括很多具体形式。空调系统的热源主要有自备锅炉、热电厂、城市热网供热、热泵等。上述各种不同的冷源和热源形式经过组合,形成了多种空调冷热源方案。因而,在空调设计中,可供设计人员选用的空调冷热源形式的种类是很多的。空调设计人员在方案设计阶段的任务便是从中选择一个最优方案。

1.空调冷热源方案设计的决策依据

空调冷热源方案设计是一个普遍性与特殊性相结合的问题 ,应在考虑具体设计特定条件的基础上,对符合要求的各备选方案在总体上进行比较。显然 ,对不同方案进行比较时的依据,也是影响方案设计决策的重要因素 。一般情况下, 选择冷热源方案时应考虑以下因素 :(1)初投资 、运行费用 ,不同冷热源方案的初投资和运行费用有较大差别 ,在选择方案时应进行仔细的分析比较。(2)能耗 ,空调系统能耗在建筑能耗中占有很大的比例, 虽然在运行费用中已包含能源消耗的费用, 但是各种能源的价格并不完全反映能源消耗的多寡。节能是我国的基本国策 ,因此 ,在选择冷热源方案时, 还应注意减少系统的能量消耗 。(3)环保影响, 为了解决环境污染问题, 保护环境也已成为我国的一项基本国策。因而 ,将对环境的影响作为空调冷热源的一项决策依据是很有必要的。(4)运行的可靠性 、全性、操作维护的方便程度、使用寿命。(5)机房面积 、燃煤锅炉房要求的储煤 、渣面积 、贮油条件等。综上所述, 将空调冷热源方案的影响因素归纳为经济性因素、使用特性 、对建筑的影响、社会效益等四个方面。[2]其中, 经济性因素以总费用年值表示 ,使用特性包括冷热源设备的可靠性 、安全性、维护管理的方便程度等三个方面, 对建筑的影响以冷热源设备所需机房面积表示, 社会效益包括冷热源设备的能耗及其对环境的影响两个方面。另外，空调冷热源形式选择应避免在未作出全面细致的比较，选择了不适宜建筑功能特性的空调冷热源主机。更忌讳对冷热源选型及及参数不加以说明[3]。有了这些依据，我们便可以进行下一步，开始制定可行方案。

2.空调冷热源可行的组合方案

在选用上，应主要考虑以下因素：A. 从性能特点方面考虑B. 从投资方面考虑C. 从能耗方面考虑D.从对环境污染方面考虑E.从设备适用性方面考虑。[4]经过查阅资料比对，制定出以下可行方案（1）冷水机组供冷 余热（废热）或热网供热.（2）冷水机组供冷 天然气或人工煤气供热.（3）蒸汽（热水）溴化锂吸收式冷水机组供冷 燃煤锅炉供热.（4）水冷电动冷水机组供冷 燃煤锅炉供热.（5）水冷电动冷水机组供冷 燃油（气）锅炉供热.（6）水冷电动冷水机组供冷 电锅炉供热.(7)风冷电动冷水机组供冷 燃煤锅炉供热.(8)风冷电动冷水机组供冷 燃油（气）锅炉供热.(9)燃油（气）直燃式溴化锂吸收式冷热水机组供冷、供热.(10)燃油（气）直燃式溴化锂吸收式冷热水机组供冷 燃油（气）锅炉供热.(11)空气源/水源/地源热泵冷热水机组供冷、供热.(12)空气源/水源/地源热泵冷热水机组供冷 燃油（气）锅炉供热。实际上，可选择的方案远不止这些。在空调冷热源方案的选择中，需要在各目标之间进行折中分析，要协调矛盾，权衡利弊，进行综合考虑。

3.冷、热源设备或机房的合理布置方法

现代商业建筑商场空调冷、热负荷大 ,所以冷、热源设备也很庞大 ,为了节省机房面积 ,除了有条件地区采用区域供冷、供热外 ,大多数把冷源、热源机房放在本座楼内或附近建筑物内的地下室或屋顶层 ,应充分考虑隔声、减振、防噪、及安全等问题。作为热源的锅炉 ,除供应冬季空调热源外 ,还可供应大楼生活用水和蒸气。冷、热源设备布置有以下几种最佳方案供参考:

( 1)冷、热源集中布置在地下层 ,对管理、维修、噪声、振动等比较好处理 ,一般用于多层商场建筑和 20～ 25层以下高层建筑的商场建筑中 ,否则设备蒸发器、冷凝器、水泵承受压力过大 ,能耗也大 ,锅炉烟囱要从地下层引至屋顶 ,所占空间大 ;( 2)冷、热源集中布置在最顶层 ,冷却塔与冷冻机 (包括蒸发器、冷凝器 )之间管路短;冷冻机承压小 ,节省管道 ,锅炉烟囱短 ,且占空间小 ,但应注意燃料供应 ,防火 ,设备搬运 ,消声防振等问题 ,欧、美在 30～60层的建筑物中常采用这种方式 ;( 3)冷冻机在地下层 ,热源在屋顶层 ,它兼有上、下两者的优点 ,节省管路、烟囱短且占空间小;( 4)部分冷冻机设在中间层 ,对于使用上分高低区的商业建筑较合适。 中间的冷冻机常考虑用吸收式以利于减少噪声和振动; ( 5)冷热源集中放在中间层 ,设备承受一定压力 ,管理方便 ,但中间设备层要比标准层高 ,噪声和振动容易上、下传递 ,结构上应作消声处理;( 6)把底层部分冷冻机冷却塔放在地面上 ,减轻承压 ,但冷却塔需要考虑隔声措施;( 7)设置独立式冷热机房 ,常应用在无地下层建筑或原有建筑没有空调必须新建机房的情况。其优点是隔声减振有利 ,但管较长 ,目前我国采用的还比较多。[5]