暖通空调技术的发展及对设计的启示.doc

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1、暖通空调技术的发展及对设计的启示摘要：介绍暖通空调技术发展概况，结合设计，重点对CFD应用、水源热泵技术、蓄冰技术和冷、热源选择的多元化进行了探讨。关键词：关键字：HVAC CFD应用；水源热泵；蓄冰技术；能源多元化一、暖通空调（HVAC）技术发展概况随着国民经济的快速持续发展，作为支柱产业之一的建筑业也得到迅猛发展。而作为建筑业的重要组成部份的暖通空调业，其新产品、新技术、新材料更是层出不穷。暖通空调业发展所遵循的原则，概括起来就是：节能、环保、可持续发展，保证建筑环境的卫生与安全，适应国家的能源结构调整战略，贯彻热、冷计量政策，创造不同地域特点的暖通空调发展技术。具体的可概括为以下十二个方

2、面1.供暖技术分户热计量的实施（收费办法探讨及实施）；供暖系统改造；低温地板辐射供暖；新型散热器应用、开发；区域供热供冷、冷热电联供技术；分布式冷热电联供技术。2.通风技术夏热冬冷地区住宅通风；传染病医院病房通风；手术室等生物洁净空间的空调洁净技术；商场、地铁等公共空间的通风；工业通风。3.室内环境质量热舒适环境（尤其是适合中国人群特点的研究及应用）；室内空气品质（室内建筑装饰材料、设备散发污染物规律研究，评价方法等）；通风空调气流组织与室内空气品质。4.燃气空调燃气热泵；使用燃气的冷热电三联供；燃气蒸汽联合循环。5.蓄能技术冰蓄冷空调；低温送风技术；水蓄冷技术；蓄热供暖（蓄热电锅炉等）。6.

3、公共建筑HVAC体育馆、剧院、商场、商用办公综合楼等的供暖空调通风技术；建筑防排烟设计。7.可持续发展能源技术与暖通空调可再生能源利用（太阳能、自然通风、夜间通风冷却等，光伏技术等）；热回收技术与设备；建筑本体节能（包括保温隔热措施、相变材料墙体、节能窗技术等）；被动式建筑。8.节能环保设备的开发利用低位热能和水源、土壤热源的热泵；高能效设备（冷热源、风机水泵、末端设备、控制装置）9.空调通风系统和设计进展分散式个别空调；变风量、变水量系统；置换通风及相关系统研究和应用；住宅空调方式；新风利用（如独立新风系统、新风空调机等）、蒸发冷却技术应用。10.模拟与分析技术、智能控制暖通空调能耗模拟、能

4、量分析（气象参数统计分析、软件应用开发等）；CFD应用；建筑自动化技术；暖通空调与智能建筑。11.施工安装和运行管理施工安装技术；交工调试；运行节能；空调通风系统清洗、过滤、灭菌等。12.制冷技术空调相关制冷技术研究应用进展；新型制冷型、天然制冷剂、含氯氟烃制冷剂替代物；新型制冷循环（CO2跨临界循环等）。二、结合设计，需要重视和探讨的几个问题由于暖通空调技术的发展和变化，特别是建筑市场竞争激烈，业主需求日益现代化、多样化、重视国外技术的移植与引进，而节能、环保、绿色等概念的影响及我国能源结构的调整，对暖通空调设计的挑战越来越严峻。因此，如何结合设计的需要，重视相关技术，并有选择而合理的应用在

5、我们的设计中，满足业主要求，提高设计水平，是我们必须努力做到的。下面，仅提出四个主要方面，供大家探讨。1.重视CFD技术的应用CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称。它是伴随着计算机技术、数值化计算技术的发展而发展起来的。CFD相当于“虚拟”地在计算机上做实验，用以模拟实际的流体流动与传热情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动和传热的微分方程，得出流体流场在连续区域上的离散分布，从而近似地模拟流动情况。因此，CFD是一种模拟仿真技术。在暖通空调领域，近年来，经过高等院校、科研和设计单位的共同努力，在模拟予测室内外或设备内的空气或其它工质

6、流体的流动情况的应用方面，越来越多。CFD可以对一些高大空间、公共建筑（体育场馆、大型音乐厅堂）、地铁等通风空调空间的气流组织设计，以可视化的方式将速度场、温度场，用动态或静态予以展示；对一些建筑小区或建筑群（如：CBD地区）的二次风、热环境等进行模拟分析，以求能设计出合理的建筑风环境；暖通设备的质量的提高、性能的改进，也可以借助CFD得以实现。CFD以成本低、速度快、资料完整且可以模拟各种不同工况的特点，成为分析和竞标工程项目的有力工具。许多设计院都在奥运及相关工程中，应用了CFD分析，并配以彩色的温度场、速度场图示，得到业主好评。清华大学开发了通用三维流动与传热的数值模拟程序STACH-3

7、，同济大学、湖南大学及北京工业大学在CFD方面也都作了不少开拓性工作。北京市建筑设计院，专用设置了CFD应用机构，用以解决重大项目投标和设计上的难题，推动了设计水平的提高。值得一提的是，北京建筑设计院为了设计工作需要，利用CFD技术，对我院设计的融科资讯中心的C座大厅，进行了室内热环境的予测分析，以供设计借鉴和指导。高大空间采用玻璃幕墙，为室内热循环的控制与设计带来了新课题。而融科资讯中心大厅，面积约为900m2，高9m，屋顶及围护结构均为玻璃幕墙，大厅内的热环境具有一定的典型性和普遍性。北京院经过CFD分析，表明设计可以满足冬季及夏季空调采暖要求。但冬夏季均有较大温度分布不均及温度垂直分层现

8、象。为此提出在类似工程设计时的改进建议。北京院用CFD起到了“他山之石，可以攻玉”的效果。我院的一些项目，也提出了应用CFD的要求。如：中京艺苑的京剧院部分、北京一机床的重型装配车间，都涉及到了高大空间的气流组织问题。特别是后一个项目，是工业项目，空调要满足工艺要求。该厂房，有4CFD的要求。如：中京艺苑的京剧院部分、北京一机床的重型装配车间，都涉及到了高大空间的气流组织问题。特别是后一个项目，是工业项目，空调要满足工艺要求。该厂房，有4个24m跨，2个30m跨，最高处屋架下弦约25m.总建筑面积约3万m2.工艺要要求：30m跨10.0m高度范围内，24m跨5.0m高度范围内，夏季温度302，

9、冬季182。水平方向30m内，温度要求为2。空调设计在5m、10m处分别采用风机盘管（约800余台）沿外墙和柱间跨相对送风，在屋架下弦采用喷口（200400）送风。为了满足厂房要求，弄清气流组织效果。院委托清华大学进行了CFD分析。这是我院施工图项目应用CFD的第一个。相信将对最终落实空调设计方案，是十分有益的。并将为CFD技术在我院应用，起到促进作用。如果CBD的财富中心区的热环境也能用CFD分析，必将为我院的建筑师提供有效帮助。2.重视水源热泵技术的应用近几年，随着空调节能和环保要求的日益迫切和严格，在北美和北欧等国相当普遍与成熟的水源热泵空调系统，在我国从起步阶段而得到较快发展。我国在水

10、源热泵理论探索、试验研究、产品开发和工程项目的应用上，都取得了可喜的成果。据2003年统计，仅在北京推广热泵技术的厂家包括：北京恒有源科技发展有限公司、山东富尔达公司、法国CIAT公司、清华同方等9家。承担热泵系统设计的单位越来越多。北京已有187个单位使用了水源热泵系统，供暖面积达294万m2，新开发的建设项目也都提出进行水源热泵的可行性分析，因此，了解、熟悉和掌握水源热泵系统，并在合理条件下，选择并应用，是设计人员适应建筑市场需求的必备能力。水源热泵分为两大类，即水环热泵和地源热泵。后者又分为土壤源热泵和地（表）下水热泵。目前发展较迅速的主要是地（表）下水热泵。其特点是利用浅层低温地能（热

11、），一般温度相对恒定（25），经过热泵提升至建筑物采暖需要的温度（5060）。热泵能效比高（一般COP可达35）。而这种能量地下储量巨大，且可以再生。夏季制冷时，将热量排入地下；冬季供暖时，在地下取热，同时将冷量排入地下，循环利用。浇层地能的采集，主要是在合适的条件下，通过打井抽灌浅层地下水来实现的。我国地下水四季不同地区，一般为624，基本恒温。采集地下低品位水时，基本原则是只用其热，不用其水，用后必须回灌。地下水源应当保证水量充足，水温适当，水质良好，供水稳定，易于回灌。且要加以监控，严防污染和浪费。地下取水深度多在100m左右，含水层厚度一般应大于5m；冬季地下水温不应低于10；地下水含

12、砂量应为1/200000；回灌水基本与抽水水质相同。地下水的抽取与回灌方式，目前分为“单井抽灌”和“异井抽灌”方式。“单井抽灌”技术为北京恒有源公司开发，并申请了专利。在北京，已在11个单位应用，供暖面积达154万m2.其中，包括近9万m2的海淀区政府和3万m2的海淀区公安局的办公楼，以及学校、银行、档案馆、高层住宅等建筑。我院设计的中关村软件园信息中心，建筑面积约2万m2，也采用了“单井抽灌”的水源热泵空调系统。其空调冷负荷为1410kW，空调热负荷为1400kW.设计中采用了三套水源热泵机组，主机型号为HT760，以R-22为冷媒。夏季提供7/12冷冻水，冬季提供55/50热水。其综合能效

13、比COP值，夏季为4，冬季为3.经过技术经济比较，水源热泵方案初投资570万元，单位空调造价285元/m2；溴化锂直燃机方案，初投资为750万元，单位空调造价375元/m2；燃气锅炉加冷水机组方案，初投资为700万元，单位空调造价350元/m2.全年运行费用：水源热泵25.36元/m2.年；直燃机46.92元/m2.年；燃气锅炉加冷水机组为41.32/m2.年。同时，水源热泵机房面积小，无辅助建筑，运行中无污染物排放，无冷却塔系统。因此，“单井抽灌”的水源热泵的优势明显。“异井抽灌”系统，在北京以北京警察学院为代表。该院占地约80公顷，建筑面积约15万m2，采暖热负荷为15153kW，空调冷负

14、荷为16081kW.全院共设计两个水源热泵系统，总水量为1170m3/h.共打井20口，其中供水井与回灌井各8个，沉砂井和溢流井各2个。供水井间距为200300m，井深300m，每口井设计流量为150m3/h.回灌井布置在院区中部较大范围内，以使回灌水灌至上游。上述系统于2001年8月进行设计，2003年9月投入运行。是水-水热泵在较大范围的工程中的实践，对水源热泵推广有借鉴作用。从目前情况来看，在城市密集区，采用“单井回灌”技术，有较明显优势。这是因为井距小，约10m左右，管路敷设距离短。同时，井深多为100m左右，有利打井。系统中无单独的回灌井、沉砂井和溢流井，管理、维护、调试相应简单。3

15、.关注蓄冰空调与低温送风近年来，由于经济的快速发展，我国电力供应在部份省市出现紧张、短缺的局面。去年和今年尤为突出。北京今年夏季最高用电负荷从去年的846万kW增加到950万kW，其中，家用空调约为300万kW，大型公用建筑的空调峰值用电达100万kW，空调用电已占全市用电负荷的40%.因此，空调用电的节省对缓解北京夏季用电紧张，十分重要。特别是电力系统采取了分时电价，鼓励合理用电，以解决电力负荷的峰谷差现象。而蓄冰空调技术是重要方法之一。蓄冰技术是采用制冷机和蓄冰装置，在电网低谷时的廉价电费计时区域，进行蓄冰作业；而在空调高峰负荷时，将所蓄冰冷量释放的成套技术。蓄冰技术要合理选择蓄冰介质、蓄冰装置与设计系统组合，利用优化的传热手段，通过自动化控制，周期性地实现高密度的介质蓄冰与合理的冷量释放。凡执行分时电价，且峰谷电价差较大的地区，同时自身空调用电负荷又不均衡的用户，如办公楼、商店、宾馆、影剧院、体育馆等，经过技术经济比较，都可以采用。蓄冰方式可分为：动态型，即将制冰与蓄冰分开，如：冰浆式、冰晶式和冰片滑落式；静态型，有盘管外结冰式（包括内融冰式和外融冰式）和封装式（冰球、冰板和芯心冰球式）。迄今止，我国建成和在建的蓄冰空调工程已达200多项。北京建成