1、 毕业设计 开题报告 建筑环境与设备工程 济南市泉州宾馆建筑空调和太阳能热水系统设计 一、选题的背景、意义 我国拥有具有完全自主知识产权的太阳能热利用核心技术 。 这个科技原创性技术演化成了这一民族产业迅速挽模化和工业化扩张的强大动力 , 推动了我国太阳能热利用产业的蓬勃发展 , 使我国成为世界最大的太阳能热水系统生产和使用国 。 我们深深地体会到 : 科技创新需要有合理适用的高目标 ,科学有序的探索路径 ,脚赌实地的研究态度 , 更需要理头苦干 ,双蔽无闻的奉蔽精神 。 科技是第一生产力的巨大作用和不断创街的科技成果成就了我国的阳光产 业 。 太阳能热利用的科技成果迅速实现产业化 , 由此获
2、得的生活热水始终保持着最好的性价比 。太阳能热水器的投资成本老百性普遥可以接受 , 后期运行成本低康 , 适合中国的国情 , 适应人们日益增长的文化物质雷求 , 适用于小城镇 ， 新农村建设的雷求和农民生活条件改善的需要 , 有看广阔的市场空间 。 可再生能源开发利用关系到人类经济社会的可持续发展 。 近些年来 , 我国各级政府出台了一系列扶持可再生能源发展的优息政策 , 使太阳能热利用产业获得了迅速发展和延伸应用领城的良好环境 。 二、相关研究的最新成果及动态 早在 20世纪 50年代初 ，太阳能热利用的先驱者 Jodan和 Therkeld就指出了太阳能热泵的优越性，即可同时提高太阳能集热
3、器效率和热泵系统性能。随后，日本、美国、瑞典、澳大利亚等发达国家纷纷投入了大量的人力、物力对太阳能进行深入的研究与开发，在各地实施了多项太阳能示范工程，例如宾馆、住宅、学校、医院、图书馆以及游泳馆等，取得了一定的经济效益和良好的社会效益。 在能源和环境问题日益严峻的今天，太阳能因其具有显著的节能性和环境友好性，得到了越来越广泛的关注。近年来，土耳其、印度尼西亚等发展中国家也对太阳能热泵进行了大量的研究。在产业 化发展方面，美国的 Solar King 系列太阳能热泵供热设备以及澳大利亚的 Quantum系列太阳能热泵热水器等就是比较典型的产品范例。 在我国也有相关方面的研究，目前碳氢燃料日渐枯
4、竭的严重形势下，开发太阳能更显得优越性。开发太阳能的最大障碍是它受昼夜、季节、阴晴变化的影响，极具不稳定性。克服这一不足并且高效的使用它是摆在各国科学家面前急迫的课题。迄今为止，已获得大量可喜成就就我国而言，在太阳能利用方面也已获得多项成果。例如太阳能热水的推广与普及，被动式太阳房的改造，等等。但就如何保证冬季夜间不断采暖而言，在 这方面的研究并不多见。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 3.1 设计内容 3.1.1 设计要求 济南市泉州宾馆一层为商铺，二至四层为客房， 各层层高、建筑面积及功能分区如建筑平面图所示。要求对该商场进行夏季空调设计。 该建筑物
5、相关资料如下： (1)墙体 构造： 240mm 砖墙 +20mm 水泥砂浆抹灰 +防潮层（用于炎热潮湿地区） +80mm保温层（水泥膨胀珍球岩） +水泥砂浆抹灰加油漆； 导热热阻： 1.07 2m /W； 传热系数： 0.80W/ 2m ； 质量 :568kg/ 2m ；热容量： 494kJ/ 2m ；属类墙； 浅色外墙，吸收系数修正值 K =0.94 W/( 2m )； 外表面换热系数 out 18.6 W/( 2m )； 外表面换热系数修正值 K =1。 (2)屋顶 外表层 5mm厚白色小石子 +卷材防水层 +找平层 20mm水泥砂浆 +100mm保温层（沥青膨胀珍珠岩） +隔汽层 +水泥
6、砂浆找平层 +120mm预制钢精混凝土空心板 +内粉刷； 导热热阻： 100 2m /W； 传热系数： 0.62W/ 2m ； 质量 :325kg/ 2m ；热容量： 281kJ/ 2m ；属类 屋顶； 浅色屋顶，吸收系数修正值 K =0.62 W/( 2m )； 外表面换热系数修正值 K =1。 (3)玻璃 玻璃为 5mm厚钢窗，单层钢窗； 窗玻璃的遮挡系数： 0.94 商场无遮阳，其它房间用浅蓝布帘； 窗内遮阳设施的遮阳系数： 0.6 玻璃外表面换热系数 18.96W/ 2m ； 玻璃内表面换热系数 8.7 W/ 2m 。 3.1.2 设计参数 （ 1） 室外设计参数 纬度：北纬： 28.
7、12， 东经： 112.59； 冬季大气压力为 1019.9Pa； 冬季：采暖室外计算 (干球 )温度为 0； 最低日平均温度为 -6.9； 室外平均风速为 Vw=2.4m/s； 最冷月相对湿度： 81%； 日照率为 27%。 （ 2） 室内设计参数 根据采暖通风与空气调节设计规范和国家计委、国家旅游局文件的规定 , 国内舒适性空调室内设计参数为夏季：干球温度 22-28，相对湿度：40-65% 。 在选定温湿度的时候，既 要考虑顾客的需要，更要考虑商场职工的要求，同时又要考虑空调系统的节能。特别是长沙位于南方，夏天高温天气持续时间较长，取参数上限 28作为夏季室内设计温度。在夏季，出于节能和
8、降低空调投资方面的考虑，一般商场空气处理不设再热器，要使商场相对湿度控制在上述范围是难以实现的，故相对湿度上限放宽到 75%，具体设计参数见表 3 表 3 室内设计参数 房间名称 温度（） 室内相对湿度 新风量 (m3/人 .h) 商铺 28 75 20 客房 28 60 20 （ 3）新风量确定 3 根据设计规范 ,商场一般按每 人 20m3/h 进行计算。客房新风量按每人20m3/h进行计算。 （ 4）照明负荷及人流密度确定 根据原始资料，具体取值见表 4 表 4 人员密度与照明负荷 房间类型 人员 密度 2m /人 照明 W/ 2m 客房 16 7 会议室 2 40 办公室 15 30
9、餐厅 2 20 商场 10 40 大厅 10 20 展厅 10 20 活动室 5 20 会客室 6 30 服务台 8 20 管理室 17 20 3.2 设计方案选择 3.2.1 冷热源方案 目前商 业 建筑采用的冷源主要有以下几种 ： 离心式、螺杆式、溴化锂吸收式机组。应根据不同商场的冷负荷大小和各地区能量的供给条件、容许接受电力的能力进行选择。对于大型商场 ,广泛采用离心式、溴化锂吸收式机组；对于中型商场 ,广泛采用螺杆式、溴化锂吸收式机组；对于小型商场 ,可采用分体式空调器、窗式空调器或风冷冷热水机组。 本次设计选择直燃型溴化锂吸收式机组（简称直燃机）作为冷热源。 直燃机具有如下特点：利用
10、热能为动力，与电动冷水机组相比可以明 显节约电耗；制冷机组在真空状态下运行，无高压危险，安全可靠，除屏蔽泵外无其他振动部件，运行安静；制冷量调节范围广，在 20%-100%负荷内可进行无极调节，并且随着负荷的变化调节溶液循环量，有着优良的调节性能；对外界变化的适应能力强，可在蒸汽压力 0.2-0.8Mpa(表）、冷却水温度 20-35、冷冻水出水温度5-15的范围内稳定运行；用户无需另配锅炉或蒸汽外网，只需少量电能和冷却水系统，即可投入运行；对城市能源季节性的平衡起到一定的积极作用，城市夏季用电量大而燃气用量少，采用直燃机可减少夏季电耗，增加燃气 耗量；直燃机结构紧凑，体积小，机房占用面积小，
11、安装无特殊要求，使用操作方便。 3.2.2 风系统方案 4 一层 为 商场 ， 相对其它民用建筑 ,商场具有人员密集、人员散湿大的特点 ,商场空调往往采用全空气系统 ,全空气系统又分为一次回风系统、一、二次回风系统和全新风等系统 ,由于商场空调主要做夏季降温用、送风温差较大和室内散湿量大的特点 ,所以商场空调大多采用一次回风系统。一次回风系统具有由于一次回风式系统设计方案具有空调机房集中设置 ,能对空气进行各种工况处理 ;运转维修容易 ,振动噪音传播易于控制 ;送风量大 ,换气充分 ,设置排风机 ,能进行过渡季节全新风运行 (除少数几天需空调机制冷外 )等优点。 一次回风系统的夏季空气处理过程
12、焓、湿图如图 2。送往室内的空气吸收房间余热、余湿 ,变成状态 N 后 ,一部分排到室外 ,另一部分回到混合箱和室外新风混合 ,然后经表冷器处理 ,释放热量后变为状态 L,经风机送人空调房间 ,形成一个循环。 图 2 一次回风系统的夏季空气处理过程焓、湿图 二到 四 层主要 以客房为主，采用空气水系统与新风系统相结合。风机盘管其具有 噪音较小 ； 个别控制的优 越性及经济性 ； 可将整个系统分区控制 ； 风机盘管机组体积小，布置、安装方便 等优点，现已广泛应用于宾馆，写字楼，医院等地。 图 3 单设新风系统、独立供给室内焓湿图 W-室外空气参数； N-室内空气参数； -热湿比线； L1-新风经
13、新风机组后的冷却减湿参数；L2-回风经风机盘管后的冷却减湿参数； C-新风与回风在送风口处混合后的参数 3.2.3 气流组织方案 气流组织设计的要求，要求空气流动的基本形态能保证室内不存在局部死区及短路为前提，同时还要考虑送风射流和内扰的作用。 该建筑天花吊顶不高，一二 层 气流组织宜采用 上侧和顶送、上排的方式。由于上侧送风时送风口往往被货架遮挡，因此本设计采用顶送风（散流器平送，顶棚回风）。顶棚上的回风口远离散流器，排风口布置在通道。三到九 层采用风机盘管侧送。 3.2.4 末端方案 散流器应根据采暖通风国家标准图集和生产厂样本选取。气流流型为平送贴附设流，有盘式散流器、圆形直片式散流器、
14、方形片式散流器和直片形送吸式散流器。 根据空调房间的大小和室内所要求的参数，选取散流器个数。一般按对称位置或梅花形布置。散流器中心线和侧墙的距离，一般不应小于 1m。 布置散流器时， 散流器之间的间距及离墙的距离，一方面应使射流有足够射程，另一方面又应使射流扩散效果好。布置时充分考虑建筑结构的特点，散流器平送方向不得有障碍物（如柱）。如果散流器服务区的长宽比大于 1.25 时，宜选用矩形散流器。如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距散流器最远处。 3.2.5 水系统方案 3.2.5.1冷冻水系统 冷冻水系统的功能是输配冷量，以满足末端装置或空调系统的负荷要求。 本设计选用单级泵变流量双管闭式水系
15、统。末端装置设置二通阀，当负荷降低时，二通阀关小，使末端装置中冷冻水的流量按比例缩小，使被调节 参数保持在设计值范围内。系统的供回水立管之间安装一条旁通管，管上安装的压差控制的旁通调节阀可保证用户流量变化时，流经冷水机组的水流量基本不变。 3.2.5.2冷却水系统 通过冷却水系统将空调系统从被调房间吸取的热量和消耗的功率放到环境中去。 本设计选择机械通风冷却塔循环系统。冷却塔出来的冷却水经水泵送到冷水机组中的冷凝器，再送到冷却塔中蒸发冷却，可极大节约冷却水量。 3.2.5.3冷凝水系统 各种空调设备在夏季运行时，应对空气进行冷却除湿处理，产生的冷凝水必须及时排走。排放凝结水的管 路设计，应注意
16、以下要点：（ 1）凝结水管宜采用聚氯乙烯塑料管和镀锌钢管，不宜采用水煤气管。（ 2）机组盘的泄水管坡度，不宜小于 0.1；其他水平支、干管，沿水流方向，应保持不小于 0.002 的坡度，且不允许有集水部位；如无坡铺设时，管内流速不得小于 0.2m/s。（ 3）当凝结水盘位于机组内的负压区段时，凝结水盘的出水口必须设置水封。通气口长约50mm，存水弯前应有 50mm 高度的短管。（ 4）采用金属管作为凝结水管时，管外应保温。（ 5）凝结水管的顶部，应设计通向大气的通、透气管。（ 6）设计和布置凝结水管时，必须考虑定期冲 洗的可能性。（ 7）凝结水管管径的选取，根据经验，每千瓦的冷负荷每小时产生
17、0.4kg的凝结水；在湿负荷高的地区，每千瓦的冷负荷每小时产生 0.77kg 的凝结水；一般情况下，凝结水管的管径应按通过的凝结水量计算确定。 3.2.6 太阳能热水系统方案 太阳能热水工程主要由集热器、储热水箱、辅助热源、循环管道、自动控制、阻垢除垢、恒温供水等七部分组成。 3.2.6.1集热器选择方案 (1)热负荷。 (2)集热面积。太阳能热水系统的产水量与太阳辐射强度和日照时间及集热器受光面积密切相关，一年四季变化很大。因此本方案按年平 均辐射量进行设计。 (3)集热器选型及铺放安装。 (4)集热器安装铺放 按照该建筑的顶层采光面积，各系统集热器均安装在电梯房南部，按单组并串联方式铺放，
18、每个系统组成一个集热器阵列，所产热水直接进入储水箱备用。 3.2.6.2 储热水箱 每个系统分别设计储热水箱和恒温水箱各一台，储热水箱的有效容积按照产水量进行设计，实际规格按大于有效容积的 10%进行生产。水箱位置设在电梯房顶。 3.2.6.3辅助加热 太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，但不能解决全天候供应热水问题。阴雨天气或光照不足时，需要相应的辅助 热源才能满足热水需求。利用电力作为辅助热源，每个系统用电功率平均为 38.4kw。 3.2.6.4 管道循环系统 循环水泵：每个系统均安装水泵 6台，其中供水泵 2台（一备一用），储热水箱和恒温水箱之间安装循环泵 2 台（一备一用），太
19、阳能循环泵 2 台（一备一用）。 3.2.6.5自动控制系统 根据系统功能要求，特采用 PLC控制器及远程控制系统。所有电器元件均采用国内优质产品，实现自动化智能操作，确保最佳经济运行，水温水位、进水出水、循环系统、辅助加热等工作状态，直观可见，操作人员一目了然，管理使用十分方便。每个系统安 装控制系统一套，同时具备手动强制启停功能，维修更方便，功能更齐全。 3.2.6.6阻垢防垢 在冷水进水口安装阻垢器 (硅磷精 )是一种经济有效的环保型产品，是由对人体有益的聚磷酸盐（牛奶、大豆中富含）和硅酸盐（矿泉水中富含）组成，能防止钙镁离子、碳酸盐垢和铁垢的形成，其中的 P-P成分隔绝水中溶解氧与金属
20、离子的反应。通过阻垢防垢，提高系统各部件的使用寿命。 3.2.6.7 恒温供水系统 按照全天候恒温 50供水要求，每个系统均设恒温水箱 1 台，无论在任何状态下，使恒温水箱的温度始终保持在 50，偏差不超过 2 。 3.3 研究的方法与技术路线 ： 拟采用以下步骤来进行设计： 1.空调系统 （ 1）各功能区域空调负荷的计算； （ 2）各空调系统方案的确定； （ 3）空气处理设备，冷水机组的选择计算； （ 4）气流组织及风系统设计计算及风机选择； （ 5）空调水系统设计计算及水泵选择； （ 6）空调和制冷机房的设计布置。 2.太阳能热水系统 （ 1）太阳能集热器选型设计 （ 2）储热水箱选型设计
21、 （ 3）循环管道设计计算 （ 4）自动控制系统设计 （ 5）辅助热源设计计算 （ 6）太阳能阻垢除垢系统设计 （ 7）恒温供水系统和分户热计量系统设计 3.通风系统 需进行通风的区域进行通风系统设计（厨房、卫生间、地下室等）。 4.防排烟系统 地下室的防排烟以及电梯及楼梯前室的防排烟设计。 5.整理计算说明书，完成施工图纸的绘制 四、论文详细工作进度和安排 计划进度： （ 1） 2010.12.1 2011.1.10 搜集资料，提交毕业论文（设计）文献综述、开题报告及外文翻译； （ 2） 2011.1.11 2011.2.21 空调负荷计算； （ 3） 2011.2.22 2011.3.12
22、 布置空调系统和设备选择； （ 4） 2011.3.13 2011.4.1 布置气流 组织； （ 5） 2011.4.2 2011.4.10 空调水系统方案确定，布置机房； （ 6） 2011.4.11 2011.5.3 太阳能热水工程系统设计； （ 7） 2011.5.4 2011.5.8 空调机房的设计布置； （ 8） 2010.5.9 2010.5.12 图纸及设计说明书整理，上交毕业设计全部资料 （ 9） 2011.5.23 2011.6.3 答辩 五、主要参考文献 1 霍志臣 .罗振涛 .国外太阳热水器发展状况 J.节能技术 .2007， 25（ 3） . 2 边志敏 .巩继荣 .河
23、北省太阳热水器产业的发展 J.暖通空调 HV&AC.2005，35（ 8） . 3 刘荣慧 .蒙华 .鹏飞 .回眸 2009 : 我国太阳能热利用产业实现飞速发展 D.西安建筑科技大学硕士论文 .2005. 4 赵家荣 .加强宏观引导加快技术进步推动我国太阳热水器产业健康发展 D.浙江大学硕士学位论文 .2005. 5 罗运俊 .太阳能企业的机遇与挑战 J.暖通空调 HV&AC.2005， 35（ 8） . 6 李文涛 .太阳能热水器的性能与选购 J.节能技术 .2007， 25（ 3） . 7 赵玉磊 唐庆宁 .太阳能热水器发展历程与趋势 J.制冷学报 ,2004， 2：17-20. 8 王磊 李淑兰 .提高太阳热水器质量途径的探讨 D.浙江大学硕士学位论文 .2005. 9 罗振涛 .我国太阳能水器产业 J.节能技术 .2007， 25（ 3） . 10 何梓年 .我国太阳热水器发展趋势 J.华南理工大学学报 .29（ 5） 11 易冰源 .住宅建设让太阳能发光发热在住宅建筑中推广太阳能热利用的思考与建议 J.制冷学报 ,2004， 2： 17-20. 12 罗振涛 .霍志臣 .我国太阳能热水器产业发展现状 J.暖通空调HV&AC.2005， 35（ 8） .
