我国的环境问题与建筑设备的关系

1、郑州华信学院建筑工程学院建筑设备论文姓 名：叶露丹学号：1103010272专业班级：2011级建筑工程技术专业2班院系：建筑工程学院指导老师：贾静恩2013年10月我国的环境问题与建筑设备的关系建筑环境与设备工程每个人都希望过上舒适，开心的生活。然而，人类的祖先借山洞栖息，躲避 风雨严寒。我们的祖先过着这样落后的生活，我们又是怎样过上这种冬暖夏凉， 方便的用水和电的生活的呢？这就是靠建筑环境与设备工程的专业人员们来完 成的。建筑环境与设备工程是从事室内环境设备系统和建筑公共设施设计、安装 调试、运行管理及国民经济各部门所需的特殊环境开发的高级工程技术。建筑环境与设备工程作为一个对未来发展有着

2、很重要的意义的专业，我们专 业学生学习建筑物理环境和环境控制系统的基础理论和基本知识，受到建筑设备 系统的设计、调试和运行管理等方面的基本训练，并初步具备这方面的工作能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力：较系统地掌握本专业领域必需的技术基 础理论知识，主要应包括：传热与传质、流体力学与流体机械、工程热力学、计 算机、建筑电气、电子、机械、建筑环境等；较系统地掌握建筑环境工程、建筑 设备工程的专业基本理论知识，并了解本专业领域的现状与发展趋势；具有一定 的室内环境及设备系统测试、调试及运行管理的能力；初步掌握室内环境及设备 系统的设计方法；具有较好的自然科学基础及人文社会科学基础；具有较强

3、的工 作适应能力及协作精神和自学能力。新世纪里，健康、能源、环境已成为倍受人类关注的三大主题，建筑环境与 设备专业和这三个方面有着密切的关系。在环保意识不断增强的明天，本专业有 着重要的研究和应用前景。1992年，世界“环境与发展”会议已将人类居住区 纳入议事日程。除原有的传热学、流体力学、热力学外，我们需要越来越多地掌 握人与建筑、人与自然等方面的知识，包括生理学、心理学、气象学、生态学、 城市规划、建筑设计等学以及声、光等知识，努力营造建筑物内适宜而健康的人 工热湿环境，使之满足于需要。改革开放以后，该学科与国际的合作交流越来越 频繁，一起参与协作科研和一些重大的国际会议，与国外知名教授合

4、作，使该专 业获得巨大的发展，暖通行业已成为世界各界共同关注的行业。为了更加了解建筑环境与设备工程这一专业，我对社会对我们专业人才的需求进行了调查。安装、施工企业由于比较辛苦，以前对本科生的吸引力有限，但由于近几年 基础建设的飞速发展，安装、施工企业逐步壮大、正规化，对技术的要求也在提 高，现在吸纳了很大一部分的毕业生，成为本科生就业的一个主要方向。为此， 应增加工程方面的教学，让学生能够很快地适应工作。随着建筑节能工作的加强， 运行管理将会成为毕业生一个很大的就业渠道。本次调研结果表明，设计研究院 中，大学本科以上学历占60%左右，其中大学本科学历占到45.2%，硕士研究生 学历占到了 14

5、.8%；而施工企业中，专科学历和成人教育学历占35.8%左右，本 科生学生占25.3%，研究生学历仅占12.2%。值得注意的是，各企业单位专业人 才分布不均匀。从人才结构上来看，一般分为学术型、工程型（应用研究、技术 理论研究型）、技术型（实用型、技术应用型）、技能型四种类型。本次人才需 求状况调查表明，工程型人才占50.3%，技术型人才占32.8%，学术型人才仅占 5.6%。因此可以认为，随着生产的发展和科技的进步，工程型、技术型人才的需 求数量将增加，人才需求结构比例将呈现橄榄型。人们为了制冷，千方百计地寻找容易蒸发的物质。现在用的空调采用的蒸发 工作物质一般都是制冷剂（氟里昂是其中一种）

6、。我们知道，在一个大气压下，水要到吸热到100C才烧开，才沸腾，才大量 蒸发。而F22（氟里昂）在一个大气压下-30C时就汽化了，就大量蒸发了。而且 它的化学性质稳定，在一般情况下又无毒性，因此，它是一种比较理想的制冷物 质。如何使气态氟里昂还原为液态氟里昂呢？只要注意一下我们周围两种极普通 的情况，就能想出办法来。将灌满液化气的钢瓶，稍微摇晃几下，就可体察到， 里面大都是液体。这就是液化气被压缩而成的液体。从而为我们解决这个问题得 到一个启发。只要将气体加压，就可以把气体变成液体。而且压力越高，越容易 变成液体。还有一种情况是，锅里烧水，锅盖上会有水珠。大家知道，这是锅里 的水蒸汽遇到较冷的

7、锅盖凝结而成的。这又为我们解决这个问题得到一个启发， 只要将气体冷却，就能把气体变成液体。而且温度越低，越容易变成液体。要重 复利用氟里昂，还要使氟里昂不要漏掉了，不要跑掉了。这就要一个密闭的系统。 人们都叫它做空调系统。空调的主要工作过程:首先，低压的气态氟里昂被吸入压缩机，被压缩成高温高压的气体氟里昂； 而后，气态氟里昂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中，逐渐冷凝成高压液 体氟里昂；接着，通过节流装置降压（同时也降温）又变成低温低压的气液氟里 昂混合物。此时，气液混合的氟里昂就可以发挥空调制冷的“威力”了：它进入 室内的蒸发器，通过吸收室内空气中的热量而不断汽化，这样，房间的温度降低 了

8、，它也又变成了低压气体，重新进入了压缩机。如此循环往复，空调就可以连 续不断的运转工作了。而室外机主要就是空调压缩机，所以室外温度会被高温高 压的气体氟里昂升高。最后讲一讲空调水又是怎么来的，平时你一定见过拿出冰 箱的冷饮外表面立刻凝结很多露珠的现象，这是因为空气中含有很多的水蒸气， 温度越高，可以包含的水蒸气就越多，温度越低，可以包含的水蒸气就越少（和 水溶解盐的多少随温度改变原理有点相似），而前面说的空调蒸发器是冷却周围 空气的，温度就低，周围空气里的水蒸气就和凝结在蒸发器上了，和冷饮瓶外表 面凝结很多露珠一样的道理。但是这个水不能任其凝结，不然房间里就不断滴水 了，所以需要用一个托盘收集

9、起来排到室外，这就是空调水。二.中央空调水系统构成及原理。空调水系统主要是由制冷机组、冷冻水泵、 冷却水泵、冷却塔等组成的一个系统。该系统的工作原理是制冷剂在制冷机组的 蒸发器中汽化吸收冷冻水的热量，从而使载冷剂一冷冻水的温度降低，然后，在 蒸发器内被汽化的制冷剂经制冷机组的压缩机时被压缩成高压高温的气体，当高 温高压的制冷剂流经冷凝器时被来自冷却塔的冷却水冷却变成低温高压的气体， 低温高压的制冷剂通过膨胀阀后重新变成了低温低压的液体，而后再在蒸发器内 气化，完成一次循环。通过不断的循环，载冷剂不断地输送冷量到空气处理单元， 同时，制冷机组产生的热量不断的被冷却水所带走，在流经冷却塔时散发到空

10、气 中，冷却塔上装有风机，对流经冷却塔的水进行降温。中央空调制热时，冷却水 系统停止运行，空调机组直接对冷冻水进行加热，目前主要有电加热和燃气燃烧 加热。经过加热后的水通过管道流至各个房间，风机把进风口吸进的凉空气通过 热管加热在通过出风口排出，此时一吹出的便是热风，达到了制热的目的。同时 变冷的水流进机组，再一次被加热，然后采暖泵迫使热水再一次流入房间管道， 如此形成循环。实际中央空调应用中，由于其冷冻水和热水用一套水循环管道，所以在设计 水泵时，有些设计只有两种水循环系统，即冷却水循环和冷冻水循环，此时水泵 也就只有冷冻水泵和冷却水泵，夏季两种水泵均工作，而到了冬季，关闭冷却水 泵，只有冷

11、冻水泵工作。但是由于夏季的制冷量很大，所以冷冻水的流量同时也 很大，因此冷冻水泵的功率设计比较大，是按最大制冷量加余量而设计。冬季时， 制热量相对较小，不需要很大的制热量，自然需要的热水循环量也就较小，如果 还用冷冻水泵就会造成很大的浪费。因此有些中央空调设计时，会单独设计一个。 热水循环系统，它通过节流阀连接到冷冻水管道上，夏季时，关闭节流阀，使冷 冻水使用循环管道，冬季时，关闭冷冻水的节流阀，打开热水节流阀，使热水使 用循环管道。这样的话，热水的水泵功率就可以根据制热量加余量来设计，不会 造成很大的浪费。考虑到第二种现象在目前的中央空调应用中比较常见，因此本 水系统控制系统是针对第二种情况

12、设计。对于冷冻/蒸发器的设定值，回水温度 取决于大厦的热负荷。现采用蒸发器的出水管和回水管路上装有检测其温度的变 送器，通过冷冻水的温差控制，即可使冷冻水泵的转速相应于热负载的变化而变 化。参考目前中央空调机组设计和运行的实际情况，冷冻温差为5 7C时最为 合理。冬季的时候，由于进水温度低，出水温度高，所以温差为负值。对于冷却 水系统，由于低温冷却水温度取决于环境温度与冷却塔的工况，只需控制高温冷 却水的温度，即可控制温差。采用在冷却水出水管安装温度变送器，通过控制冷 凝器出水温度，便可使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化，参考目前中 央空调机组设计和运行的实际情况，冷却水出水温度为37C

13、左右时最为合理。 中央空调机组在设计时，对于冷冻和冷却水的流量有一个最小值，即机组在运行 时，流量不能小于这个值，这是因为如果流量过小，可能会发生机组冻管，损坏 中央空调机组。因此，我们在根据温度和温差对水泵转速进行调节时，必须要保 证空调机组正常运行所需要的最小流量。如果我们要检测冷冻水和冷却水的流 量，应该安装流量传感器，但是流量传感器一般采用法兰安装，串接在水管上， 安装复杂并且价格昂贵。考虑到水的流量和其压力有一定的线性关系，在实际检测流量中，一般安装压力传感器，通过测量压力值来计算出流量值。压力传感器 安装方便，一般为螺纹安装，并且价格适中。中央空调节能方案分析空调系统需要消耗大量的

14、电能和热能，其总能耗是十 分惊人的，近年来我国空调事业得到了迅猛发展，空调应用日益广泛。随之而来 的能量供需矛盾也越来越突出。正常运行的一般空调系统其耗能主要有两个方 面，一方面是为了供给空气处理设备冷量和热量的冷（热）源耗能；另一方面是为 了输送空气和水风机和水泵克服流动阻力所需的电能。动力耗能是空调系统总耗 能的两大部分中的主要部分，如何节约动力能耗显得尤为重要。冷水机组是动力 耗能的主要因素，我们可以对冷水机组进行变水量控制，将水系统的调节方式设 计成定温度、变流量，使系统的循环水量随空调负荷的变化而增减。变水量控制 的节能关键是对水泵的运行控制。目前水泵的运行控制多采用台数控制、转速控

15、 制、台数控制与转速控制合用等三种方式。水泵转速控制的最新技术是变频调速 技术，它变速稳定、反应灵敏准确、自动化程度高，对空调系统节能具有重要意 义。因此，以下从变频调速技术的角度，对中央空调系统的冷水机组控制方案进 行探讨。冷却水将压缩机组工作时产生的热量带走通过冷却水泵加压通过管道带到 散热塔，在散热塔的冷风的作用下降温冷却后再流入压缩机组，这样可以保证压 缩机组在正常的温度下工作。因此实现对水循环系统的控制便成为重中之重。（1） 冷冻水循环系统的控制：通过回水温度实现变频控制。由于冷冻水的出水温度是 冷冻机组“冷冻”的结果，是比较稳定的，我们根据回水温度的高低可以判断出 房间内的温度。可

16、以根据回水温度实现变频控制：回水温度高，说明房间温度高， 应该提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度；反之，回水温度低，说明房间 温度低，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，达到节约能源的目的。（2）冷却水循环系统的控制：通过检测进水和回水的温差实现变频控制。散热 塔的水温是随环境温度变化而变化的，因此单侧水温度不能准确地反映冷冻机组 内产生热量的多少。对于冷却泵，以进水和回水间的温差作为控制依据，实现恒 温差控制是可行的。温差大，说明冷冻机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速， 增大冷却水的循环速度；温差小，说明冷冻机组产生的热量小，可以降低冷却泵 的转速，减缓冷却水的循环速度，以实现节

17、能的目的。中央空调的冷水机组系统的冷却水系统和冷冻水系统，在设计时通常是按照 最大换热量夏季最热时，且所有空调都打开时再取一定的安全系数来确定的，而 通常情况下由于季节和昼夜气温的变化以及所启用空调房间数目的不同，实际换 热量远小于设计值，并且随着外界环境的变化调节相当频繁。传统的流量调节是 通过改变阀门的开度来实现的，这种情况下电机总是处于全速运转状态，当负荷 小时相应的调节冷却水和冷冻水系统的节流阀达到调节流量的目的。节流阀的存 在会对水流产生阻力，从而产生严重的节流损耗，并且会引起机械振动和产生噪 音。另一方面，冷冻水的流量与水泵的转速成正比，当水泵转速高时，冷冻水的 流量大流速也快，因此当冷冻水流过风机盘管组件时，没有充分的时间完成热交 换，就又返回制冷机或加热器去了，这样循环水泵电机又作了一部分无用功。另 外，如果水泵长