石家庄某医院大楼热水系统的热源选择与优化设计

第1章绪论

1.1建筑热水的热源
当前我国建筑热水系统中常常采用的热源一般包括化石燃料、城镇热力网、电能、空气能、地热能以及太阳能资源。
1.1.1化石能源
煤、石油、天然气是我们使用最广泛的常规能源，又称为化石燃料。从古至今，化石燃料在燃烧材料领域一直充当很重要的角色，是人类大部分所需能源动力的源泉，但从化石能源储量有限与环境保护方面考虑，应该减少其使用量以及提高燃料的利用率，进而缓解资源乏与环境污染问题。
（1）煤
化石燃料中煤最为常见，也尤为重要，煤作为人类能源消耗品己有很长久的历史，起着很重要的作用。中国的煤储量居世界第位，在全球探明煤储量中占16.12%。当前在新型能源受到广大关注的同时，煤仍为我国最主要的能源，依旧在中国有很大的市场与应用前景。从世界能源产业发展的历程与趋势来说，即使以石油为主的第三代能源时期的到来，煤炭仍然占其将近的比重因此，人类尚且不能没有煤，目前在短时期内也无法改变这种状况，但是煤炭资源的不断开发和利用，其中带来的污染问题逐渐受到人们的关注。
作为发展中国家的我国，先进的燃煤技术并不能得到广泛的普及，大部分原煤并不经过精加工就直接燃烧，从而导致燃煤效率低下。我国不同行业的燃煤锅炉，其平均热效率与工业发达国家相比较的情况如表1-1。

我国平均热效率最高的工业和民用锅炉的平均热效率为55%，其他用途的燃煤锅炉的热效率平均近左右，与工业发达国家相比，明显落后很多，但从另一角度来看，我国对于燃煤燃烧技术的发展有很大上升空间，对于全球非可再生能源逐步匮乏的现状，提高燃煤平均热效率也就意味着增大能源利用率，这种举措刻不容缓。

1.2建筑热水的供应
在建筑热水供应系统中，存在一定程度的水量浪费现象，当用户开启热水配水设备后，通常要放掉一定量的冷水才能获得满足使用温度的热水，水量的浪费是一种能源的损失。所以选择合理的热水供应方式十分必要。
1.2.1热水循环方式
热水的循环分为干管循环、立管循环及支管循环3种循环方式循环方式的不同也影响着水量与能源的消耗。从节水节能效果方面来说，3种循环方式节水节能效果从优到劣的顺序为：支管循环、立管循环、干管循环。经王晓丽等人调查统计，北京全市高校每日洗操用水有6000立方米之多，假设每天的无效流失水量按来核算，则全年损失的水量高达10万立方米左右。目前，我国多数建筑中仍然采用干管循环或无循环方式的热水供应，无形之中损失了大量的水与能源所以循环方式的选择直接影响热水系统节水节能的程度。
1.2.2热水管网设计
热水管网设计中的问题也关系到系统能否有效地节水节能。
热水系统设计时若忽略了热水循环的水力平衡，未作供回水管路旳同程布置的等措施，会导致配水点出现短流或水温下降等现象。
热水系统设计时若热水管网分区不合理，会直接造成配水点的冷热水压力不平衡，若热水压力过大，则要放出过多超过人体使用温度的“资水”，反之，若冷水温度过大，使用时则要放出更多的冷水，这也是产生无效冷水的原因之一。不仅如此，管道坡度设计不合理和水泵选择不配套等问题也会间接造成水量与能源的浪费。

第2章热水系统热源的优化选择

热水热源的选择属于综合决策问题，因为每种热源与加热方式都具有各自的优势与适用条件，同时，每一建筑因其建筑功能和工程当地经济、技术、环境状况的不同，在选择热源与加热方式的过程中需要考虑不同的定量和定性因素，包括的能源费用、设备投资、热效率、安全控制、大气污染、固废污染等重要影响因素。
本文旨在以部分定量数据为基础，通过基于系统工程的层次分析方法建立有效地热源选择评价体系，将决策人的思维过程定量化形成判断矩阵，进行各个影响因素的权重计算与一致性检验，以尝试通过引入这种分析手段来提高设计质量。

2.1工程基础数据
2.1.1工程概况
本工程为石家庄某医院新建综合业务楼，为一类高层医院建筑，局部地下一层，地上十层，建筑高度40.80米，建筑面积约13000平方米，建筑结构形式为框架及剪力墙结构，本建筑朝向为北偏西5°。
依甲方要求建筑功能区域划分为：地下一层为设备用房与放射科室，一至四层为门诊与检验科室，五至十层为住院部，住院部病床数为218张，每天当值医务人员按120人计，门诊病人按每天500人次计。
本工程水源为当地深井地下水（水源水质见表2-1）由城镇市政管网输配水，本建筑市政管道引入管位置位于北侧人民西路上，引入管管径为DN100mm，供水压力约0.20MPa，用于供给消防水池、生活水箱补水。
工程当地现有热源有传统的燃煤与燃油，和天然气、电热以及太阳能。


2.2热源优化
2.2.1优化方法
系统工程中常见的优化分析方法主要有灰色关联度分析法、系统辨识法与层次分析法。
灰色关联分析法：是通过灰色关联分析，提取建立数学模型的所需变量，实现对离散数据建立微分方程的动态模型，以期达到对系统进行定量分析的目的。系统辨识方法是通过相应分析手段（如机理分析法、测试法）提取相关数据并构建一种近似的数学模型来表征被研究系统的对象、现象或过程的因果关系以期通过此方法尽可能准确地确立它们之间的定量依存关系。
换句话说，灰色系统法是通过一定的原始数据为基础，通过灰色关联分析推断出未知数据的方法，而系统辨识法是通过机理分析或数据测试来构建近似数学模型来分析研究对象。由此看出，这两种分析法并不能有效地应用与建筑热水系统的热源选择。
然而，层次分析法是一种为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。其特点是将决策人的经验与思考决定过程定量数学化，通过建立合理的目标评价体系将问题层次化。根据问题的性质和目的将其分解为不同的组成要素，形成层次分析结构模型，最终把问题归结为低层影响因素相对高层目标点的权值大小，即相对优劣的排序问题。因此，本文选用层次分析法进行热水系统热源的优化选择。

第3章太阳能热水系统...........28
3.1太阳能集热器..........28
3.1.1太阳能集热器分类..............28
第4章太阳能热水工程优化设计.............36
4.1太阳能热水系统基本设计参数的确定..........36
4.1.1用水定额的确定...........36
4.1.2进水温度的确定...........37

第4章太阳能热水工程优化设计

4.1太阳能热水系统基本设计参数的确定
4.1.1用水定额的确定
太阳能集中热水系统的与其他传统热源相比，初期投资相对较高，并且其设备的加热能力与初投资费用成正相关。太阳能热水系统主要特点是产热量随机性较大，其加热能力易受季节变化与阴晴雨天的限制，因此系统必须配备辅助热源才能保证其安全顺利使用。若该热水用水定额按最高日来计算显然不尽合理。
集热器面积A和储热设备容积是太阳能热水系统设备选型的主要依据。夏季辐射量超过设计平尚值，若按最高日用水量设计，很可能会导致集热面积过多，，集热器空载运行等现象，造成了能源与设备的浪费，因此，人均用水量技新颁布的民用建筑节水设计标准中平均日用水量标准取值较为合理。


总结
中国能源消耗总量相当为37.5亿万吨标准煤，但是能源利用效率却仅为世界水平的左右，这说明我国能源利用水平有很大的提升空间，因此能源结构调整以及采取节能降耗措施是解决这一问题的关键。
我国建筑能耗逐年大幅度上升，已达全社会能源消耗量的。我国现有建筑面积为400亿平方，并且每年新建建筑近20亿平方，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果继续执行节能水平较低的设计标准，将留下很重的能耗负担和治理困难。建筑中生活所需热水的总能耗约占建筑总能耗的10%-20%，在此系统中，不同热源生产等量的热水所消耗的能量存在一定的差异。
本文以石家庄某医院大楼热水工程为研究对象，利用层次分析法对工程所在地现有热源（燃煤、燃油、天然气、电力、太阳能）进行优化选择，通过热源选‘择影响因素分析，以大量数据与文献资料为理论基础，借助专家打分的方式构造判断矩阵，凭借层次分析中的单排序与总排序计算并列出热源权重，通过一致性检验校核层次分析结果的可行性，最终分析并选择太阳能为本工程热水系统的热源。
参考文献（略）