注冊公用設(shè)備工程師考試案例分析專項訓練2025年考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______案例一某辦公建筑總建筑面積為15000㎡，層數(shù)為5層，層高為3.6m。采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，空氣經(jīng)一次回風處理。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為：夏季，空調(diào)區(qū)溫度26℃、相對濕度60%；新風量按人均30m3/h計算。冬季，空調(diào)區(qū)溫度18℃、相對濕度50%。空氣處理機組（AHU）總送風量為15萬m3/h。末端采用帶自動調(diào)節(jié)的變風量（VAV）末端裝置。冷水機組采用螺桿式冷水機組，冷水進/出水溫度為7/12℃。冷卻塔采用開式冷卻塔，冷卻水進/出水溫度為32/37℃?？照{(diào)水系統(tǒng)為兩管制、變流量系統(tǒng)，采用電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量。末端設(shè)備均為二通式串接。已知：夏季該建筑空調(diào)總冷負荷為1200kW，總熱負荷為300kW（不考慮新風負荷）。AHU冷凍水供回水干管上安裝有壓差旁通閥，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。試計算并回答下列問題：1.該辦公建筑夏季所需的新風量是多少立方米每小時？2.假設(shè)AHU表面冷卻器（盤管）的進水溫度為11℃，盤管出口空氣溫度為13℃，空氣比熱容為1.01kJ/(kg·K)，密度為1.2kg/m3，求該盤管的理論換熱量（不考慮盤管表面積污增阻）。冷水機組實際耗功要比理論值高，簡述其主要原因。3.若該建筑夏季空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計供回水溫度為7/12℃，冷水機組實際提供的冷水溫度為6.5/11.5℃，試分析該AHU冷水閥開度與系統(tǒng)總冷負荷之間的大致關(guān)系（不考慮其他末端閥門調(diào)節(jié)）。4.在冬季運行時，若AHU表面加熱器（盤管）的進水溫度為50℃，盤管出口空氣溫度為18℃，其他條件與夏季相同，求該加熱器的理論換熱量。若僅考慮加熱器本身，為使出風溫度達到設(shè)計要求的18℃，加熱器進口水溫度是否需要根據(jù)回風溫度的變化進行調(diào)節(jié)？為什么？案例二某住宅樓地下二層設(shè)有消防水泵房，內(nèi)設(shè)一臺消防主泵和一臺備用泵（均為立式離心泵），一用一備，互為備用。消防水泵吸水管從市政給水管網(wǎng)直接取水，吸水管上設(shè)置有真空破壞器。消防水泵出水管上設(shè)置有壓力表、止回閥和DN65的試水閥，并連接至消防水泵房內(nèi)的消防水池。消防水池有效容積為300m3，消防水池最低有效水位與水泵吸水口之間的高差為5m。該建筑高度為60m，設(shè)計消防水量為25L/s，設(shè)計消防壓力（自室外地面算起）為0.1MPa。市政供水管網(wǎng)水壓（自室外地面算起）在最大用水時為0.14MPa，最小用水時為0.12MPa。已知：消防主泵的額定流量為30L/s，額定揚程為100m，額定功率為45kW，效率為75%；吸水管管徑為DN150，沿程水頭損失為3m，局部水頭損失為1m；出水管管徑與吸水管相同。試計算并回答下列問題：1.消防水泵在額定工況下的實際運行效率是多少？該泵是否在高效區(qū)運行？2.消防水泵從市政管網(wǎng)直接吸水，設(shè)置真空破壞器的主要作用是什么？3.試計算消防水池最低有效水位至室外地面消防栓出口之間所需的最小管徑（不考慮其他管段水頭損失）。該管徑是否滿足設(shè)計要求？4.若市政供水管網(wǎng)水壓在最大用水時低于消防所需壓力，該消防給水系統(tǒng)應(yīng)如何保證供水？（提示：除了備用泵啟動，考慮其他可能措施）。案例三某新建商場項目，總建筑面積為80000㎡。采用集中式空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)冷凍水由城市熱力管網(wǎng)提供，供回水溫度為150/90℃。商場內(nèi)設(shè)置多個空氣處理機組，空調(diào)水系統(tǒng)為兩管制、定流量系統(tǒng)。空調(diào)季運行120天，每天運行10小時。已知：系統(tǒng)總設(shè)計冷負荷為5000kW，冷水機組（按設(shè)計工況）輸入功率為3000kW。某日運行期間，現(xiàn)場監(jiān)測顯示：冷水機組實際輸入功率為3200kW，系統(tǒng)總流量為1000m3/h（設(shè)計流量為1200m3/h），AHU進出口水溫差為5℃。試計算并回答下列問題：1.該日運行期間，冷水機組實際提供的冷量是多少千瓦？2.分析該日系統(tǒng)實際運行效率低于設(shè)計工況效率的主要原因。3.根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算該日空調(diào)水系統(tǒng)的水力效率（η_hydraulic）。4.若要改善該系統(tǒng)的運行效率，可以采取哪些措施？（至少列出兩項）。案例四某項目需要進行某區(qū)域燃氣供應(yīng)工程可行性研究。該區(qū)域規(guī)劃居住人口密度為3人/畝，預(yù)計高峰小時天然氣需用量為80000Nm3/h。該區(qū)域附近有兩處可能的氣源：氣源A為天然氣門站，供氣壓力為0.2MPa（表壓），天然氣低熱值為38MJ/m3；氣源B為液化石油氣（LPG）儲配站，LPG低熱值為50MJ/m3，需氣化后使用。兩氣源至項目區(qū)域的輸氣管道長度均為15km，管道材質(zhì)均為PE管，設(shè)計壓力均為0.4MPa（表壓）。已知：從氣源A到項目區(qū)域輸氣管道的沿程水頭損失系數(shù)為0.015，局部損失按沿程損失的10%計；從氣源B到項目區(qū)域輸氣（或輸液化氣）管道的沿程水頭損失系數(shù)為0.018，局部損失按沿程損失的15%計。不考慮溫度變化對密度的影響。試計算并回答下列問題：1.假設(shè)兩氣源供應(yīng)能力均滿足需求，從能量供應(yīng)角度（單位體積氣源所提供的能量），比較氣源A和氣源B的優(yōu)劣。2.若選擇氣源A，計算其輸氣管道在高峰小時運行時的沿程水頭損失（以米水柱計）。3.比較從氣源A和氣源B向項目區(qū)域供氣，在輸氣能耗（以輸送1Nm3天然氣或LPG所需的電能或熱能表示）方面的大致情況。4.除了能量供應(yīng)和輸氣能耗，選擇氣源時還需要考慮哪些主要因素？案例五某工程項目投資總額為5000萬元，建設(shè)期為2年。第1年投資2500萬元，其中自有資金占60%，貸款占40%；第2年投資2500萬元，其中自有資金占40%，貸款占60%。貸款利率為年利率6%。項目建成后，預(yù)計年銷售收入為3500萬元，年經(jīng)營成本為1800萬元。項目運營期為10年。不考慮殘值。試計算并回答下列問題：1.計算該項目的總投資額（含建設(shè)期利息）。2.計算項目建成后的年利潤總額。3.假設(shè)基準折現(xiàn)率為10%，計算該項目的投資回收期（靜態(tài)）。4.簡述什么是“財務(wù)內(nèi)部收益率（FIRR）”，并說明其計算結(jié)果說明了什么問題。試卷答案案例一1.新風量=15000m2×30m3/(h·人)×(1人/33.3m2)=13.5萬m3/h解析思路：總新風量=總建筑面積×人均新風量。注意單位換算，題目中人均新風量給的是m3/h/人，建筑面積是m2，需要轉(zhuǎn)換為人數(shù)，通常住宅辦公類建筑按33.3m2/人估算。2.理論換熱量=ρ×c×V×(t_air_out-t_air_in)=1.2kg/m3×1.01kJ/(kg·K)×15萬m3/h×(13-11)℃=1.2×1.01×150000×2kJ/h=363.6kW實際耗功更高原因：理論換熱量僅考慮了冷媒與空氣的熱交換，實際運行中還有泵的功耗、風機功耗、冷媒顯熱冷凝、冷凝熱傳遞損失、風機盤管表面積污傳熱下降等因素。解析思路：理論換熱量計算公式Q=ρ×c×V×Δt，其中ρ為空氣密度，c為空氣比熱容，V為送風量，Δt為進出口空氣溫差。實際耗功包括冷媒循環(huán)功和驅(qū)動設(shè)備功。3.大致關(guān)系：系統(tǒng)總冷負荷增大，AHU冷水閥開度增大。解析思路：在定流量系統(tǒng)中，AHU冷水閥開度決定了通過盤管的冷凍水流量。總冷負荷增大，需要更多的冷量，意味著需要提高盤管進/出水溫差（Δt）。在冷水進口溫度（12℃）基本不變的情況下，要增大Δt，必須降低冷水出口溫度。因此，需要開大冷水閥，增加流過盤管的冷凍水流量，從而降低出口水溫，提供更多冷量。反之，冷負荷減小，則關(guān)小閥門。4.理論換熱量=ρ×c×V×(t_air_out-t_air_in)=1.2kg/m3×1.01kJ/(kg·K)×15萬m3/h×(18-13)℃=1.2×1.01×150000×5kJ/h=913.4kW加熱水溫無需根據(jù)回風調(diào)節(jié)原因：加熱器的目的是將空氣從回風溫度加熱到設(shè)計溫度（18℃）。只要回風溫度變化，出水溫度（即出風溫度）也會相應(yīng)變化，以維持出口溫度恒定。例如，若回風溫度從15℃降到13℃，為達到18℃出風，出水溫度需從45℃升高到48℃。加熱器本身的設(shè)計供水溫度是基于設(shè)計工況（如最不利工況下的回風溫度和出水溫度要求）確定的，并非根據(jù)瞬時回風溫度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)供水溫度無法解決出風溫度不達標的問題，且會使系統(tǒng)能耗增加。解析思路：理論換熱量計算同第2題。冬季加熱時，加熱器出水溫度（即提供給表冷器的熱水溫度）應(yīng)根據(jù)所需加熱的空氣出口溫度和回風溫度決定。若回風溫度降低，為維持出風溫度不變，出水溫度需相應(yīng)提高。系統(tǒng)通常通過調(diào)節(jié)表冷器冷水閥開度來控制出風溫度，而加熱器的供水溫度一般保持恒定或按預(yù)設(shè)模式變化，不直接隨回風溫度瞬時調(diào)節(jié)。案例二1.實際運行效率=(實際流量×實際揚程×9.81)/(軸功率×3600)=(30L/s×100m×9.81N/m2)/(45kW×3600s/h)=(30×100×9.81)/(45×3600)≈0.736=73.6%高效區(qū)判斷：額定效率75%>實際效率73.6%，運行在高效區(qū)附近。解析思路：效率計算公式η=(Q×H×γ)/(N×3600)，其中Q為流量（m3/s），H為揚程（m），γ為液體重度（N/m3，水約1000），N為軸功率（W）。注意單位統(tǒng)一，流量換算為m3/s（1L/s=0.001m3/s），功率換算為W（1kW=1000W）。比較實際運行效率與額定效率即可判斷是否在高效區(qū)。2.真空破壞器作用：防止水泵吸水管在負壓時發(fā)生氣蝕和真空，保證水泵正常吸水。解析思路：消防水泵直接從市政管網(wǎng)吸水，當市政水壓低于吸水口位置時，吸水管可能產(chǎn)生負壓（真空）。真空破壞器是一種自動裝置，當吸水管負壓過高時，它能自動打開排空氣，防止空氣被吸入泵內(nèi)造成氣蝕，破壞水泵性能甚至損壞。3.所需最小管徑流量計算：Q=A×v=π×(D/2)2×v=π×(D/2)2×(Q_H/A)=π×(D/2)2×(Q_H/(π×D2/4))=Q_H/(π×D/4)=4×Q_H/πD=4×Q_H/(π×v)假設(shè)室外地面消防栓壓力需求主要來自水柱高度：所需壓力H=P/(ρ×g)=0.1MPa/(1000kg/m3×9.81N/kg)≈10.2m水柱所需管徑D=4×25L/s/(π×10.2m)≈4×0.025m3/s/(3.14×10.2m)≈0.031m/31.7m≈0.001m=1mm此計算結(jié)果異常小，顯然不合理。重新審視：題目要求計算“最小管徑”，并給出條件“不考慮其他管段水頭損失”，但只提供了水池到水泵吸水口的高差5m。消防栓壓力需求（0.1MPa）遠大于此高差能提供的壓力（5m水柱）。這意味著僅靠水池最低水位到吸水口的高差和市政供水壓力，無法直接滿足室外消防栓的壓力要求。合理推斷：題目可能存在表述問題或隱含條件。若理解為計算從水池最低水位到水泵吸水口這段管道在不計水頭損失情況下的理論流量（基于5m水頭壓差），則按上述公式計算管徑。但實際工程中，必須保證整個系統(tǒng)（包括吸水管、止回閥、試水閥、管道等）的水頭損失加上水池高差和水壓能共同滿足消防栓壓力要求。因此，僅計算此段管徑無法得出結(jié)論。若必須給出一個基于題意的答案，則需假設(shè)一個合理的流量或水頭損失進行反推，但題目未提供足夠信息。嚴格來說，基于現(xiàn)有信息，該管徑無法滿足設(shè)計要求，因為水池高差和水壓不足。解析思路：首先計算所需流量對應(yīng)的管徑公式。然后根據(jù)題目給出的消防栓壓力要求，計算所需的水頭高度。發(fā)現(xiàn)僅憑水池高差和水壓遠不足，說明僅計算此段管徑無法滿足要求。指出題目條件或表述可能存在的問題。4.措施：啟動備用泵；提高市政供水壓力（如設(shè)置增壓設(shè)施）；關(guān)閉部分非消防用水閥門。解析思路：當市政供水壓力低于消防所需壓力時，主要解決方案是確保消防水泵能夠吸上水并達到所需揚程。啟動備用泵是最直接的保障。提高市政供水壓力或減少系統(tǒng)總水頭損失（如關(guān)閉部分試水閥或非消防閥門）也有助于滿足要求。案例三1.建設(shè)期利息=貸款額×利率×年數(shù)。第1年貸款利息=2500萬×40%×6%=60萬。第2年貸款利息=(2500萬×40%+60萬)×6%=102萬?？偼顿Y額=5000萬+60萬+102萬=5162萬。解析思路：總投資額=項目總投資+建設(shè)期利息。建設(shè)期利息=各年貸款金額×利率×時間（通常按年計算）。對于分期貸款，后一年的利息要包括前一年的應(yīng)計利息。2.年利潤總額=年銷售收入-年經(jīng)營成本-年貸款利息。年貸款利息=第2年剩余貸款額×利率=(2500萬×40%+2500萬×60%×40%)×6%=(1000萬+600萬)×6%=160萬。年利潤總額=3500萬-1800萬-160萬=1540萬。解析思路：年利潤總額=年毛利-年經(jīng)營成本-年財務(wù)費用（主要是貸款利息）。題目未明確給出年財務(wù)費用，但根據(jù)建設(shè)期貸款情況，可估算出運營期初尚有貸款本金的利息。此處簡化為僅扣除貸款利息。3.靜態(tài)投資回收期=累計凈現(xiàn)金流量首次為正的年份。年凈現(xiàn)金流量=年利潤總額+年貸款利息（若考慮）。計算各年累計凈現(xiàn)金流量：第1年：-2500萬第2年：-2500萬+1540萬=-960萬第3年：-960萬+1540萬=580萬第1年累計為負，第2年累計仍為負，第3年累計為正?；厥掌谠诘?年末至第3年初。回收期=2+(|-960萬|/1540萬)=2+960/1540≈2+0.622=2.622年。解析思路：靜態(tài)投資回收期不考慮資金時間價值。計算累計凈現(xiàn)金流量，找到首次為正的年份。若首次為正發(fā)生在某年末，則回收期=(首次為正年份-1)+(末尾負值的絕對值/該年末的凈現(xiàn)金流量)。注意這里簡化了年凈現(xiàn)金流量計算，未考慮固定資產(chǎn)折舊等非現(xiàn)金支出。4.財務(wù)內(nèi)部收益率（FIRR）：使項目計算期內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值之和等于零的折現(xiàn)率。計算結(jié)果說明：該收益率反映了項目自身盈利能力，若FIRR大于或等于基準折現(xiàn)率（或行業(yè)平均收益率），則項目在經(jīng)濟上可行。解析思路：FIRR是項目內(nèi)部的一個收益率指標，用于評估項目盈利性。其定義是凈現(xiàn)值（NPV）等于零時的折現(xiàn)率。計算FIRR需要知道項目整個計算期內(nèi)的各年凈現(xiàn)金流量。FIRR越高，表示項目盈利能力越強。將其與行業(yè)基準或要求收益率比較，是判斷項目可行性的主要依據(jù)。案例四1.氣源A單位體積供能量=38MJ/m3。氣源B單位體積供能量=50MJ/m3。氣源B供能量更高，相對更優(yōu)。解析思路：比較兩種氣源單位體積（1Nm3或1kg）所能提供的低熱值，數(shù)值越高，供能能力越強。2.沿程水頭損失h_f=λ×(L/D)×(v2/2g)=0.015×(15000m/0.15m)×[(1000m3/h/3600s/h)/0.15m]2/(2×9.81m/s2)≈0.015×100000×(0.2778m/s/0.15m)2/19.62≈0.015×100000×(1.852m/s/0.15m)2/19.62≈0.015×100000×(12.352/19.62)≈0.015×100000×77.22≈1158m水柱。局部水頭損失h_l=0.1×h_f=0.1×1158m=115.8m水柱?？傃爻?局部水頭損失=1158m+115.8m=1273.8m水柱。實際沿程水頭損失≈1273.8m水柱。解析思路：使用Darcy-Weisbach公式計算沿程水頭損失h_f=λ(L/D)(v2/2g)，其中λ為沿程水頭損失系數(shù)，L為管道長度，D為管徑，v為流速，g為重力加速度。局部水頭損失按沿程損失的百分比估算。注意單位統(tǒng)一，流量換算為m3/s，管徑換算為m。3.氣源A能耗（輸送1Nm3）：主要克服管道阻力做功，W_A=ρ_A×g×h_total_A。其中h_total_A=h_f_A+h_l_A=1273.8m。ρ_A=38kg/m3（近似）。W_A=38kg/m3×9.81m/s2×1273.8m≈474,400J/Nm3≈0.474MJ/Nm3。氣源B能耗（輸送1Nm3）：W_B=ρ_B×g×h_total_B。其中h_total_B=h_f_B+h_l_B=0.018×(15000/0.15)×[(1000/3600)/0.15]2/(2×9.81)+0.15×[上述計算結(jié)果]。計算h_f_B≈1958m,h_l_B≈294m,h_total_B≈2252m。W_B=50kg/m3×9.81m/s2×2252m≈1,103,000J/Nm3≈1.103MJ/Nm3。大致情況：氣源A能耗（0.474MJ/Nm3）遠低于氣源B能耗（1.103MJ/Nm3）。解析思路：輸送能耗主要考慮克服管道阻力做功，功W=mgh=ρVgh。對于輸送1Nm3的天然氣，V=1m3，m=ρV=ρ。因此W=ρgh。比較兩種氣源的密度（近似取低熱值密度）和所需克服的總水頭損失。4.其他因素：供氣可靠性（穩(wěn)定性、安全性）、天然氣價格、氣質(zhì)（純度、雜質(zhì)）、環(huán)保要求（燃燒排放）、基礎(chǔ)設(shè)施配套（管道接駁）、運行維護成本、政策法規(guī)。解析思路：選擇氣源是一個綜合決策過程，除了能量效率和輸氣能耗，還需考慮供應(yīng)的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性（價格）、環(huán)保性、技術(shù)可行性、政策法規(guī)要求以及與現(xiàn)有設(shè)施的兼容性等。案例五1.第1年貸款利息=5000萬×40%×6%=120萬。總投資額=5000萬+120萬=5120萬。第2年貸款利息=(5000萬×4