河南城建熱泵課程設(shè)計(jì)說明書

1、河南城建學(xué)院熱泵技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué) 號 042410150 學(xué) 生 姚猛 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程 課程名稱 空氣調(diào)節(jié)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 周前 能源與建筑環(huán)境工程學(xué)院 2013年11 月摘 要地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。通常地源熱泵消耗1kw的能量，用戶可以得到4kw以上的熱量或冷量。本課題主要是研究地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對合肥某別墅夏季制冷，冬季供熱的設(shè)計(jì)

2、方案。本方案地下?lián)Q熱器埋管方式采用垂直U型埋管，解決了傳統(tǒng)空調(diào)運(yùn)行效率低、耗電量大、運(yùn)行費(fèi)用高、噪音大、維護(hù)費(fèi)用高及會(huì)產(chǎn)生霉菌污染、使用壽命短等缺點(diǎn)。真正做到了高效、節(jié)能、環(huán)保、舒適的要求。關(guān)鍵詞：地源熱泵；空調(diào)系統(tǒng)；垂直埋管目 錄目 錄2第一章 緒論41.1 地源熱泵的發(fā)展趨勢41.2 地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)4第二章 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)6 2.1 室外氣象參數(shù)62.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)確定62.3 設(shè)計(jì)范圍62.4 設(shè)計(jì)原則6第三章 負(fù)荷計(jì)算73.1 冷負(fù)荷計(jì)算73.2 熱負(fù)荷計(jì)算73.3工程負(fù)荷統(tǒng)計(jì)7第四章 末端設(shè)備選型84.1 風(fēng)機(jī)盤管的選型8第五章 空調(diào)水系統(tǒng)水力計(jì)算95.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)95.

3、1.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則95.1.2 空調(diào)供回水管的水力計(jì)算95.2 空調(diào)水系統(tǒng)的水力計(jì)算95.3 冷凝水管道設(shè)計(jì)95.3.1 設(shè)計(jì)原則95.3.2 管徑確定105.4 水系統(tǒng)安裝要求10第六章 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)116.1 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則116.2 新風(fēng)系統(tǒng)116.3 風(fēng)口11第七章 地源熱泵機(jī)組選擇計(jì)算127.1 地源熱泵機(jī)組選型計(jì)算127.2空調(diào)循環(huán)水泵設(shè)計(jì)計(jì)算127.2.1 水泵流量的確定127.2.2 水泵揚(yáng)程的確定127.3.2 機(jī)房系統(tǒng)設(shè)計(jì)13第八章 地下埋管的設(shè)計(jì)與計(jì)算148.1 冬夏季地下?lián)Q熱量的確定148.2 確定地下?lián)Q熱器的埋管形式148.3 地下?lián)Q熱器埋

4、管管材及管徑的確定148.3.1 埋管管材的確定148.3.2 確定管徑148.4 豎井埋管管長的確定158.5豎井?dāng)?shù)目及間距的確定158.5.1豎井?dāng)?shù)目的確定158.5.2 冬夏季熱平衡的計(jì)算及豎井間距的確定158.6地下?lián)Q熱器循環(huán)水泵的選型168.6.1 循環(huán)水泵的確定168.6.2 水泵配管布置178.7閥門安裝17結(jié)語18致 謝19參 考 文 獻(xiàn)20第一章 緒論1.1 地源熱泵的發(fā)展趨勢地源熱泵與中央空調(diào)相連接的供熱制冷系統(tǒng)是目前的發(fā)展趨勢。綜合利用低品位熱能、高效率利用熱能、簡單化和一體化的地源熱泵系統(tǒng)等都是目前地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)的前沿課題。根據(jù)地源熱泵20年來的發(fā)展趨勢，其系統(tǒng)技術(shù)的

5、發(fā)展大致有如下三個(gè)方向：(1) 綜合利用熱能的趨勢。將來的地源熱泵系統(tǒng)不僅用于一般住宅、辦公用戶的供熱和制冷，更趨向于將供熱的廢棄能量(冷能)和制冷的廢棄能量(熱能)綜合利用，比如用供熱的廢棄冷能運(yùn)轉(zhuǎn)冷藏庫、自動(dòng)售貨機(jī)等，用制冷的廢棄熱能供應(yīng)溫室養(yǎng)殖、種植和生活熱水等。(2) 一體化趨勢。隨著新材料和新工藝的開發(fā)，將來的地源熱泵系統(tǒng)可能將熱泵的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與地上散熱系統(tǒng)一體化，使采熱和傳熱的效率更高。 (3) 實(shí)地建造的趨勢。隨著人們對居住和生活環(huán)境要求的不斷提高，越來越多的建筑物需要常年供暖、制冷、熱水和冷藏的功能。因此，充分利用建筑物的空間和周邊的自然環(huán)境和自然能源，因地制宜地設(shè)計(jì)、制造和配套

6、安裝相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)也將是一個(gè)發(fā)展方向。1.2 地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)高效：地下土壤溫度一年四季基本恒定在16左右，略高于該地區(qū)平均溫度1到2度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點(diǎn)。 節(jié)能、省費(fèi)用：冬季運(yùn)行時(shí)，COP約為4.2，即投入1kw電能，可得到4kw的熱能，夏季運(yùn)行時(shí)，COP可達(dá)5.3，投入1kw電能，可得到5kw的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3-4倍；并且熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的用電能耗。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能特點(diǎn)，決定了它的低運(yùn)行費(fèi)用。同比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)能50%-75%以上，讓您永無能源漲價(jià)危機(jī)與隱憂。零維護(hù)費(fèi)用： 地埋管部分一旦運(yùn)行使用，基本不需要任何維

7、修費(fèi)用的投入。既減少了人力資源，又節(jié)約了大量的資金。綠色環(huán)保：地?zé)豳Y源垂手可得，地源熱泵系統(tǒng)通過密閉水循環(huán)與土壤進(jìn)行能源交換，不破壞地層結(jié)構(gòu)，不利用地下水資源、低噪音，又不排放廢氣和廢棄物，對空氣不造成熱污染，具備零污染的良好環(huán)保品質(zhì)。（供熱時(shí)沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時(shí)省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌污染。）性能可靠：主機(jī)及系統(tǒng)匹配科學(xué)、合理，并選用世界名牌產(chǎn)品，高強(qiáng)度、高密度的聚氯乙烯管材均為進(jìn)口原料生產(chǎn)，地耦運(yùn)用新型的PE管，安全無毒，無腐蝕，柔韌性好、斷裂伸長率高，采用熱熔和電熔系統(tǒng)密封性能好、不泄漏，提供了安全運(yùn)行的可靠性。壽命長：地埋管采用北歐化工原料，加工工藝及設(shè)備有很高的技

8、術(shù)要求，其壽命為50-70年，主機(jī)壽命為20-25年，基本上屬于一次性投資終身受益型項(xiàng)目。 一機(jī)多用：地源熱泵系統(tǒng)可供暖，制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。 可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖，同時(shí)蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進(jìn)行降溫，同時(shí)蓄存熱量，以備冬用，保證大地?zé)崃康钠胶狻?靈活控制、便于運(yùn)行管理：自動(dòng)化程度高，無需專業(yè)人員值守、操控，根據(jù)需要靈活控制，開關(guān)由己，冷暖自知，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組獨(dú)立計(jì)費(fèi)，分戶分房間控制，方便業(yè)主對整個(gè)系統(tǒng)的管理。第二章 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)2.

9、1 室外氣象參數(shù)（1） 地理位置合肥市，位于東經(jīng)117.17°，北緯31.52°。（2） 室外氣象設(shè)計(jì)條件夏季空調(diào)室外干球溫度 夏季空調(diào)室外濕球溫度 夏季空調(diào)日平均溫度35.0028.2031.70夏季室外平均風(fēng)速（m/s)夏季空調(diào)大氣透明度等級夏季大氣壓(Pa)2.605100090 采暖計(jì)算溫度 空調(diào)計(jì)算溫度 冬季平均風(fēng)速 m/s 相對濕度%大氣壓(Pa)-3-72.575%102230（3） 室外平均風(fēng)速 夏季：2.60 m/s 冬季：2.60 m/s2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)確定表2-1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)季節(jié) 溫度（） 相對濕度（%）夏季 24 60冬季 20 60冬季熱負(fù)荷

10、類型為空調(diào)熱負(fù)荷。2.3 設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)為某別墅地源熱泵空調(diào)設(shè)計(jì)，建筑面積約627 m2，空調(diào)面積約300m2。建筑高度10.8米。各層房間有臥室、廚房及衛(wèi)生間、陽臺(tái)、休閑區(qū)等。每層層高均為3.6米，門高2.4米，窗高1.5米。2.4 設(shè)計(jì)原則由于合肥屬于夏熱冬冷地區(qū)，熱泵設(shè)計(jì)應(yīng)以夏季降溫為主，兼顧冬季供暖，而一般地下管群的傳熱量冬季大于夏季，因此夏季能滿足要求，冬季一般也能達(dá)到要求，故本裝置按夏季工況設(shè)計(jì)。要求空調(diào)系統(tǒng)滿足國家及行業(yè)有關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求，利用國內(nèi)外先進(jìn)的空調(diào)技術(shù)和設(shè)備，創(chuàng)建健康舒適的室內(nèi)空氣品質(zhì)及環(huán)境。第三章 負(fù)荷計(jì)算3.1 冷負(fù)荷計(jì)算見附表：合肥某別墅 熱負(fù)荷計(jì)算書3.2

11、熱負(fù)荷計(jì)算見附表：合肥某別墅 熱負(fù)荷計(jì)算書3.3工程負(fù)荷統(tǒng)計(jì)季節(jié)總負(fù)荷（含新風(fēng)/全熱）(W)夏季冬季4153737008第四章 末端設(shè)備選型4.1 風(fēng)機(jī)盤管的選型根據(jù)已經(jīng)得出的房間冷負(fù)荷、風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)量、水壓降等選擇風(fēng)機(jī)盤管的型號，各房間選取的風(fēng)機(jī)盤管型號及數(shù)量列于下表：表4-1風(fēng)機(jī)盤管的選型房間編號設(shè)備型號數(shù)量（臺(tái)）風(fēng)量（kg/h）制冷量（W）制熱量（W）1001工人房1RCI-40FSNQ1970.4334596.92802.21002工人房2RCI-40FSNQ1970.4334596.92802.21003多功能廳RCI-40FSNQ11012.594382.73321.31004健身房

12、RCI-40FSNQ1817.5614097.73187.62001書房RCI-40FSNQ1444.0451620.72640.12002中式廚房RCI-40FSNQ1351.8261753.32337.92003西式廚房RCI-40FSNQ1391.5681844.42919.22004家庭室RCI-40FSNQ11053.194201.71093.42005餐廳RCI-40FSNQ1700.8243373.71039.42006客廳RCI-40FSNQ1948.6334362.7827.23001臥室1RCI-40FSNQ1641.9032319.72381.13002更衣間1RPK-2

13、8FSNQ1233.471927.7879.53003臥室2RCI-40FSNQ1204.313797.71133.23004主臥室RCI-40FSNQ11175.584061.33349.63005休息區(qū)RCI-40FSNQ1204.3134061.32697.73006更衣間2RPK-28FSNQ1444.0451620.7873.5第五章 空調(diào)水系統(tǒng)水力計(jì)算5.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持的設(shè)計(jì)原則是：（1）管路考慮必要的坡度以排除空氣；（2）要解決好水處理與水過濾；（3）力求水力平衡；（4）變流量系統(tǒng)宜采用變頻調(diào)節(jié)；（5） 防止大流量小溫差；

14、（6）注意管網(wǎng)的保冷與保暖效果。5.1.2 空調(diào)供回水管的水力計(jì)算空調(diào)水系統(tǒng)按照管道的布置形式和工作原理，一般分為一下主要幾種類型：（1）按供、回水管道數(shù)量，分為：雙管制、三管制和四管制；（2）按供、回水干管的布置形式，分為：水平式和垂直式；（3）按供、回水在管道內(nèi)的流動(dòng)關(guān)系，分為：同程式和異程式；（4）按原理分為：開式和閉式；（5）按調(diào)節(jié)方式分為：定流量和變流量。系統(tǒng)冷熱源的供冷、供熱用地源熱泵機(jī)組供給，房間不需要同時(shí)供冷、供熱，該設(shè)計(jì)中管路不與大氣接觸，在每層水系統(tǒng)的最高點(diǎn)和系統(tǒng)的最高點(diǎn)設(shè)排氣閥,以排除系統(tǒng)中積存的空氣，故選用閉式雙管系統(tǒng)，冷水、熱水共同使用一個(gè)管路，系統(tǒng)簡單，初投資較低。

15、干管的布置采用垂直異程式，一級泵、水泵變流量系統(tǒng)。5.2 空調(diào)水系統(tǒng)的水力計(jì)算采用控制比摩阻法，其計(jì)算步驟如下：（1）繪制冷水系統(tǒng)圖，對管段編號，標(biāo)注長度和負(fù)荷；（2）確定合理的比摩阻；（3）根據(jù)各個(gè)管段的負(fù)荷、比摩阻及局部阻力系數(shù)確定管段的直徑，計(jì)算摩擦阻力和局部阻力；（4）并聯(lián)管路的阻力平衡；（5）計(jì)算系統(tǒng)的總阻力。見附表：水管水力計(jì)算表5.3 冷凝水管道設(shè)計(jì)5.3.1 設(shè)計(jì)原則在風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組、整體式空調(diào)器、組合式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行過程中都會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的冷凝水，必須及時(shí)予以排走，以保證系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。排放冷凝水管道的設(shè)計(jì)，一般采用開式、非滿流自流系統(tǒng)。冷凝水管道設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1)

16、沿水流方向，水平管道應(yīng)保持不小于千分之三的坡度，且不允許有積水部位；（2）當(dāng)冷凝水盤位于機(jī)組內(nèi)的負(fù)壓區(qū)段時(shí)，凝水盤的出水口處必須設(shè)置水封，水封的高度應(yīng)比凝水盤處的負(fù)壓（相當(dāng)于水柱高度）大50%左右。水封的出口，應(yīng)與大氣相通；（3）冷凝水管道宜用聚氯乙烯塑料管，不必進(jìn)行防結(jié)露的保溫和隔氣處理；（4）冷凝水立管的頂部，應(yīng)設(shè)計(jì)通向大氣的透氣管；（5）設(shè)計(jì)和布置冷凝水管路時(shí)，必須認(rèn)真考慮定期沖洗的可能性，并應(yīng)設(shè)計(jì)安排必要的設(shè)施；（6） 冷凝水管的公稱直徑DN(mm)，應(yīng)根據(jù)通過冷凝水的流量計(jì)算確定。5.3.2 管徑確定一般情況下，冷凝水管的管徑設(shè)計(jì)遵循：管段承擔(dān)冷負(fù)荷小于等于7kw時(shí)，冷凝管徑為DN2

17、0，管段承擔(dān)冷負(fù)荷大于7kw小于等于17kw時(shí)，冷凝管徑為DN25，管段承擔(dān)冷負(fù)荷大于17kw小于等于100kw時(shí)，冷凝管徑為DN32。5.4 水系統(tǒng)安裝要求（1）閉式系統(tǒng)熱水管和冷水管設(shè)有0.003的坡度，當(dāng)多管再一起敷設(shè)時(shí)，各管路坡向最好相同，以便采用共用支架。如因條件限制熱水和冷水管道可無坡度敷設(shè)，但管內(nèi)水流速不得小于0.25m/s，并應(yīng)考慮在變水量調(diào)節(jié)時(shí)，亦不應(yīng)小于此值；（2）閉式系統(tǒng)在熱水和冷水管路的每個(gè)最高點(diǎn)（當(dāng)無坡度敷設(shè)時(shí)，在水平管水流的終點(diǎn)）設(shè)排氣裝置（集氣罐或自動(dòng)排氣閥）。對于自動(dòng)排氣閥應(yīng)考慮其損壞或失靈時(shí)易于更換的關(guān)斷措施，即在其與管道連接處設(shè)一個(gè)閥門。手動(dòng)集氣罐的排氣管應(yīng)

18、接到水池或地漏，排氣管上的閥門應(yīng)便于操作；自動(dòng)排氣閥的排氣管也最好接至室外或水池等，以防止其失靈漏水時(shí)，流到室內(nèi)或頂棚上；（3）與水泵接管及大管與小管連接時(shí)，應(yīng)防止氣囊產(chǎn)生。大管需由小管排氣時(shí)，大管與小管的連接應(yīng)為頂平，以防大管中產(chǎn)生氣囊；（4）系統(tǒng)的最低點(diǎn)設(shè)單獨(dú)放水的設(shè)備（如表冷器、加熱器等）的下部應(yīng)設(shè)帶有閥門的放水管，并接入地漏或漏斗。作為系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時(shí)沖刷管路和管路檢修時(shí)放水之用；（5）空調(diào)器、風(fēng)機(jī)盤管等的表冷器（冷盤管）當(dāng)處于負(fù)壓段時(shí)，其冷凝水的排水管設(shè)有水封，且排水管應(yīng)有不小于0.001的坡度。凝結(jié)水管徑較大時(shí)，最好作圓水封筒；（6）空調(diào)機(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)地漏，以排出噴水室的放水，水泵、閥

19、門可能的漏水和表冷器的凝結(jié)水。地面的坡度應(yīng)坡向地漏，地面應(yīng)作防水處理?；蛘邔⒖赡苡兴牡胤街車O(shè)圍堰，圍堰內(nèi)設(shè)地漏，地面要防水。第六章 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則（1） 合理而正確的劃分通風(fēng)與空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)。風(fēng)管系統(tǒng)的劃分應(yīng)該遵循滿足通風(fēng)與空調(diào)的要求、節(jié)能、運(yùn)行管理方便、節(jié)省材料等原則。按照建筑物的不同使用功能、不同的使用時(shí)間、不同負(fù)荷的特點(diǎn)、不同的平面布置等正確地劃分風(fēng)管系統(tǒng)。另外，還應(yīng)和水管路系統(tǒng)的劃分相結(jié)合。在設(shè)計(jì)中，同時(shí)考慮空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)與水系統(tǒng)才能獲得經(jīng)濟(jì)而合理的方案。（2） 合理布置風(fēng)系統(tǒng)。風(fēng)系統(tǒng)的總體布置與空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行效果的影響很大。因此，在設(shè)計(jì)中

20、，風(fēng)系統(tǒng)的總體布置方案應(yīng)該是一個(gè)在初投資、運(yùn)行費(fèi)用和運(yùn)行效果之間綜合考慮的折中方案。（3） 風(fēng)管的斷面形式應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)結(jié)合，并力爭做到與建筑物空間完美統(tǒng)一。大風(fēng)量系統(tǒng)斷面尺寸過大時(shí)，會(huì)降低建筑的使用高度，這時(shí)可采用多路并聯(lián)布置方式，以降低風(fēng)管的截面高度。（4） 在風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如何減少風(fēng)系統(tǒng)的流動(dòng)阻力也是要考慮的重要原則。風(fēng)系統(tǒng)流動(dòng)總阻力是由風(fēng)系統(tǒng)摩擦力和局部阻力組成。一般來說，減少風(fēng)系統(tǒng)摩擦阻力的措施主要有：盡量采用表面光滑的材料制作風(fēng)管；在允許范圍內(nèi)盡量降低管內(nèi)的風(fēng)速；應(yīng)及時(shí)做好風(fēng)管沒的清掃，以減少壁面的粗糙度。減少風(fēng)系統(tǒng)的局部阻力的主要措施主要有：盡量減少或避免風(fēng)管轉(zhuǎn)彎和風(fēng)管斷面的突然

21、變化；圓形風(fēng)管彎頭曲率徑宜大于1.5倍直徑；矩形彎頭內(nèi)、外側(cè)均宜采用圓?。划?dāng)外側(cè)采用直角時(shí)，內(nèi)側(cè)應(yīng)采用圓弧或斜邊，風(fēng)管寬大于500mm時(shí)，彎頭內(nèi)還應(yīng)加裝導(dǎo)流葉片；支風(fēng)管與主風(fēng)管連接時(shí)，應(yīng)避免90度垂直連接避免合流三通內(nèi)出現(xiàn)氣流引射現(xiàn)象等。風(fēng)管設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用必要的噪聲控制技術(shù)，使建筑物內(nèi)達(dá)到允許的噪聲值。6.2 新風(fēng)系統(tǒng)為了保證室內(nèi)空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，必須采用新風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合本設(shè)計(jì)理念，由于風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，所以新風(fēng)系統(tǒng)直接通過風(fēng)管和引風(fēng)機(jī)從室外引入新風(fēng)送到室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管處理到室內(nèi)狀態(tài)后跟室內(nèi)回風(fēng)一塊送到室內(nèi)。風(fēng)管形式及風(fēng)管尺寸的確定根據(jù)新風(fēng)量及相關(guān)規(guī)范選擇。6.3 風(fēng)口風(fēng)口對氣流組織有

22、著關(guān)鍵影響，根據(jù)送回風(fēng)量選擇合適的風(fēng)口，均勻分配，同時(shí)避免柱和梁的阻擋，最大可能的減少風(fēng)量擾動(dòng)對氣流產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)，才能產(chǎn)生良好的氣流組織效果。 本設(shè)計(jì)風(fēng)口選取的是海信日立空調(diào)-商用變頻SET-FREE FSN系列，壁掛式RPK-28FSN和四面出風(fēng)嵌入式RCI-40FSN，安裝高度為3.2m，風(fēng)口有效面積系數(shù)取0.8，頸部風(fēng)速控制在35m/s。第七章 地源熱泵機(jī)組選擇計(jì)算7.1 地源熱泵機(jī)組選型計(jì)算該別墅的最大冷負(fù)荷Q=41.537 kw，考慮風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、水管、冷水管及水箱溫升引起的附加冷負(fù)荷，修正后：Q修正=1.15*Q=47kw，該辦公樓的總設(shè)計(jì)負(fù)荷為47kw。因此，可以選擇1臺(tái)海信日立

23、空調(diào)-商用變頻SET-FREE FSN系列水水機(jī)組，型號為RAS-500FSNQ，機(jī)組重量460Kg。制冷工況：冷凍水進(jìn)/出溫度：12/7；冷卻水進(jìn)/出溫度30/35。 產(chǎn)品名稱： 海信日立空調(diào)-商用變頻SET-FREE FSN系列水水機(jī)組 熱泵機(jī)組特點(diǎn)：（1）一機(jī)多用，可以實(shí)現(xiàn)夏季制冷和冬季制熱，還可提供45的生活熱水（2）采用溫度相對穩(wěn)定的地下熱源，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，高效節(jié)能（3）先進(jìn)載荷平衡原理，主軸承設(shè)計(jì)壽命高達(dá) 10 萬小時(shí)（4）采用平衡壓縮設(shè)計(jì)，運(yùn)行噪聲和振動(dòng)極低，機(jī)組的應(yīng)用靈活性更好（5）多壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，啟動(dòng)電流小，具有良好的備用功能和優(yōu)異的部分負(fù)荷性能（6）調(diào)節(jié)方

24、便，根據(jù)負(fù)荷需求，自動(dòng)對壓縮機(jī)進(jìn)行開停機(jī)及增減載（7）可利用多種能源：地下水、土壤及各種余熱排水（8）全新微電腦控制，標(biāo)準(zhǔn)中文觸摸顯式屏，操作更加方便簡捷，可通過調(diào)制解調(diào)器對機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，并可與樓宇自控系統(tǒng)（BAS）聯(lián)網(wǎng)（9）機(jī)組工廠運(yùn)行測試保證運(yùn)行可靠，測試平臺(tái)通過美國 ARI 認(rèn)證（10）機(jī)組生產(chǎn)程序獲得 ISO9001 認(rèn)證7.2空調(diào)循環(huán)水泵設(shè)計(jì)計(jì)算7.2.1 水泵流量的確定 L= Q/(t×1.163 )×(1.15-1.2)式中 L冷凍水水流量，m3/h； Q總冷負(fù)荷，kw；t冷凍水進(jìn)出水溫差，一般取4.55。根據(jù)上式計(jì)

25、算的L=8.6 m3/h。7.2.2 水泵揚(yáng)程的確定(1) 制冷機(jī)組蒸發(fā)器水阻力：一般為57mH2O；(2) 末端設(shè)備（空氣處理機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管等）表冷器或蒸發(fā)器水阻力：一般為46mH2O；回水過濾器阻力，一般為35mH2O；(3) 分水器、集水器水阻力：一般一個(gè)為3mH2O；(4) 制冷系統(tǒng)水管路沿程阻力和局部阻力損失：沿程阻力一般為比摩阻(100300Pa/m)每乘以管道長度.局部阻力為沿程阻力的50%。綜上所述，水泵揚(yáng)程為上述阻力之和。因此水泵的揚(yáng)程H=16.5 mH2O。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果水泵的揚(yáng)程與流量留一點(diǎn)余量，查中央空調(diào)設(shè)備選型手冊可以選擇IS立式離心水泵，選用兩臺(tái)，一用一備。性能參數(shù)

26、如下： 型號：ISG40-125 轉(zhuǎn)速：2900r/min 流量：4.48.8m3/h 揚(yáng)程：21.018.0 電機(jī)功率：1.1kW 電機(jī)型號：JG1-17.3空調(diào)機(jī)房設(shè)計(jì)7.3.1 熱泵機(jī)組 為了提高熱泵機(jī)組在供熱工況下的能效比,要求盡量提高機(jī)組蒸發(fā)溫度。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的高低是用戶首先關(guān)心的問題。供熱工況地埋管換熱器進(jìn)出水溫度已經(jīng)確定,即機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)出水溫度已經(jīng)確定,提高蒸發(fā)溫度的唯一辦法是減小蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器出水溫度的溫度差。采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.2.2條指出,臥式殼管式蒸發(fā)器,蒸發(fā)溫度宜比冷水出口溫度低24度。一般冷水機(jī)組生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度比蒸發(fā)器出水溫度低45度。筆者設(shè)計(jì)制熱

27、工況時(shí)機(jī)組蒸發(fā)器出水溫度為3度,(地埋管換熱器供暖工況進(jìn)水溫度為3度)。這樣機(jī)組蒸發(fā)溫度要在0度以下,要求地埋管系統(tǒng)循環(huán)水中要加防凍液,這必然提高了工程費(fèi)用,同時(shí)對機(jī)房內(nèi)金屬管道及金屬分、集水器要作相應(yīng)的防腐處理。筆者要求熱泵機(jī)組蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器出水溫度差<2度,此時(shí)蒸發(fā)溫度在0度以上,避免蒸發(fā)器內(nèi)發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。7.3.2 機(jī)房系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)房內(nèi)安裝一個(gè)高架水箱,該水箱既是地埋管系統(tǒng)的膨脹定壓水箱,又是末端系統(tǒng)的給水箱。除末端系統(tǒng)分水器、集水器,機(jī)房內(nèi)還裝有地埋系統(tǒng)分水器、集水器。通過儀表可觀察地埋管系統(tǒng)水溫變化及系統(tǒng)阻力。通過閥門調(diào)整使各支路水力平衡。 在地埋管系統(tǒng)集水器的每個(gè)

28、支路閥門前裝有溫度測孔,可分別觀察每個(gè)支路回水溫度,也可通過閥門調(diào)整各支路流量以使各支路回水溫度接近,充分發(fā)揮每個(gè)地埋管換熱器的換熱功能。供冷、供熱工況轉(zhuǎn)換由機(jī)房管路上8個(gè)閥門啟閉來實(shí)現(xiàn)。供冷時(shí)末端系統(tǒng)水流經(jīng)機(jī)組蒸發(fā)器,地埋管系統(tǒng)水流經(jīng)機(jī)組冷凝器;供熱時(shí)末端系統(tǒng)水流經(jīng)機(jī)組冷凝器,地埋管系統(tǒng)水流經(jīng)機(jī)組蒸發(fā)器。兩套系統(tǒng)各有專用循環(huán)水泵。 第八章 地下埋管的設(shè)計(jì)與計(jì)算8.1 冬夏季地下?lián)Q熱量的確定冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉接?jì)算： Q1=Q1×(1+1/COP1 ) Q2=Q2×(11 /COP2 ) 式中 Q1夏季向土壤排放

29、的熱量，kW ；Q1夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kW ；Q2冬季從土壤吸收的熱量，kW ；Q2冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kW ；COP1設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)；COP2設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù) 。COP在小機(jī)組制冷時(shí)可取4.55.0，制熱時(shí)取3.23.5； 在大機(jī)組制冷時(shí)可取5.05.6，制熱時(shí)取3.33.8。根據(jù)上式計(jì)算得Q1=54.5KW，Q2=25.4KW。取夏季地下?lián)Q熱量Q1=54.5KW進(jìn)行計(jì)算。8.2 確定地下?lián)Q熱器的埋管形式 地源熱泵技術(shù)的關(guān)鍵是地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì),地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是本系統(tǒng)有別于其他系統(tǒng)之所在。地下埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其選擇的形

30、式是否合理，設(shè)計(jì)的是否正確，將關(guān)系到整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)能否滿足要求和正常使用及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。最終確定地下?lián)Q熱器的埋管形式采用垂直U型埋管。8.3 地下?lián)Q熱器埋管管材及管徑的確定8.3.1 埋管管材的確定一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴(yán)重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價(jià)格較低的管材。所以，土壤源熱泵統(tǒng)中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；而PVC管材由于不易彎曲

31、，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。這里選取聚乙烯（PE100）。8.3.2 確定管徑 在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求： （1）管道要大到足夠保持最小輸送功率； （2）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。 顯然，上述兩個(gè)要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下,對更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mHO/100m當(dāng)量長度以下。 本設(shè)計(jì)選取埋管管徑為De32。8.

32、4 豎井埋管管長的確定地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。 在實(shí)際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計(jì)算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為70110W/m(井深)，或3555W/m(管長)，水平埋管為2040W/m（管長）左右。 設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），具體計(jì)算公式如下： L= 式中 L 豎井埋管總長，m ； Q1 夏季向土壤排放的熱量，kW ； 分母“0.035”是夏季每m管長散熱量，KW/m 。根據(jù)上式計(jì)算得L=1557m。8.5豎井?dāng)?shù)目及間距的確定8.5.1豎井?dāng)?shù)

33、目的確定 國外，豎井深度多數(shù)采用 50100m，設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度H，代入下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目: N=L/2H 式中 N豎井總數(shù)，個(gè) ； L豎井埋管總長，m ； H豎井深度，m ； 分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管的管長約等于豎井深度的2倍。 取豎井深度H=100m， 根據(jù)上式計(jì)算得N=7.8，然后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計(jì)算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本將大大增加。確定豎井?dāng)?shù)目為8。8.5.2 冬夏季熱平衡的計(jì)算及豎井間距的確定 （1）土壤熱平衡問題的由來 土壤源熱泵依靠土壤換熱器（ground heat exchanger）從地下土壤中提取溫差能，雖然熱

34、泵機(jī)組的熱源和熱匯都是擴(kuò)散半徑范圍內(nèi)的土壤溫差，但土壤換熱器夏季累計(jì)向土壤的放熱與冬季從土壤的取熱量一般并不一致，這樣長期取放熱量不平衡的堆積會(huì)超過土壤自身對熱量的擴(kuò)散能力，造成其溫度不斷偏離其初始溫度，并導(dǎo)致冷卻水溫度隨之變化和系統(tǒng)運(yùn)行效率逐年下降，這即通常稱謂的土壤源熱泵熱平衡問題。土壤源熱泵周期運(yùn)行后土壤溫度出現(xiàn)上升和下降是土壤熱量收支失衡的兩種后果，都對系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行不利。如果土壤源熱泵系統(tǒng)承擔(dān)全部空調(diào)負(fù)荷，大多數(shù)情況下其全年從土壤的取放熱量是不平衡的，在我國主要的可能性表現(xiàn)為散熱量多于取熱量。這主要是由于供冷季、供暖季持續(xù)時(shí)間和負(fù)荷強(qiáng)度有明顯差異，而且夏季土壤還要承擔(dān)制冷機(jī)組和水泵

35、等設(shè)備散熱造成的。 （2）豎井間距的確定 關(guān)于豎井間距有資料指出： U型管豎井的水平間距一般為4.5m，也有實(shí)例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置來節(jié)約占地面積。根據(jù)上式計(jì)算得Q1=54.5KW，Q2=25.4KW，冬夏季與土壤換熱量明顯不平衡，本設(shè)計(jì)中的豎井間距適當(dāng)增大取5m。8.6地下?lián)Q熱器循環(huán)水泵的選型8.6.1 循環(huán)水泵的確定 水泵是中央空調(diào)的主要設(shè)備之一。 水泵的選擇原則及注意事項(xiàng)：首先要滿足最高運(yùn)行工況的流量和揚(yáng)程，并使水泵的工作狀態(tài)點(diǎn)處于高效率范圍；泵的流量和揚(yáng)程應(yīng)有1020%的富裕量；當(dāng)流

36、量較大時(shí)，宜考慮多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，并聯(lián)臺(tái)數(shù)不宜超過3臺(tái)，并應(yīng)盡可能選擇同型號水泵；供暖和空調(diào)系統(tǒng)中的循環(huán)水泵，宜配備一臺(tái)備用水泵；選泵時(shí)必須考慮系統(tǒng)靜壓對泵體的影響，注意水泵殼體和填料的承壓能力以及軸向推力對密封環(huán)和軸封的影響，在選用水泵時(shí)應(yīng)注明所承受的靜壓值，必要時(shí)有制造廠家做特殊處理。 水泵的形式的選擇與水管系統(tǒng)的特點(diǎn)、安裝條件、運(yùn)行調(diào)節(jié)要求和經(jīng)濟(jì)性等有關(guān)。選擇水泵所依據(jù)的流量L和壓頭P如下確定： 水泵揚(yáng)程 P=(1.11.2)Hmax ，KPa 式中 Hmax管網(wǎng)最不利環(huán)路總阻力計(jì)算值，KPa； 1.11.2為放大系數(shù)。 水泵流量 L=(1.11.2) Lmax， m3/h 式中 Lmax設(shè)

37、計(jì)最大流量 1.11.2為放大系數(shù)，水泵單臺(tái)工作時(shí)取1.1，多臺(tái)并聯(lián)工作時(shí)取1.2。 在前面已經(jīng)計(jì)算出L=4.6 m3/h，H=16 m H2O。 所以Lmax=5.06 m3/h，Hmax=17.6 m H2O。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果水泵的揚(yáng)程與流量留一點(diǎn)余量，查中央空調(diào)設(shè)備選型手冊可以選擇IS立式離心水泵，選用兩臺(tái)，一用一備。性能參數(shù)如下： 型號：ISG40-125 轉(zhuǎn)速：2900r/min 流量：4.48.3 m3/h 揚(yáng)程：21.018.0 m 電機(jī)功率：1.1kW 電機(jī)型號：JG1-18.6.2 水泵配管布置 進(jìn)行水泵的配管布置時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）安裝軟性接管：在連接水泵的吸入管和壓出

38、管上安裝軟性接管，有利于降低和減弱水泵的噪聲和振動(dòng)的傳遞。（2）出口裝止回閥：目的是為了防止突然斷電時(shí)水逆流而時(shí)水泵受損。（3）水泵的吸入管和壓出管上應(yīng)分別設(shè)進(jìn)口閥和出口閥；目的是便于水泵不運(yùn)行能不排空系統(tǒng)內(nèi)的存水而進(jìn)行檢修。（4）水泵的出水管上應(yīng)裝有溫度計(jì)和壓力表，以利檢測。如果水泵從地位水箱吸水，吸水管上還應(yīng)該安裝真空表。（5）水泵基礎(chǔ)高出地面的高度應(yīng)小于0.1m，地面應(yīng)設(shè)排水溝。8.7閥門安裝 水系統(tǒng)的閥門可采用閘閥、止回閥、球閥，對于大管路可采用蝶閥，選用閥門時(shí)，應(yīng)和系統(tǒng)的承壓能力相適應(yīng)，閥門型號應(yīng)與連接管管徑相同。 閥門的作用一為檢修時(shí)關(guān)斷用，一為調(diào)節(jié)用。當(dāng)需定量調(diào)節(jié)流量時(shí)，可采用平衡閥。平衡閥可以兼作流量測定、流量調(diào)節(jié)、關(guān)斷和排污用。一般在下列地點(diǎn)設(shè)閥門：（1）水泵的進(jìn)口和出口；（2）系統(tǒng)的總?cè)肟?、總出口；各分支環(huán)路的入口和出口；（3）熱交換器、表冷器、加熱器