別墅區(qū)地源熱泵空調(diào)畢業(yè)設(shè)計

1、摘要本別墅區(qū)地處上海市郊，別墅系一棟集文化娛樂，辦公，客房等一體的多功能綜合別墅。別墅選擇地源熱泵為空調(diào)冷熱源, 別墅分東西兩區(qū)，每區(qū)共用一臺熱泵機組?？照{(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)部分采用風(fēng)機盤管加獨立新風(fēng)系統(tǒng)，末端設(shè)備為風(fēng)機盤管, 氣流組織采用上送下回，送風(fēng)口為雙層活動百葉窗，地源熱泵地下?lián)Q熱器采用U 型豎埋管地下?lián)Q熱器，環(huán)路型式為并聯(lián)?？照{(diào)水系統(tǒng)為閉式、異程式、兩管制。經(jīng)地質(zhì)勘測本文選用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。本論文從地源熱泵工作原理出發(fā)，詳細(xì)地進行了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和特點分析, 并與普通空調(diào)系統(tǒng)進行了經(jīng)濟上和技術(shù)上的比較。關(guān)鍵詞：別墅區(qū)；地源熱泵；豎直埋管；風(fēng)機盤管AbstractThis villa

2、 is located in the outskirts of Shanghai, the villa is a collection of cultural entertainment, office, guest rooms such as the integration of multi-functional comprehensive villas. Villa selectively source heat pump for air conditioning heat and cold source, Villa two, were sharing a heat pump units

3、. Indoor part of the air conditioning system adopt fan-coil unit plus fresh air system independently, terminal equipment for the fan coil units, air distribution by giving next time, for the heat pump system design of air supply outlet, the underground heat exchanger of ground source heat pump, when

4、 adopting the u-shaped vertical buried tube heat exchanger, loop type for layer and Venetian blinds. Air conditioning water system is closed, with the program, two controls. Through the geological survey selects the buried pipe geopolitical. This paper embarks from the working principle of the groun

5、d source heat pump, ground source heat pump air conditioning system design in detail and characteristic analysis, and compared with the common air conditioning system on economic and technical comparison.Key words: villa; ground source heat pump;the vertical buried tube; fan coil units目錄前言 . 11 地源熱泵

6、的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 21.1 地源熱泵簡介 . 21.2 國外地源熱泵的發(fā)展 . 31.3 國內(nèi)地源熱泵發(fā)展簡史 . 31.4 地源熱泵發(fā)展趨勢 . 41.5 地源熱泵技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢 . 52 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)初步設(shè)計 . 72.1 工程概況及暖通空調(diào)設(shè)計條件 . . 72.2 氣象和地質(zhì)資料 . 72.3 地源熱泵系統(tǒng)簡介 . 82.4 初步設(shè)計 . 93 室內(nèi)負(fù)荷計算 . 103.1 冷負(fù)荷計算 . . 103.2 各房間負(fù)荷結(jié)果折線圖 . 153.3 各房間冷負(fù)荷匯總 . 184 空氣處理過程計算及設(shè)備選型 . 194.1 空氣處理過程計算原理 . 194.2 風(fēng)機盤管機組的選擇 .

7、204.3 室內(nèi)空氣處理過程計算 . 204.4 風(fēng)機盤管選型及校核 . 275 氣流組織計算 . 295.1 上送下回設(shè)計說明 . 295.2 氣流組織計算 . 296 空調(diào)設(shè)備選擇及其空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 . 326.1 末端設(shè)備選擇 . 326.2 空調(diào)系統(tǒng)概述 . 347 冷凍水管路的設(shè)計及水力計算 . 377.1 冷凍水管路的設(shè)計 . 377.2 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)管徑的確定. 397.3 冷凍水最不利環(huán)路水力計算. 407.4 室內(nèi)冷凍水環(huán)路水泵選型 . 417.5 冷凍水系統(tǒng)的膨脹水箱計算. 428 地下埋管設(shè)計與計算. 448.1 確定地下?lián)Q熱器的埋管形式. 448.2 確定管路連接方式

8、. 448.3 選擇地下?lián)Q熱器管材及豎埋管直徑 . 448.4 地下?lián)Q熱器尺寸的確定及布置 . . 459 消聲與防振設(shè)計 . 529.1 噪聲控制措施 . 529.2 系統(tǒng)隔振措施 . 5210 空調(diào)自控及全年運行要求 . 5410.1 空調(diào)自控. 5410.2 風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)的全年運行調(diào)節(jié) . 5411 主要設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)分析 . 5511.1 經(jīng)濟比較分析 . 5511.2 方案設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟分析 . 57結(jié)論 . 59致謝 . 60參考文獻(xiàn) . . 61附錄A . 62 附錄B . 錯誤！未定義書簽。 附錄C . 錯誤！未定義書簽。前言地源熱泵（Ground-source heat

9、pump）是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。盡管目前它的應(yīng)用還不能像傳統(tǒng)能源(煤、石油、天然氣、水力能和核能 那樣廣泛，但由于地殼里蘊藏著豐富的地?zé)崮?，特別是在傳統(tǒng)能源越來越缺乏的今天，地?zé)崮芾迷谠S多國家已得到了相當(dāng)?shù)闹匾?。本人涉及的別墅區(qū)位于上海市郊，別墅一棟集文化娛樂，辦公，客房等一體的多功能綜合別墅。設(shè)計內(nèi)容包括：空調(diào)冷負(fù)荷的計算；空調(diào)系統(tǒng)的劃分與系統(tǒng)方案的確定；冷源的選擇；空調(diào)末端處理設(shè)備的選型；風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計與計算；室內(nèi)送風(fēng)方式與氣流組織形式的選定；水系統(tǒng)的設(shè)計、布置與水力計算；地埋

10、管環(huán)路的設(shè)計與計算；消聲防振設(shè)計；經(jīng)濟性分析等內(nèi)容。本論文從地源熱泵工作原理出發(fā)，詳細(xì)地進行了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和特點分析, 并與普通空調(diào)系統(tǒng)進行了經(jīng)濟上和技術(shù)上的比較。地?zé)岜秒m初始投資較高，但使用費用較低，且耗能低、環(huán)保，在長期使用中可體現(xiàn)其經(jīng)濟優(yōu)勢。1 地源熱泵的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1 地源熱泵簡介地?zé)崾且环N可再生的自然能源。盡管目前它的應(yīng)用還不能像傳統(tǒng)能源(煤、石油、天然氣、水力能和核能 那樣廣泛，但由于地殼里蘊藏著豐富的地?zé)崮埽貏e是在傳統(tǒng)能源越來越缺乏的今天，地?zé)崮芾迷谠S多國家已得到了相當(dāng)?shù)闹匾?。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400米深 作為冷熱源，進行

11、能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47的太陽能，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地源也成為清潔的可再生能源一種形式。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用水與地源(地下水、土壤或地表水 進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地源中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地源為“熱泵”；夏季把室內(nèi)熱量“取”出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地源為“冷源”。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)

12、通過輸入少量的高品位能源(如電能 ，實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。與鍋爐(電、燃料 供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90以上的電能或7090的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量供用戶使用，因此地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為916，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.56.3，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的5060。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40以上，與常規(guī)電供暖相比，相當(dāng)于減少70以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比

13、常規(guī)空調(diào)裝置減少25的充灌量。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。1.2 國外地源熱泵的發(fā)展地能熱泵系統(tǒng)在北美和歐洲都應(yīng)用的比較普及，根據(jù)國際地?zé)崧?lián)合會（ The geothermal heat pump consortium ）的統(tǒng)計，到 2003 年底，采用地能熱泵技術(shù)制冷供熱的建筑面積美國為 3720萬平方米，瑞典為 2000萬平米，德國為 560萬平米，加拿大為 435萬平米。但北美的應(yīng)用與歐洲的應(yīng)用存在明顯的差異。北美的應(yīng)用，地能熱泵更多地偏重于解決建筑的空調(diào)制冷問題。在美國，政府投入很多的力

14、量來支持地能熱泵系統(tǒng)的推廣，政府和學(xué)校經(jīng)過多年的努力，建立了全國各地地質(zhì)參數(shù)資料庫，并在各州確立了經(jīng)過認(rèn)可的地能熱泵推薦的工程商， ASHERE 也針對系統(tǒng)特殊要求在機組設(shè)計上建立了標(biāo)準(zhǔn)，同時政府支持在大地?fù)Q熱器設(shè)計以及工程施工方面的研究，而在不同的州，又有各自的政策來鼓勵地能熱泵系統(tǒng)的推廣，如專門的補貼、政府推廣網(wǎng)站等。從系統(tǒng)設(shè)計的角度看，雖然北美也有小型的水水熱泵機組，但北美地能熱泵系統(tǒng)更多地采用的是水環(huán)熱泵系統(tǒng)，尤其對于一些大型的工商建筑，采用水環(huán)熱泵正成為設(shè)計的主流趨勢。美國著名的地能熱泵制造商有 CLIAMTMASTER 、WATER FURNACE 等 ，他們提供符合 ARI 的專

15、門用于地能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。而對于大地?fù)Q熱器，北美采用的多是單 U 型的垂直埋管方式和水平埋管的方式, 鉆孔深度為 50 -160 米 。在歐洲，由于環(huán)保和節(jié)能的要求，目前，在歐洲，地能熱泵系統(tǒng)在供熱方面積累了豐富的經(jīng)驗，從系統(tǒng)設(shè)計的角度看，歐洲多采用水系統(tǒng)，歐洲的水水熱泵機組更多偏重于制熱，但沒有專門的地能熱泵機組標(biāo)準(zhǔn)和專門的地能熱泵設(shè)備制造商。而對于大地?fù)Q熱器，歐洲采用的多是雙U 型的垂直埋管方式。1.3 國內(nèi)地源熱泵發(fā)展簡史地源熱泵并不是一種新的空調(diào)系統(tǒng)，早在20世紀(jì)30年代，歐洲就已經(jīng)出現(xiàn)了工程的應(yīng)用，當(dāng)時主要用于冬季的供暖。20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)能源危機，地源熱泵系統(tǒng)的工程應(yīng)用形成

16、高潮，技術(shù)日趨成熟。由于中國空調(diào)技術(shù)應(yīng)用較晚，地源熱泵作為傳統(tǒng)空調(diào)的一個分枝，對大多數(shù)人說，確實較為陌生。我國在地源熱泵領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)80年代初的天津大學(xué)和天津商學(xué)院。自此，其他少數(shù)單位也先后在地?zé)峁┡矫孢M行了一系列的理論和試驗研究，但是，由于我國能源價格的特殊性，以及其他一些因素的影響，地源熱泵的應(yīng)用推廣非常緩慢。20世紀(jì)90年代以后，由于受國際大環(huán)境的影響以及地源熱泵自身所具備的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢，這項技術(shù)日益受到人們的重視，越來越多的技術(shù)人員開始投身于此項研究。1995年，中國國家科技部與美國能源部共同簽署了中華人民共和國國家科學(xué)技術(shù)委員會和美利堅合眾國能源部效率和可再生能源技術(shù)的

17、發(fā)展與利用領(lǐng)域合作協(xié)議書，并于1997年又簽署了該合作協(xié)議書的附件六-中華人民共和國國家科學(xué)技術(shù)委員會與美利堅合眾國能源部地?zé)衢_發(fā)利用的合作協(xié)議書。其中，兩國政府將地源熱泵空調(diào)技術(shù)納人了兩國能源效率和可再生能源的合作項目，這一舉措極大地促進了該技術(shù)的國際合作和推廣應(yīng)用。1998年是我國在該領(lǐng)域的一個里程碑，從這一年開始，國內(nèi)數(shù)家大學(xué)紛紛建立了地源熱泵的實驗臺。其中，1998年重慶建工學(xué)院建設(shè)了包括淺埋豎管換熱器和水平埋管換熱器在內(nèi)的實驗裝置；1998年青島建工學(xué)院建設(shè)了聚乙烯垂直地源熱泵裝置；1998年湖南大學(xué)建設(shè)了水平埋管地源熱泵實驗裝置；1999年同濟大學(xué)建設(shè)了垂直地源熱泵裝置等。同時，我

18、國也成立了一些專門的生產(chǎn)廠家，開始批量生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品。這些科研單位和企業(yè)互相合作，在開發(fā)利用地源熱泵技術(shù)方面取得了很大的進展，做了許多實驗研究和工程示范，產(chǎn)生了很多有效數(shù)據(jù)，這些寶貴的經(jīng)驗教訓(xùn)勢必將大大加快我國發(fā)展地源熱泵的步伐。1.4 地源熱泵發(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)的發(fā)展大致有如下三個方向：(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

19、冷的廢棄能量(熱能 綜合利用，比如用供熱的廢棄冷能運轉(zhuǎn)冷藏庫、自動售貨機等，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、制造和配套安裝相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)也將是一個發(fā)展方向。1.5 地源熱泵技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢1 初期投資費用少。隨著改革開放的不斷深入，人們生活水癥的不斷提高，持續(xù)的高速經(jīng)

20、濟增長導(dǎo)致人們對舒適生活的追求，從而使地源熱泵這項嶄新的技術(shù)在中國具有巨大的市場潛力。同時我們也要注意到，我國城市的建設(shè)步伐正在加快，每年城鎮(zhèn)新建住宅2.4億平方米。而在建設(shè)新建筑之前并入集中地源熱泵系統(tǒng)，其成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于舊建筑的改造(甚至可以低于一般空調(diào)系統(tǒng)! ，這對我們這個“嚴(yán)寒”與“寒冷”采暖區(qū)幾乎占了國土面積的70和全國總建筑面積的50的國家而言，節(jié)省的費用的巨大的。在美國，由于能源相對的便宜(與中國相近 ，而人工費用很高，一般一個家庭的安裝費用在3000美元左右，地源熱泵仍然具很強的市場競爭力。而我國由于人工費用比較低，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的基建費用低?；ㄙM用是地源熱泵最主要的

21、成本增加部分。由此可見，我國與國外發(fā)達(dá)國家相比，初期投資相對要少一些。2 能夠提高城市環(huán)境質(zhì)量。隨著人們生活水平的提高，對生活質(zhì)的要求越來越高，環(huán)保意識增強，人們開始認(rèn)識到高品質(zhì)的空氣是人類健康的保障。目前居民對空氣污染的關(guān)注程度越來越高，城市(包括室內(nèi) 對人們生活以及身體的影響日益受到重視，在碰到身體不適的時候，很多居民開始考慮空氣因素的影響。根據(jù)1997年中國環(huán)境狀況公報，我國城市空氣質(zhì)量仍處于較重的污染水平。據(jù)統(tǒng)計，世界大氣污染最嚴(yán)重的10座城市中，中國就占了7席，這也從一個側(cè)面反映出我國城市空氣質(zhì)量不容樂觀，加強空氣治理，已經(jīng)到了刻不容緩的時候。目前我國的能源結(jié)構(gòu)中有一個最為不利的因素

22、，即長期以來在能源的生產(chǎn)和消費中煤炭的比例占70左右。為了徹底整治環(huán)境，減少溫室氣體排放，我國政府正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。北京等城市正在考慮以電代煤的方法來解決城市污染的問題。每千瓦電能帶來3至4千瓦熱量的地源熱泵將是極具競爭力的技術(shù)。由于電力是地源熱泵的唯一動力，因此沒有燃料分散燃燒所造成的大氣污染。與此同時由于廠家密封制劑。使用過程中不泄露，不補充，減少了對臭氧層的破壞。分析和調(diào)查表明，地源熱泵的應(yīng)用對降低溫室效應(yīng)起了積極作用?？梢姡@項技術(shù)應(yīng)用于中國將緩解城市空氣污染問題。3 能夠緩解能源緊張問題。進入新世紀(jì)，在生產(chǎn)力高速發(fā)展的條件下，人們越來越認(rèn)識到地球上

23、的資源和能源日益匣乏。我國能源短缺是一個不爭的事實，與此同時，我國又存在能源利用率低的矛盾。據(jù)統(tǒng)計，我國總的能源利用率約為30，這僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家90年代的水平。我國建筑耗能約占總耗能的25，其中供熱采暖能耗約占一半。能源短缺導(dǎo)致中國的能源價格越來越接近發(fā)達(dá)國家的水平。我國要在能源每年增長率僅為35的條件下滿足國民經(jīng)濟持續(xù)每年增長89，就必須重視節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)利用，這決定了我國必須在空調(diào)和取暖這一耗能大項上有所改進。就地源熱泵技術(shù)而言，由于熱泵僅僅用來傳輸熱量，而不是產(chǎn)生熱量，所需要的熱量有70來自于地下，夏天制冷時，用來將建筑物中的熱量傳人地下所消耗的電力也非常少，因此地源熱泵這項

24、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于我國可以在一定程度上緩解我國的能源壓力。4 受到國家相關(guān)政策的支持。為了減少我國由于冬季采暖所造成的大氣污染，減低國內(nèi)現(xiàn)有制冷空調(diào)的能源消耗，尋求新的低能耗、無污染的供暖制冷空調(diào)技術(shù)，國家科技部與美國能源部分別代表兩國政府簽署了中美兩國政府地源熱泵合作協(xié)議，引進和推廣美國先進的地源熱泵技術(shù)。這對地源熱泵技術(shù)在中國的推廣起到巨大的推動作用。八屆人大常委會第二十八次會議審議并通過了中華人民共和國節(jié)約能源法，其中第三十九條將熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵發(fā)展的通用技術(shù)，這也將促進地源熱泵事業(yè)的發(fā)展。自從我國實施民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度

25、降低了地源熱泵采暖方式的年運行費用，增加了地源熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)初步設(shè)計2.1 工程概況及暖通空調(diào)設(shè)計條件本選題涉及的別墅區(qū)分為東西兩區(qū)，共50棟別墅。每個區(qū)共用一組熱泵系統(tǒng)。別墅系一棟集文化娛樂，辦公，客房等一體的多功能綜合別墅。它位于上海市某郊區(qū)別墅小區(qū)內(nèi)，水、電、燃?xì)夤?yīng)等市政設(shè)施完備。該建筑物主要平面呈矩形。它包括地下1層，地上2層，層高3.2米。別墅面積：約300m 2 ， 空調(diào)面積為180m 2 。分別為 1樓客廳（30m 2）、1樓餐廳（40m 2）、1樓保姆房（10m 2）、1樓客房（20m 2）。2樓主臥（20m 2）、2樓書房（20m 2

26、）、2樓客房（20m 2）、2樓次臥（20m 2）。 主要圍護結(jié)構(gòu)作法，由1附錄查得：外墻：外粉刷+磚墻（370mm+內(nèi)粉刷 K=1.49（W/m2K ）內(nèi)墻：磚墻（240mm ） K=1.76（W/m2K ）屋面：加氣混凝土(110mm K=0.86（W/m2K ）窗戶：5mm 普通玻璃，單層鋼框，淺色內(nèi)窗簾, K=6.0（W/m2K ）照明：暗裝熒光燈，散流器設(shè)置在頂棚內(nèi)，熒光燈罩通風(fēng)孔設(shè)備：計算機，電視機等電子設(shè)備2.2 氣象和地質(zhì)資料上海市室外氣象參數(shù)，查2附錄2-9得：表2-1室外氣象參數(shù)Table 2-1 outdoor meteorological parameters夏季室外計

27、算干球溫度 34.6夏季室外計算濕球溫度 28.2夏季計算日平均溫度 31.3夏季大氣壓力 100.53kPa夏季室外計算平均濕度 69夏季室外平均風(fēng)速 3.2m/s2.3 地源熱泵系統(tǒng)簡介熱泵，就像水泵能把低位水提升到高位一樣可以把熱從低溫端傳送到高溫端。它是一種可以實現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器之間功能轉(zhuǎn)換的機械，實質(zhì)上是另一種形式的制冷機。地源熱泵（Ground-source heat pump）是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。地源熱泵系統(tǒng)就是把傳統(tǒng)空調(diào)器的冷凝器或

28、蒸發(fā)器直接埋入地下，使其與大地進行熱交換，或通過中間介質(zhì)作為熱載體，并使中間介質(zhì)在封閉環(huán)路中通過大地循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地進行熱交換的目的；地上部分的空調(diào)器 圖2-1地埋管地源熱泵系統(tǒng)工作原理圖Fig 2-1 buried pipe ground source heat pump system working principle diagram傳熱過程與傳統(tǒng)的HVAC 一樣。地源熱泵系統(tǒng)作為一種“綠色空調(diào)”，是以大地為熱源對建筑進行空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。冬天，通過熱泵將大地中的低位熱能提高品味對建筑供暖，同時存儲冷量，以備夏用；夏季，通過熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對建筑進行供冷，同時存儲熱量，

29、以備冬用。這樣可保持地溫恒定，冷暖負(fù)荷平衡，從而達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的要求因此地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可解決空氣源熱泵系統(tǒng)必需室外機及室外機對周圍環(huán)境產(chǎn)生熱污染等問題, 并且冬季運行不存在結(jié)霜問題, 節(jié)省了空氣源熱泵系統(tǒng)除霜所耗的電能, 空調(diào)效果不受室外氣溫的影響, 運行穩(wěn)定可靠, 是一種國家鼓勵使用的適用于夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能環(huán)保空調(diào)系統(tǒng)10。2.4 初步設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)中，地下?lián)Q熱器根據(jù)埋管方式的不同，可分為水平、與豎直埋兩種型式，其循環(huán)介質(zhì)完全被密封在射閉的管路中，不受外界環(huán)境干擾：其中水平埋管型施工簡單，在整個地源熱泵應(yīng)用中所占的份額也不小，但是相對而言，受外界氣候的影響較大，適用于單季使用的

30、情況，對冬夏冷暖聯(lián)供系統(tǒng)使用者很少，而且施工所占用的場地也比較大，適合場地比較充分的地方建造。立式布置占地面積小、受外界的影響極小，恒溫效果好；施工完畢后，需要的維護費用極少, 用電量也很低，運行成本得到了大幅度降低，但其初期的鉆井費用較高。它比較適合我國這樣人多地少的國家建造，同時，它也是國際地?zé)峤M織(IGSHPA的推薦形式, 所以這里準(zhǔn)備采用垂直埋管系統(tǒng)。此次設(shè)計室內(nèi)部分采用風(fēng)機盤管加獨立新風(fēng)系統(tǒng)，末端設(shè)備為風(fēng)機盤管。采用水水地源熱泵機組，這種方案的顯著優(yōu)點是：主機安裝位置靈活，冷熱媒輸送管道小，節(jié)省建筑使用空間，末端空氣處理空氣設(shè)備有多種形式可供選擇。全空氣系統(tǒng)由于管道可能占據(jù)太大的空間

31、降低了房間的標(biāo)高及影響屋頂自然采光的要求，因此不予采用。設(shè)計過程中采用FP 型風(fēng)機盤管，安裝方式采用吊頂安裝11。為了盡量減少風(fēng)管占用建筑空間，在各層單獨設(shè)置新風(fēng)機組?？紤]到房間裝修，氣流組織在頂層采用百上送下回，具體為側(cè)送側(cè)回，并且可根據(jù)空間的大小擴大為雙側(cè)。送風(fēng)口特性選擇集中集中射流，雙層活動百葉風(fēng)口。3 室內(nèi)負(fù)荷計算3.1 冷負(fù)荷計算(1 外墻及屋面 -=t KF CLQ （3-1）式中：CLQ 外墻及屋面冷負(fù)荷K 傳熱系數(shù)，W/(m2K ；F 計算面積，m 2-t 作用時刻下，圍護結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷計算溫差，簡稱負(fù)荷溫差；(2 窗戶 窗戶傳熱冷負(fù)荷 t KF CLQ c = （3-2）式中：

32、F 窗戶面積，m 2；K 窗的傳熱系數(shù)，W/(m2K 對有內(nèi)遮陽設(shè)施的玻璃窗；t 計算時刻的負(fù)荷溫差。 玻璃窗日射得熱引起的冷負(fù)荷=j S n d g j FJ C C x x CLQ （3-3）式中：g x 窗的有效面積系數(shù)；單層鋼窗0.85, 雙層鋼窗0.75；單層木窗0.7，雙層木窗0.6； d x 地點修正系數(shù)；j J 計算時刻時，透過單位窗口面積的太陽總輻射熱形成的冷負(fù)荷，簡稱負(fù)荷強度，W/m2 。(3 人體人體顯熱散熱形成的計算時刻冷負(fù)荷：1n Q CL s = （3-4）sQ 來自室內(nèi)全部人體的顯熱得熱，W ； 1n 群集系數(shù)； 人體散濕形成的潛熱冷負(fù)荷2q 成年男子小時潛熱散熱

33、量，W ；(4 設(shè)備設(shè)備及用具散熱形成冷負(fù)荷CL E C Q CL = （3-5） 式中：E Q 設(shè)備和用具的實際顯熱散熱量，W ；CL C 設(shè)備和用具顯熱散熱冷負(fù)荷系數(shù)，如果空調(diào)供冷系統(tǒng)不連續(xù)運行，則CL C =1.0。電熱、電動設(shè)備散熱量的計算公式:1）熱設(shè)備散熱量N n n n n Q 43211000= (W （3-6）2）動機和工藝設(shè)備均在空調(diào)房間內(nèi)的散熱量/1000321N n n n Q = (W（3-7） 3）只有電動機在空調(diào)房間內(nèi)的散熱量N n n n Q -=11000321 (W （3-8）4）只有工藝設(shè)備在空調(diào)房間內(nèi)的散熱量N n n n Q 3211000= (W （

34、3-9） 式中：N 設(shè)備的總安裝功率，kW ；電動機的效率； 1n 同時使用系數(shù)，一般可取0.51.0；2n 利用系數(shù)，一般可取 0.70.9；3n 小時平均實耗功率與設(shè)計最大功率之比，一般可取0.5 左右；4n 考慮排風(fēng)帶走熱量的系數(shù)，一般取0.5。(5 照明1）熒光燈 N n n Q 211000= (W （3-10）2）白熾燈 N Q 1000= (W （3-11） 式中：N 照明設(shè)備的安裝功率，kW ；1n 鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，當(dāng)明裝熒光燈的鎮(zhèn)流器裝設(shè)在空調(diào)房間內(nèi)時取 1n =1.2；當(dāng)暗裝熒光燈的鎮(zhèn)流器裝設(shè)在頂棚內(nèi)時取1n =1.0；2n 燈罩隔熱系數(shù)，當(dāng)熒光燈罩上部穿有小孔（下部為

35、玻璃板），利用自然通 風(fēng)散熱于頂棚內(nèi)時，2n 取0.50.6, 熒光燈罩無通風(fēng)孔時，視頂棚內(nèi)通風(fēng)情 況取為0.60.8；(6 內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)通過空調(diào)房間內(nèi)窗、隔墻、樓板或內(nèi)門等內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)的溫差傳熱負(fù)荷 (n ls t t F K CL -= （3-12） 式中：K 傳熱系數(shù)，W/(m2K ；F 傳熱面積，m 2 ；ls t 鄰室計算平均溫度，ls wp ls t t t +=；wp t 夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度，；ls t 鄰室計算平均溫度與夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度的差值；n t 夏季空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算溫度，。以保姆房為例, 計算過程如下。 1、北外墻北外墻面積，2. 34由6附錄2-9

36、差得，傳熱系數(shù)49. 1=K W/(m2K ，衰減系數(shù)15. 0=，衰減度6. 38=，延時時間=12.7h。從6附錄2-10查得擾量作用時刻-時的上海市北外墻負(fù)荷溫差的逐時值-t ，按式（3-1）算出外墻的逐時冷負(fù)荷。 計算結(jié)果列于表3-2：表3-2 Table 3-2時刻7891011121314151617187 7 7 7 6 6 6 6 6 6 6 6K 1.49 F12.8CLQ133.5 133.5 133.5 133.5 114.4114.4114.4114.4114.4 114.4114.4114.42、西外墻西外墻面積：2. 35. 2墻壁參數(shù)：傳熱系數(shù)49. 1=K W/

37、(m2K ，衰減系數(shù)15. 0=，衰減度6. 38=，延時時間=12.7h，計算方法同上。 計算結(jié)果列于表3-3表3-3 Table 3-3時刻7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1888991011111112121111K 1.49 F8-t95.4 95.4 107.3 107.3 119.2 131.1 131.1 131.1 143.1 143.1 131.1 131.13、西外窗瞬時傳熱冷負(fù)荷和日照得熱冷負(fù)荷窗面積1.5m 2，由4附錄2-8查得。 窗有效面積系數(shù)85. 0=g x ，地點修正系數(shù)1=d x ， 內(nèi)遮陽類型60. 0=n C ，窗玻璃的遮擋系

38、數(shù)93. 0=S C由式（3-2）計算得窗戶傳熱冷負(fù)荷c CLQ ，t 由6附錄2-12查得。由式（3-3）計算得玻璃窗日射得熱引起的冷負(fù)荷j CLQ ，j J 由6附錄2-13查得。 計算結(jié)果列于表3-4：表3-4 Table 3-4時刻7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 t 1.82.43.24.04.75.45.96.36.66.76.56.2K 6.0 F1.5c CLQ 16.221.6 28.8 36 42.3 48.6 53.1 56.7 59.4 60.3 58.5 55.8 j J32455767747912922330234333126322.

39、8 32.0 40.6 47.2 52.2 55.7 90.9 157.2 212.9 241.8 233.4 185.4 總計3953.669.483.294.6104.3144213.9 272.3 302.1 291.9 241.24、照明冷負(fù)荷室內(nèi)有2W 25熒光燈，即N =50W。故N n n Q 211000=，其中鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)1n =1.0，燈罩隔熱系數(shù)2n =0.8。查6附錄2-15查得照明散熱的負(fù)荷系數(shù)T JL - 計算結(jié)果列于表3-5：j CLQ CLQ表3-5 Table 3-5時刻7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 180.460.660.

40、720.770.810.840.870.890.900.920.93Q402431.232.83435.23636.436.837.237.6385、 人體冷負(fù)荷查3表3-5得，顯熱52W/人，潛熱62W/人，濕量92.6g/h，查6附錄2-14得T JP -。52152=Q W 。 計算結(jié)果列于表3-6：表3-6 Table 3-6時刻7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 180.550.730.780.820.850.880.900.910.920.940.94Q5228.638.040.642.644.245.846.847.347.848.948.9潛熱 62總計

41、6290.6100102.6 104.6 106.2 107.8 108.8 109.3 109.8 109.8 110.96、東內(nèi)墻內(nèi)墻面積：2. 35. 2，26=n t ，ls t 32=。由式（3-12）計算得，48. 846876. 1 (=-=n ls t t KFA CL W 。3.2 各房間負(fù)荷結(jié)果折線圖TJP -CLQ TJL -CLQ 圖3-1保姆房間逐時負(fù)荷曲線圖 Fig 3-1 nanny room hourly load curve 圖3-2客廳逐時負(fù)荷曲線圖 Fig 3-2 living room the hourly load curve 圖3-3客房一逐時負(fù)荷曲

42、線圖Fig 3-3 rooms one room the hourly load curve 圖3-4餐廳房間逐時負(fù)荷曲線圖 Fig3-4 dining room the hourly load curve 圖3-5主臥逐時負(fù)荷曲線圖 Fig 3-5 advocate lie the hourly load curve 圖3-6次臥逐時負(fù)荷曲線圖 Fig 3-6 second lie the hourly load curve 圖3-7客房二房間逐時負(fù)荷曲線圖Fig 3-7 rooms 2 hourly load curve 圖3-8書房逐時負(fù)荷曲線圖Figure 3-8 study hour

43、ly load curve3.3 各房間冷負(fù)荷匯總表32 冷負(fù)荷匯總 Table 3-2 cooling load summary房間號 設(shè)計室內(nèi)溫度/ 最大負(fù)荷出現(xiàn)時刻/h 最大冷負(fù)荷/W保姆房 26 16 791.1客廳 26 17 2157.1客房一 26 17 1215.9餐廳 26 16 2444.1主臥 26 18 1756.6次臥 26 9 1226.3客房二 26 9 1426.4書房 26 16 1547.4匯總 26 16 12348.9詳細(xì)參數(shù)見附錄A 。4 空氣處理過程計算及設(shè)備選型4.1 空氣處理過程計算原理此次設(shè)計采用工程中最常用的將新風(fēng)處理至室內(nèi)空氣焓值，不承擔(dān)室

44、內(nèi)負(fù)荷，其夏季供冷設(shè)計工況下的空氣處理過程可簡示為：N O MN K L W 圖41 風(fēng)機盤管獨立新風(fēng)空氣處理過程Fig4-1 fan coil + air handling process關(guān)于夏季供冷設(shè)計工況的確定與設(shè)備選擇按以下步驟進行。 確定新風(fēng)處理狀態(tài)：根據(jù)室內(nèi)空氣n h 線、新風(fēng)處理后機器露點的相對濕度和風(fēng)機溫升t 即可定出新風(fēng)處理后的機器露點L 及溫升后的K 點； 確定總風(fēng)量與風(fēng)機盤管風(fēng)量：過N 點作線與90=線相交（按最大限度提高送風(fēng)溫差考慮），及得送風(fēng)點O , 因為風(fēng)機盤管系統(tǒng)大多用于舒適性空調(diào)，一般不受送風(fēng)溫差限制，故可采用較低的送風(fēng)溫度。則房間風(fēng)量-= /(o n h h

45、Q G ，連接K 、O 兩點并延長到M 點, 使FW G G KOOM = 式中W G 新風(fēng)量，kg/s；F G 風(fēng)機盤管風(fēng)量，kg/s。 故房間總送風(fēng)量W F G G G +=，而M 即風(fēng)機盤管的出風(fēng)狀態(tài)點，為了使新風(fēng)與風(fēng)機盤管出風(fēng)有較好的混合效果，應(yīng)使新風(fēng)送風(fēng)口緊靠風(fēng)機盤管出口。4.2 風(fēng)機盤管機組的選擇如上圖所示，風(fēng)機盤管夏季應(yīng)提供的冷量為：(M N F h h G Q -= (kW （4-1） 可見，風(fēng)機盤管機組的選擇實際上就是選定某種型號的機組，使其滿足上式的冷量需求。4.3 室內(nèi)空氣處理過程計算保姆房（1人，最小新風(fēng)量30m 3/h人）夏季室內(nèi)冷負(fù)荷1. 791=Q W ，濕負(fù)荷1

46、09=W g/h；室內(nèi)溫度26，相對濕度60=；新風(fēng)機組和送風(fēng)管道的溫升5. 0=t 。（1）室內(nèi)熱濕比及房間送風(fēng)量=00003. 07911. 0W Q 26370kJ/kg 采用可能達(dá)到的最低參數(shù)送風(fēng)，過N 點作線按最大送風(fēng)溫差與95=線相交，即得送風(fēng)點O ，則總送風(fēng)量為0669. 02. 445679. 0=-=-=o N h h Q G kg/s （2）風(fēng)機盤管風(fēng)量：要求的新風(fēng)量01. 0=W G kg/s，則風(fēng)機盤管風(fēng)量0569. 001. 00669. 0=-=-=W F G G G kg/s（3）風(fēng)機盤管機組出口空氣的焓M h=-=-=0569. 05601. 02. 44066

47、9. 0F K W O M G h G Gh h 42.1kJ/kg 連接K 、O 兩點并延長與M h 相交得M 點（風(fēng)機盤管的出風(fēng)狀態(tài)點），查出16=M t 。（4）風(fēng)機盤管顯冷量57. 0 1626(01. 10569. 0 (=-=-=M N P F S t t c G Q kW（5）選型選用山東貝萊特空調(diào)有限公司FP-3.5型風(fēng)機盤管一臺，機組高檔風(fēng)量350m 3/h。全冷量0. 2kW ，風(fēng)機盤管機組參數(shù)見表6-2，設(shè)備校核見表4-1?？蛷d（8人，最小新風(fēng)量30m 3/h人）夏季室內(nèi)冷負(fù)荷1. 2157=Q W ，濕負(fù)荷8728109=W g/h；室內(nèi)溫度26，相對濕度60=；新風(fēng)機

48、組和送風(fēng)管道的溫升5. 0=t 。（1）室內(nèi)熱濕比及房間送風(fēng)量000225. 0157. 2=W Q =9586.6kJ/kg 采用可能達(dá)到的最低參數(shù)送風(fēng)，過N 點作線按最大送風(fēng)溫差與95=線相交，即得送風(fēng)點O ，則總送風(fēng)量為146. 02. 4156157. 2=-=-=o N h h Q G kg/s （2）風(fēng)機盤管風(fēng)量：要求的新風(fēng)量08. 0=W G kg/s，則風(fēng)機盤管風(fēng)量066. 008. 0146. 0=-=-=W F G G G kg/s（3）風(fēng)機盤管機組出口空氣的焓M h066. 05608. 02. 41146. 0-=-=F K W O M G h G Gh h =23.2

49、kJ/kg 連接K 、O 兩點并延長與M h 相交得M 點（風(fēng)機盤管的出風(fēng)狀態(tài)點），查出9=M t 。（4）風(fēng)機盤管顯冷量13. 1 926(01. 1066. 0 (=-=-=M N P F S t t c G Q kW（5）選用山東貝萊特空調(diào)有限公司FP-7.1型風(fēng)機盤管一臺，機組高檔風(fēng)量710m 3/h。全冷量0. 4kW ，風(fēng)機盤管機組參數(shù)見表6-2，設(shè)備校核見表4-1?？头恳唬?人，最小新風(fēng)量30m 3/h人）夏季室內(nèi)冷負(fù)荷22. 1=Q kW ，濕負(fù)荷218=W g/h；室內(nèi)溫度26，相對濕度60=；新風(fēng)機組和送風(fēng)管道的溫升5. 0=t 。（1）室內(nèi)熱濕比及房間送風(fēng)量00006. 022. 1=W Q =20333kJ/kg 采用可能達(dá)到的最低參數(shù)送風(fēng)，過N 點作線按最大送風(fēng)溫差與95=線相交，即得送風(fēng)點O ，則總送風(fēng)量為102. 0445622. 1=-=-=o N h h Q G kg/s （2）風(fēng)機盤管風(fēng)量：要求的新風(fēng)量02. 0=W G kg/s，則風(fēng)機盤管風(fēng)量082. 002. 01