常州萬象辦公樓地源熱泵空調系統(tǒng)設計

1、學號： 08450126 常 州 大 學 畢業(yè)設計（論文）（2012屆）題 目 常州萬象辦公樓地源熱泵空調系統(tǒng)設計 學 生 趙力臻 學 院 石油工程學院 專業(yè)班級 建環(huán)081 校內指導教師 蔣綠林 專業(yè)技術職務 副教授 校外指導老師 專業(yè)技術職務 二一二年六月萬象辦公樓地源熱泵空調、新風及熱水項目摘要：地源熱泵是利用淺層地能進行供熱制冷的新型能源利用技術，是熱泵的一種。地源熱泵通常是指能轉移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內，夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內。本設計為萬象辦公樓地源熱泵空調、新風及熱水項目，其建筑面積10000。方案采用地源熱泵空調系

2、統(tǒng)，室內末端采用風機盤管+新風系統(tǒng)，冷熱源采用地埋管+冷卻塔。設計包含空調負荷計算，空調方案選擇，室外地埋管系統(tǒng)，室內水管系統(tǒng)設計，冷卻塔水力計算，熱平衡計算，以及末端設備選型及計算。完成設計以后，達到舒適、環(huán)保、節(jié)能、經濟要求，根據各種計算結果，通過性價比分析，進行了設備選型，確保設備 容量、壓力、噪聲等方面滿足要求，最后繪制了相關的設計及施工圖，完成整個空調系統(tǒng)設計。關鍵詞：地源熱泵空調；地埋管；冷熱負荷；新風系統(tǒng)。The Wanxiang office building in Changzhou, Ground Source Heat Pump and fresh air hot wat

3、er Air-conditioning SystemAbstract: Ground Source Heat Pump,a kind of heat pump,is a new technology that use shallow geothermal energy for heating and cooling.It is Usually refers to shift heat or cold from the underground soil volume to where needed it.Ground Source Heat Pump also takes advantage o

4、f the capabilities that the underground soil can store thermal energy and refrigeration.In the winter,ground-source heat pump transferred to the soil from the ground to a building while it transferred the cold air to it in summer. This design is The Wanxiang office building in Changzhou, Ground Sour

5、ce Heat Pump and fresh air hot water Air-conditioning System. The building covers an area of 10000 square meters. The system adopts Ground Source Heat Pump air-conditioning system, office building indoor air conditioning. The cold and heat sources adopt buried tube + cooling tower. The designs inclu

6、de air conditioning load calculation, air conditioning program selection, outdoor buried tube system, and indoor plumbing systems design, cooling tower hydraulic calculation, air tubes and hydraulic calculation of water and related end equipment of air-conditioning selection and calculation. The air

7、 conditioning and hot water systems designed to achieve comfortable, environmental protection, energy-saving, economic. According to various calculation results through cost-effective analysis, the selection of equipment to ensure that the equipment capacity, pressure, satisfy noise requirements. Th

8、e last to draw the related design and construction drawings, complete the final design of the entire air-conditioning system.Key Words: Ground Source Heat Pump Air conditioning system; buried pipe; cooling and heating load; fresh air system.目 錄摘要目錄1 引言11.1 地源熱泵系統(tǒng)簡介11.2地源熱泵系統(tǒng)特點12 基本資料22.1工程概況22.2工程內容

9、及范圍22.3主要設計規(guī)范、標準32.4氣象參數(shù)32.4.1 室外氣象參數(shù)32.4.2 室內設計參數(shù)32.4.3 土建資料42.4.3.1 建筑概況42.4.3.2 墻體及屋面結構42.4.3.3窗戶結構52.4.3.4 朝向修正率53 負荷計算53.1 建筑物冷熱負荷的計算5 建筑物冷負荷計算5 新風量的確定10夏季新風冷負荷的計算11冬季熱負荷計算12冬季新風熱負荷的計算12 冷熱負荷匯總12熱水負荷124 系統(tǒng)設計124.1系統(tǒng)的比較124.2地源熱泵系統(tǒng)介紹144.3地源熱泵主機選型15熱泵機組選型原則及方案設計154.4冷熱源系統(tǒng)地埋管+冷卻塔15埋管形式15 地下埋管系統(tǒng)環(huán)路形式1

10、6管材的選取17管路設計計算17.1冬季從土壤中吸取的熱量16冷負荷校準18熱平衡校準18地埋管配管及阻力計算19.1 子管（單口井）水力摩阻計算21.2 5口井集管管徑及水力摩阻計算22.3 一級陣列陣支管管徑及水力摩阻計算22.4 二級陣列總管管徑及水力摩阻計算22.5 地埋管系統(tǒng)總阻力22.6水泵選型234.5 室內水系統(tǒng)設計與計算23房間風機盤管選型24 樓層2供回水管水力計算29 樓層3供回水管水力計算29 樓層4供回水管水力計算30 樓層5供回水管水力計算314.6 總揚程324.7選擇水泵324.8冷卻塔的選型335機房設計345.1熱泵機組345.2水源側循環(huán)泵345.3負荷側

11、循環(huán)泵345.4控制系統(tǒng)345.5水處理設備345.6定壓補水和膨脹罐356 室內末端357經濟性能分析357.1初投資分析357.2運行費用分析357.3維護費用分析367.4經濟性能分析367.4.1年運行費和年維護費分析367.4.2投資分析368結論36參考文獻38致謝39附錄A房間冷負荷和匯總表40附錄B房間風機盤管選型42附錄C空調水管比摩阻表461引言1.1 地源熱泵系統(tǒng)簡介地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為熱泵供

12、暖的熱源和夏季空調的冷源，即在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地下去。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。1因此，近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調技術。 地源熱泵系統(tǒng)分為三種形式，一種是采用地表水的方式，即江、河、湖、海等；另一種是采用地下水的方式，也有的稱“水源熱泵”中央空調系統(tǒng)；第三種是埋管式，也有的稱為“地耦式地源熱泵”中央空調系統(tǒng)。 地下

13、水熱泵系統(tǒng)分為開式、閉式兩種：開式是將地下水直接供到熱泵機組，再將井水回灌到地下；閉式是將地下水連接到板式換熱器，需要二次換熱。地表水熱泵系統(tǒng)與土壤源熱泵系統(tǒng)相似，用潛在水下并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱交換器替代土壤熱交換器。土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地熱交換器。 地源熱泵系統(tǒng)是由下列部分所組成：地源熱泵機組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統(tǒng)控制箱和室內溫控器等。地源熱泵空調機組是一種水冷式的供冷/供熱機組。機組由封閉式壓縮機、同軸套管式水/制冷劑熱交換器、熱力膨脹閥（或毛細膨脹管）、四通換向閥、空氣側盤管、風機、空氣過濾器、安全控制等所組成。機組本身帶有一套可逆的制冷/制熱裝置，是一種可直接用于

14、供冷/供熱的熱泵空調機組。 地源熱泵的研究雖然從1912年就已開始，但直到20世紀70年代初世界上出現(xiàn)第一次能源危機，它才開始受到重視。自此，世界各國的科學工作者就從來沒有停止過對其進行研究和探討，這些研究工作涉及地源熱泵的系列構件、地下熱交換器型式、土壤特性和系統(tǒng)運行壽命周期、費用分析等方面。由于其高效的節(jié)能效益和優(yōu)良的工作性能，在日本、北美及中、北歐等國家得到了廣泛的應用。在美國，到2001年4月為止已安裝了40多萬臺地源熱泵，且每年以10的增長速度遞增；同時出現(xiàn)了多家生產地源熱泵及供熱制冷系統(tǒng)的著名企業(yè)，如：Waterfumace、Geothermal DX、ydron等。在中、北歐國家

15、，地源熱泵主要用于室內地板輻射供暖和提供生活熱水，尤其是瑞士，在家用供熱裝置中，地源熱泵所占的比例很大。我國在該領域的研究才剛剛起步，到20世紀80年代末才有少數(shù)單位先后開展這項工作。但是受國際大環(huán)境的影響以及地源熱泵自身所具有的節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢，這項技術受到了國人越來越多的重視，該方面的研究也日益活躍，近幾年更取得了突破性的進展。2地源熱泵系統(tǒng)還可以集采暖、空調制冷和提供生活熱水于一身。套熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)，從而也增加了經濟性。由此可得出結論：地源熱泵系統(tǒng)雖然由于室外部分比較復雜，初次投資高于普通空調系統(tǒng)，但普通空調的運行費用遠高于地源熱泵

16、系統(tǒng)，般州年時間就可以將增加的初次投資回收。1.2地源熱泵系統(tǒng)特點a.高效：一般空調對著空氣換熱稱為風冷熱泵，缺點在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時效率反而下降。地溫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。 b.節(jié)能省費用：冬季運行時，COP約為4.2，即投入1KW電能，可得到4KW的熱能，夏季運行時，COP可達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，減少了結霜和除霜的用電能耗。比常規(guī)空氣源空調節(jié)能50%左右。 c.環(huán)保：供熱時沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時

17、省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌污染。 d.舒適：因為地源熱泵機組供冷暖時都是通過冷熱水經風機旁管（或地板管、墻埋管）交換完成的，所產生的冷氣和暖氣（或輻射熱）比常規(guī)空調的要更柔和的多，熱不易感冒。 e.節(jié)省占地面積：省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省了土地資源，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象。 f.安全：無燃燒設備，從而不存在爆炸、失火和中毒的隱患。 g.機組壽命長：熱泵機組長期在良好的低溫井水（16）下進行熱交換工作，可大大延長機組壽命。 h.一機多用：地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)。 i.可再生：土

18、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，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內的熱量轉移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證大地熱量的平衡。3 j.可分區(qū)控制：中央空調享受的檔次，又可達到單體空調局部控制的效果，不存在“大馬拉小車”。2 基本資料2.1 工程概況萬象辦公樓建筑面積約10000，地點在常州，務樓采用地源熱泵，室內末端采用風機盤管+新風系統(tǒng)。2.2工程內容及范圍本設計包括辦公樓室內空調、地埋管、通風及熱水，方案采用地源熱泵空調系統(tǒng)，室內末端采用風機盤管+新風系統(tǒng)，冷熱源采用地埋管+冷卻塔。內容有：空調冷/熱負荷計算；室外地埋管系統(tǒng)及

19、輔助冷卻塔/鍋爐系統(tǒng)負荷及水力計算；室外地埋管系統(tǒng)熱平衡計算；室內空調水系統(tǒng)水力計算；空調機房設備選型及水力計算；地埋管系統(tǒng)、室內空調水系統(tǒng)、機房等設計、施工圖紙；畢業(yè)設計設計、計算說明書一份。2.3主要設計規(guī)范、標準（1） 地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范 (GB 50366-2005)（2） 采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GBJ-2003）（3） 建筑給排水及采暖工程施工質量驗收規(guī)范（GB502422002）（4） 民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)(JGJ26-95)（5） 夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準(JCJ134-2001)（6） 建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準（GB 50300-20

20、01）（7） 建筑設計防火規(guī)范 （GBJ16-87）（8） 埋地聚乙烯給水管道工程技術規(guī)程 （CJJ1012004）（9） 建筑聚乙烯類給水管道工程技術規(guī)程 （CJJ/T982003）（10） 其他必需的規(guī)范、規(guī)程2.4設計參數(shù) 2.4.1 室外氣象參數(shù)室外空氣的空調設計參數(shù)：冬季：室外計算干球溫度4，室外計算相對濕度77%，室外平均風速2.6 m/s夏季：室外計算干球溫度35.7，室外計算濕球溫度28.5，室外平均風速2.6 m/s日平均干球溫度31.5，平均較差8.32.4.2 室內設計參數(shù)表2.1室內設計參數(shù)建筑類別夏 季冬 季新風量M3/h.人溫度（）相對濕度（%）溫度（）相對濕度（%

21、）辦公室2460204530會議室2460204530客房24602045302.4.3土建資料 2.4.3.1 建筑概況建筑面積：10000 m2 1層層高：6.5m2層層高:4.5m35層層高:3.5m2.4.3.2 墻體及屋面結構各種材料的導熱系數(shù)與蓄熱系數(shù)如下表：表2.2材料導熱系數(shù)與蓄熱系數(shù)材料導熱系數(shù)W/（m.K）蓄熱系數(shù)W/（m2.K）細石砼、鋼筋砼1.7417.2多孔磚0.587.92擠塑聚苯乙烯板保溫層0.02890.43聚苯顆粒保溫砂漿0.060.95水泥砂漿、抗裂砂漿0.9311.37石灰水泥砂漿0.8710.75 內外表面的換熱系數(shù)分別為：8.7和19.0。（1）平屋頂

22、構造采用：40厚細石砼+20厚水泥砂漿結合層+40厚擠塑聚苯乙烯板+1.2厚防水卷材+20厚水泥砂漿找平層+最薄處30厚焦渣混凝土找坡+120厚鋼筋砼結構板+15厚板底抹灰。屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)為K=0.671W/（m2k），滿足屋頂保溫要求K0.7 W/（m2k）。（2）墻體填充墻構造采用:20厚復合巖棉外保溫板保溫+190厚加氣砼砌塊+20厚內墻抹灰?？偀嶙鑂0=1.768 （m2k）/ W，傳熱系數(shù)K=0.565W/（m2k），熱惰性指標D=3.63。剪力墻構造采用：20復合巖棉外保溫板保溫+200厚鋼筋砼剪力墻+20厚內墻抹灰。總熱阻R0=1.02 （m2k）/ W，傳熱系數(shù)K=0.98W/

23、（m2k），熱惰性指標D=2.507。冷橋構造采用：20復合巖棉外保溫板保溫+200厚鋼筋砼剪力墻+20厚內墻抹灰。總熱阻R0=1.02 （m2k）/ W，傳熱系數(shù)K=0.98W/（m2k），滿足冷橋保溫要求：R0.52。剪力墻共占外墻面積比例約為48%，冷橋共占外墻面積比例約為6%。外墻的平均傳熱系數(shù)Km=0.789 W/（m2k），平均熱阻R0=1.26（m2k）/ W，平均熱惰性指標Dm=3.024?？傮w滿足外墻的保溫要求：K1.5，D3.0或K1.0，D2.5。外挑樓板構造采用：5厚抗裂砂漿+50厚聚苯顆粒保溫砂漿+100厚鋼筋混凝土板+20厚水泥砂漿。傳熱系數(shù)為K=0.921W/（m

24、2k），滿足外挑樓板保溫要求K1.0 W/（m2k）。2.4.3.3窗戶結構 雙層3mm厚普通玻璃，金屬框，80%玻璃，淺色簾，2層窗高2.6m，35層窗高 1.8m，窗墻面積比：窗墻比為東側：0.17西側：0.21南側：0.32北側：0.262.4.3.4 朝向修正率北朝向：10%；東、西朝向：5%；東南朝向：10%；南向：20%3負荷計算3.1 建筑物冷熱負荷的計算 建筑物冷負荷計算 以四樓會議等候室為例進行夏季冷負荷計算。1.維護結構冷負荷(1) 外墻和屋頂瞬變傳熱引起的冷負荷，是指在日射和室外氣溫綜合作用下，外墻和屋頂瞬變傳熱形成的逐時冷負荷，可按下式計算： . （3-1）.（3-2）

25、式中 CL外墻或屋頂瞬變傳熱形成的逐時冷負荷（W）； K外墻和屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)W/(m)，可根據外墻和屋頂?shù)牟煌瑯嬙?，由附?和附錄6中查取； F外墻和屋頂?shù)膫鳠崦娣e（m）； 外墻和屋頂冷負荷計算溫度的逐時值（）； 夏季空氣調節(jié)室內計算溫度（）； 以北京地區(qū)的氣象條件為依據計算出的外墻和屋頂冷負荷計算溫度的逐時值（），根據外墻和屋頂?shù)牟煌愋头謩e在附錄7和附錄8中查取。 不同類型構造外墻和屋頂?shù)牡攸c修正值（），根據不同的設計地點在附錄9中查??； 外表面放熱系數(shù)修正值； 外表面吸收系數(shù)修正值。計算結果如下表所示： 表3.1西南外墻瞬時傳熱形成的冷負荷 單位（W）時間8:009:0010:0011:

26、0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0037.1036.6036.1035.7035.2034.9034.6034.4034.3034.4034.701.501.000.9436.2835.8135.3434.9734.5034.2233.9333.7533.6533.7534.0324.0012.2811.8111.3410.9710.5010.229.939.759.659.7510.03K0.789F20.16CL195.39187.92180.44174.46166.98162.50158.01155.02153.53155.02159.51（2）外玻

27、璃窗瞬變傳熱引起的冷負荷雙層Low-E玻璃窗，Kw=3.5 W/. Cw=1.20 Fw=20.16 ，由空氣調節(jié)附錄2-13中查得各計算時刻的負荷溫差，按公式計算結果列于表2中。td=3.00 tNx=24.00 。外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負荷：是指在室內、外溫差作用下，玻璃窗瞬變傳熱引起的逐時冷負荷，可按下式計算：.（3-3） 式中 CL、t同式（2-1）； K外玻璃窗傳熱系數(shù)W/(m)； F窗口面積（m）; t外玻璃窗冷負荷計算溫度的逐時值，可由附錄13中查得（）； C玻璃窗的傳熱系數(shù)的修正值，根據窗框類型可從附錄12中查得； t玻璃窗的地點修正系數(shù)，可從附錄15中查得。表3.2西南外窗

28、瞬時傳熱冷負荷 單位（W）8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00t26.9027.9029.0029.9030.8031.5031.9032.2032.2032.0031.60td3.00t24.00t5.906.908.008.909.8010.5010.9011.2011.2011.0010.60K3.5C1.20F7.20CL178.42208.66241.92269.14296.35317.52329.62338.69338.69332.64320.54(3)透過玻璃窗的日射得熱形成的冷負荷由空氣調節(jié)附錄2-13中查得

29、各計算時刻的負荷強度、窗面積7.2，雙層鋼窗窗有效面積系數(shù)Ca=0.75，查空氣調節(jié)附錄2-8掛淺色窗簾，內遮陽系數(shù)為=0.5，查附錄2-7，“雙層3mm厚普通玻璃”遮擋系數(shù)=0.86。透過玻璃窗的日射得熱引起的冷負荷，可按下式計算： . .(3-4) . (3-5)式中 CL日射得熱引起的冷負荷，W； F外窗面積（m）， 窗有效面積系數(shù)； 窗玻璃的遮擋系數(shù)； 窗內遮陽設施的遮陽系數(shù)； 太陽輻射得熱因數(shù)的最大值，W； 外窗冷負荷系數(shù)，建筑地點在北緯的2730以南的地區(qū)為南區(qū)，以北地區(qū)為北區(qū)。表3.3西窗日射得熱負荷 單位（W）8:009:0010:0011:0012:0013:0014:001

30、5:0016:0017:0018:000.170.200.230.230.380.580.730.630.790.590.370.750.53740.86F7.20CL147.63173.69199.74199.74330.00503.69633.95547.11686.06512.37321.322. 室內熱源散熱形成的冷負荷(1)設備和用具顯熱散失形成的冷負荷設備和用具先熱散熱形成的冷負荷可按下式計算：. (3-6)式中 CL設備和用具顯熱形成的冷負荷，（W）; 設備和用具的實際顯熱散熱量，（W）；辦公設備散熱量可按下式計算：. (3-7)式中 p設備的種類；第 i類設備臺數(shù)； 第 i類設

31、備的單臺散熱量(W)。(2)人體散熱形成的冷負荷人體顯熱散熱引起的冷負荷計算公式為：. (3-8)式中 人體顯熱散失形成的冷負荷（W）； n室內全部人數(shù)； 群集系數(shù)； 不同室溫和勞動性質成年男子顯熱散熱量（W）； 人體顯熱散熱冷負荷系數(shù)，這一系數(shù)取決于人員在室內停留的時間，即由進入室內時算起至計算時刻為止的時間。 表3.4人體散熱形成的冷負荷 單位（W）8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:000.530.620.690.740.770.800.830.850.870.890.4271.00n14.000.96505.75591.

32、63658.43706.14734.76763.39792.02811.10830.19849.27400.78q137.00CL135.52合計541.27627.15693.95741.66770.28798.91827.54846.62865.71884.79436.30(3)照明散熱形成的冷負荷由于采用熒光燈且熒光燈燈罩上部穿有小孔，固按下式計算：. (3-9)式中 CL照明設備散熱形成的冷負荷（W）； N照明設備所需功率（kW）； n鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，當明裝熒光燈鎮(zhèn)流器裝設在客房內時，可取n=1.2； n燈罩隔熱系數(shù)，當熒光燈罩上部穿有小孔（下部為玻璃板），可利用自然通風散熱于頂棚

33、內時，可取n=0.50.6； 照明散熱冷負荷系數(shù)。 表3.5照明散熱形成的冷負荷 單位（W）8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:000.690.860.890.900.910.910.920.930.940.950.95N20*74.5=1490CL1028.101281.401326.101341.001355.901355.901370.801385.701400.601415.501415.503各分項逐時冷負荷匯總表3.6各分項逐時冷負荷 單位（W）時間8:009:0010:0011:0012:0013:0014:001

34、5:0016:00西南外墻瞬時傳熱形成的冷負荷195.39187.92180.44174.46166.98162.50158.01155.02153.53西南外窗瞬時傳熱冷負荷178.42208.66241.92269.14296.35317.52329.62338.69338.69西南外窗日射得熱冷負荷147.63173.69199.74199.74330.00503.69633.95547.11686.06照明得熱冷負荷1028.101281.401326.101341.001355.901355.901370.801385.701400.60人體散熱形成的冷負荷541.27627.156

35、93.95741.66770.28798.91827.54846.62865.71總計2090.812478.812642.142725.992919.523138.523319.923273.143444.58時間17:0018:0019:0020:00西南外墻瞬時傳熱形成的冷負荷155.02159.51166.98175.95西南外窗瞬時傳熱冷負荷332.64320.54296.35269.14西南外窗日射得熱冷負荷512.37321.3295.5386.84照明得熱冷負荷1415.501415.50745.000.00人體散熱形成的冷負荷884.79436.30359.96302.71總

36、計3300.332653.171663.82834.643444.58最大值出現(xiàn)在16:00 為3444.58w其余房間冷負荷見附錄A。表3.7各樓層冷負荷匯總項目名稱房間面積(m2)總冷負荷(w)樓層21294.9475565樓層31499.9461621樓層41690.281882樓層51752.61435658大樓總計6237.69630023新風量的確定在處理空氣時，大多數(shù)場合要利用一部分回風，所以，在夏季混入的回風量愈多，使用的新風量越少就愈顯得經濟。但實際上，不能無限制地減少新風量，一般規(guī)定，空調系統(tǒng)中的新風量占總風量的百分數(shù)不應低于10。5a.衛(wèi)生要求在實際工作中，一般可按規(guī)范確

37、定，不論每人占房間體積的多少，新風量按大于等于30m 3 /h人計算。b.補充局部排風量當空調房間內有排風柜等局部排風裝置時，為了不使車間產生負壓，在系統(tǒng)中必須有相應的新風量來補充排風量。c.保持房間的“正壓”要求一般情況下，室內正壓在510Pa，即可滿足要求，由于此建筑物有窗戶，可考慮門窗縫隙滲透排風。在冬夏室外設計計算參數(shù)下規(guī)定的最小新風百分數(shù)，是出于經濟方面的考慮。多數(shù)情況下，在春、秋過渡季節(jié)中，可以提高新風比例，從而利用新風所具有的冷量或熱量以節(jié)約系統(tǒng)的運行費用。在本設計中，空調為全年運行，為了便于調節(jié)，選用的新風比為15%，可以滿足室內的衛(wèi)生要求。3.1.3夏季新風冷負荷的計算Qq=

38、qm(hin - hout)/3.6 . .(3-10)式中： 夏季空調室外計算干球溫度下的空氣密度，1.2kg/m3；qm新風量，m3/h；hin夏季室外計算參數(shù)下的焓值，kJ/kg；hout室內空氣的焓值，kJ/kg。其中新風量 = 空調房間人數(shù) 房間中的人均新風量, 人均新風量按每人30 m3/h空調房間人數(shù)624qm=623.769*30=18713.07 m3/h夏季：室內設計工況點：溫度：24相對濕度=60%室外設計工況點：溫度：35.7相對濕度=60%由h-d圖查得hNx=53 kJ/kg HOx=94 kJ/kg則夏季新風冷負荷為：Qq=qm(hin - hout)/3.6 =

39、1.2* 18713.07*(94-53)/3.6=255.745kw冬季熱負荷計算 . (3-11)式中： q建筑物的熱負荷指標，W/m2；新風系數(shù)，=1.31.5 外窗面積與外墻面積（包括窗）之比；A一外墻總面積（包括窗），m2 F一總建筑面積， m2 tNd一冬季室內供暖設計溫度， tWd一冬季室外供暖設計溫度，取平均窗墻比0.19；外墻總面積1691*2+756.5*2=4895m2總建筑面積11270 m2；冬季室內供暖設計溫度tNd=20，冬季室外供暖設計溫度tWd=-4=41.6W/m2則熱負荷為Q=q*F=468911.55w=468.91kw3.1.5冬季新風熱負荷的計算Qq

40、=qm(hin - hout)/3.6. (3-12)式中： 冬季空調室外計算干球溫度下的空氣密度，1.2kg/m3；qm 最小新風量，m3/h；hin 夏季室外計算參數(shù)下的焓值，kJ/kg；hout 室內空氣的焓值，kJ/kg。其中新風量 = 空調房間人數(shù) 房間中的人均新風量, 人均新風量按每人30 m3/h空調房間人數(shù)624qm=623.769*30=18713.07 m3/h冬季：室內設計工況點：溫度：20相對濕度=45%室外設計工況點：溫度：-4相對濕度=45%由h-d圖查得hNx=37 kJ/kg HOx=0kJ/kg則冬季新風熱負荷為： Qq=qm(hin hout)/3.6 =1

41、.2* 18713.07*(37-0)/3.6=230.79kw3.1.6 冷熱負荷匯總冷負荷（含新風負荷）885.77KW，熱負荷（含新風負荷）699.7KW。3.1.7熱水負荷初步設計熱水用量為每天3噸，每小時提供600L溫度為55（初始水溫為10）的熱水，則所需加熱負荷為32Kw。QS=CMt/3600=4.18*600*45/3600=31.35Kw4 系統(tǒng)設計4.1系統(tǒng)的比較關于全空氣系統(tǒng)和空氣-水系統(tǒng)的比較6，參見表4.1。表4.1全空氣系統(tǒng)與空氣水系統(tǒng)方案比較表比較項目全空氣系統(tǒng)空氣水系統(tǒng)設備布置與機房空調與制冷設備可以集中布置在機房機房面積較大層高較高有時可以布置在屋頂或安設在

42、車間柱間平臺上1. 只需要新風空調機房、機房面積小2. 風機盤管可以設在空調機房內3. 分散布置、敷設各種管線較麻煩風管系統(tǒng)空調送回風管系統(tǒng)復雜、布置困難支風管和風口較多時不易均衡調節(jié)風量放室內時不接送、回風管當和新風系統(tǒng)聯(lián)合使用時，新風管較小節(jié)能與經濟性可以根據室外氣象參數(shù)的變化和室內負荷變化實現(xiàn)全年多工況節(jié)能運行調節(jié)，充分利用室外新風減少與避免冷熱抵消，減少冷凍機運行時間對熱濕負荷變化不一致或室內參數(shù)不同的多房間不經濟部分房間停止工作不需空調時整個空調系統(tǒng)仍需運行不經濟靈活性大、節(jié)能效果好，可根據各室負荷情況自我調節(jié)盤管冬夏兼用，內避容易結垢，降低傳熱效率無法實現(xiàn)全年多工況節(jié)能運行使用壽命

43、使用壽命長使用壽命較長安裝設備與風管的安裝工作量大周期長安裝投產較快，介于集中式空調系統(tǒng)與單元式空調器之間維護運行空調與制冷設備集中安設在機房便于管理和維護布置分散維護管理不方便，水系統(tǒng)布置復雜、易漏水溫濕度控制可以嚴格地控制室內溫度和室內相對濕度對室內溫度要求嚴格時難于滿足空氣過濾與凈化可以采用初效、中效和高效過濾器，滿足室內空氣清潔度的不同要求，采用噴水室時水與空氣直接接觸易受污染，須常換水過濾性能差，室內清潔度要求較高時難于滿足消聲與隔振可以有效地采取消防和隔振措施必須采用低噪聲風機才能保證室內要求風管互相串通空調房間之間有風管連通，使各房間互相污染，當發(fā)生火災時會通過風管迅速蔓延各空調

44、房間之間不會互相污染4.2地源熱泵系統(tǒng)介紹本系統(tǒng)采用地源熱泵節(jié)能系統(tǒng)，由地源熱泵機組提供冷暖空調，由熱泵機組的全熱回收裝置來制取熱水，采用全熱回收新風系統(tǒng)。1地源熱泵是以地下土壤層為冷（熱）源對建筑物進行供暖、供熱水和空調供應的技術。眾所周知，地層之下一年四季均保持一個相對穩(wěn)定的溫度。在夏季，地下的溫度要比地面空氣溫度低，而在冬季卻比地面空氣溫度高。地源熱泵正是利用大地的這個特點，通過埋藏在地下的換熱器，與土壤或巖石交換熱量。地源熱泵全年運行工況穩(wěn)定，不需要其它輔助熱源及冷卻設備即可實現(xiàn)冬季供熱、夏季供冷。所以，地源熱泵是一項高效節(jié)能型、環(huán)保型并能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新技術，它既不會污染地下水，又

45、不會影響地面沉降。在冬天，管道內的液體將地下的熱量抽出，然后通過系統(tǒng)導入建筑物內，同時蓄存冷量，以備夏用；在夏天，熱量從建筑物內抽出，通過系統(tǒng)排入地下，同時蓄存熱量，以備冬用。地源熱泵一年四季均能可靠的提供高品質的冷暖空氣，為我們營造一個非常舒適的室內環(huán)境。因此，地源熱泵系統(tǒng)非常適合作為戶式中央空調的冷（熱）源。本地源熱泵系統(tǒng)采用地埋管系統(tǒng)作為熱泵主機的冷熱源對建筑物進行制冷及供暖，同時提供衛(wèi)生熱水。地源熱泵空調系統(tǒng)由冷熱源系統(tǒng)和供冷供熱系統(tǒng)兩部分組成。4.3地源熱泵主機選型4.3.1熱泵機組選型原則及方案設計熱泵機組的選型一般原則有：滿足系統(tǒng)的設計負荷；系統(tǒng)的初投資與運行費用小。本設計中選擇

46、的水水式熱泵機組為制冷、供暖及衛(wèi)生熱水三位一體機熱泵機組，其在滿足系統(tǒng)的設計負荷的同時，彼此互為備用，提高機組利用率；同時，選擇部分熱回收機組與全熱回收機組，一機三用，減少初投資與運行費用，并提高了衛(wèi)生熱水溫度。7根據以上的冷、熱負荷計算可知：空調設計冷負荷為：885.77Kw，采暖設計熱負荷為：699.7KW，熱水熱負荷為：32KW。熱泵機組選用天加的產品：一臺型號為的滿液式水源螺桿機組，一臺型號為TWSF0110.1-BC.2的滿液式水冷螺桿機組。二臺型號為HWWD25帶全熱回收的水源熱泵機組。表4.2 熱泵機組性能參數(shù)（空調工況）設備型號臺數(shù)冷負荷(KW)耗電量（KW）COP熱負荷(KW

47、)耗電量（KW）COP流量（m3/h）1583.42105.45.54653.23128.715.081051375725.2注：制熱工況：水源側進水10，出水5，用戶側進水40，出水45；制冷工況：水源側進水30，出水35，用戶側進水12，出水7；表4.3 熱泵機組性能參數(shù)（熱水工況）設備型號數(shù)量（臺）制冷量（kW）制冷輸入功率（kW）制熱量（kW）制熱輸入功率（kW）名義制熱水量（L/h）HWWD251265.328.97.7310注：制熱工況：水源側進水10，出水5，用戶側進水50，出水55；制冷工況：水源側進水30，出水35，用戶側進水12，出水7；制熱工況機組最高熱水出水溫度為58。

48、運行方案：夏季：白天開啟型號分別為TWSF0110.1-BC.2和的滿液式水源螺桿機組，總裝機制冷負荷為958.42Kw，滿足設計要求；晚上開啟兩臺型號為HWWD25熱泵機組提供部分房間的冷負荷，全熱回收裝置制取生活熱水。冬季：白天開啟一臺型號為的滿液式水源螺桿機組和兩臺型號為HWWD25熱泵機組提，總裝機制熱負荷為711.03Kw，滿足設計要求；晚上開啟兩臺型號為HWWD25熱泵機組提供部分房間的熱負荷，全熱回收裝置取生活熱水。春秋季：開啟兩臺型號為HWWD25熱泵機組全熱回收裝置取生活熱水。4.4冷熱源系統(tǒng)地埋管+冷卻塔本地源熱泵系統(tǒng)采用地埋管系統(tǒng)作為熱泵主機的熱源對建筑物進行供暖。采用地

49、埋管系統(tǒng)和冷卻塔作為熱泵主機的冷源對建筑物進行制冷。地埋管的數(shù)量以冬天制熱作為設計依據。4.4.1埋管形式目前地源熱泵地下埋管換熱器主要有兩種布置形式，即之前提過的水平埋管和垂直埋管。選擇方式主要取決于場地的大小、當?shù)赝寥李愋鸵约巴诰虺杀?。如果場地足夠大并且沒有堅硬的巖石，水平式埋管比較經濟，如果場地受限制，那么只能選擇垂直式埋管。實際工程中往往在現(xiàn)場勘測的基礎上，考慮現(xiàn)場可用地表面積、當?shù)赝寥李愋鸵约般@孔費用，來確定熱交換器是水平布置還是垂直布置，盡管水平布置是淺層埋管，可采用人工挖掘，初投資成本小些，但是它的換熱性能比垂直布置方式的小很多，并且常常受土地面積的制約，所以通常選用垂直布置埋管

50、，本設計就是選擇垂直埋管系統(tǒng)。垂直埋管根據埋管的形式不同有單U管、雙U管和套管。如圖5.1所示。按埋設深度不同分為淺埋（30m）、中埋（31-80m）和深埋（80m）。其中鉆井深60m以內，鉆機成本少，如果大于60m時，成本會提高。井深80m以內，可以選擇國產的普通型承壓塑料管，如果大于80m，要采用高承壓塑料管，成本將大大提高。圖4.1埋管形式本工程中，采用豎直埋管中的雙U型管。采用制作成型的雙U型管，可節(jié)約用地面積，換熱性能好，可安裝在建筑物基礎、道路、綠地、廣場、操場等下面而不影響上部的使用功能，甚至可在建筑物樁基中設置埋管，見縫插針充分利用可利用的土地面積；同時，垂直U型管還具有管路接

51、頭少、承壓能力強、不易泄露等優(yōu)點。4.4.2 地下埋管系統(tǒng)環(huán)路形式（1）串聯(lián)方式和并聯(lián)方式串聯(lián)方式的優(yōu)點:一個回路具有單一流通通路，管內積存的氣體容易排出；換熱性能要高于并聯(lián)方式；缺點是：需采用較大管徑的管子，成本較高，系統(tǒng)所需較多的防凍劑；安裝勞動成本增大；系統(tǒng)阻力大。9并聯(lián)方式的優(yōu)點：并聯(lián)連接管徑小，成本低；所需防凍劑少；安裝成本低。缺點是:需要提高管內流速，排出管內的積存氣體；要求各個并聯(lián)管道的長度應該盡量保持一致，保證每個并聯(lián)回路有相同的流量。（2）同程方式和異程方式在同程式系統(tǒng)中，流體流過各埋管的流程相同，因此各埋管的阻力，流量和換熱都比較均勻。異程式系統(tǒng)，流體流過各埋管的流程不同，

52、所以所受的阻力也不相同，流量和換熱都不均勻。由于地下埋管多，難于設置調節(jié)閥或平衡閥，難以做到水力平衡，所以設計中多選擇同程式系統(tǒng)。在本設計中就選擇同程與并聯(lián)結合的形式布置埋管。4.4.3管材的選取由于工程的所有埋管均在建筑物基礎下面，一旦將埋管埋入，就不可能進行維修或更換，這就要求保證埋管的化學性質穩(wěn)定并且耐腐蝕。根據地源熱泵施工規(guī)范要求選擇高密度聚乙烯PE100管。額定承壓能力1.6Mpa，導熱系數(shù)0.42W/(mk)。 4.4.4管路設計計算設計采用制作成型的雙25的U型管，打井深度為102.5m（埋管深度100M）的埋管形式。.1冬季從土壤中吸取的熱量冬季，室內供暖時從土壤中吸取的熱量按

53、下式計算：.（3-13）其中：冬季從土壤中吸取的熱量，KW；冬季設計總熱負荷，699.7KW；設計工況下水源熱泵機組的制熱系數(shù)，取5.08。計算得：。需要口，取125口根據對采用雙U型252.3PE豎直埋管的土壤換熱實驗，夏季，在埋管進/出口水溫為35/30的狀況下，每米井散熱量為62W；冬季，在埋管進/出口水溫為5/10的狀況下，每米井取熱量為46W。所以根據系統(tǒng)的設計冷/熱負荷及以上數(shù)據，可計算得打井數(shù)量與埋管長度。具體見下表。表4.4地源系統(tǒng)打井數(shù)量與埋管長度系統(tǒng)冬季設計熱負荷（KW）699.7與土壤的換熱熱量（KW）561.9打井數(shù)量（口）125豎井沿建筑物基礎外2.5m處均勻布置?？?/p>

54、橫間距4m，豎向間距4m，四邊形布置，需要埋管面積2500平米?？卓谥睆皆?45mm左右，孔內直接埋設U型252.3PE管道；管道內循環(huán)介質采用防凍溶液。4.4.5冷負荷校準夏季一臺型號為TWSF0175.1-BG.2熱泵主機由地埋管提供冷源，另一臺型號為TWSF0110.1-BC.2熱泵主機由冷卻塔提供冷源。一臺熱泵主機提供的制冷量為583.42Kw。夏季向土壤中排放的熱量按下式計算：.（3-14）其中：夏季向土壤排放的熱量，kW；一臺主機裝機冷負荷，583.42KW；機組的啟動系數(shù)，取1；設計工況下水源熱泵機組的制冷系數(shù)，取5.54。計算得：125口井提供的排熱量為775Kw，滿足一臺熱泵

55、主機夏季制冷工況。4.4.6熱平衡校準、夏季（一臺主機）向土壤中排放的熱量為：、冬季采暖從土壤中吸取的熱量為：、制取熱水從土壤中吸取的熱量為：.（3-15）其中：從土壤中吸取的熱量，KW；設計總熱負荷，32KW；設計工況下水源熱泵機組的制熱系數(shù)，取4.07。計算得：。表4.5 熱平衡校準向土壤排放的熱量（MJ）從土壤中吸取的熱量(MJ)夏季制冷（120天，每天10小時，使用率0.8，機組啟動率0.7）688.73120100.80.73600/1000=1.66106夏季熱水（120天，每天5小時）-2412053600/1000=-0.05106春秋季熱水（120天，每天5小時）241205

56、3600/1000=0.05106冬季（供熱120天，每天10小時，使用率0.8，機組啟動率0.7）561.3120100.80.73600/1000=1.36106冬季熱水（120天，每天5小時）2412053600/1000=0.05106小計1.611061.46106由上表分析可以看出，由于考慮了夏季部分冷卻塔散熱及全年衛(wèi)生熱水的制取。全年系統(tǒng)向地埋管散熱和取熱基本平衡。4.4.7地埋管配管及阻力計算根據以上計算與合理布井的要求，本系統(tǒng)共埋井深100m的井125口。采用規(guī)格為252.3mm的雙U管形式125口井全部采用并聯(lián)，分組（采用變徑同程的方式匯成進/出兩根集管）、一級陣列、二級陣

57、列、三級陣列，在每級陣列設立能源調節(jié)站，每級能源調節(jié)站主要由分/集水器、壓力檢測、流量檢測和排氣裝置組成，10確保每口井的進出口壓力一致。布置形式需根據實際場地請款進行考慮。圖4.2地埋管布局圖陣列15圖4.3地埋管布局總矩陣圖地埋管系統(tǒng)總流量等于熱泵主機的冷卻水流量，可由下列公式計算：.（3-16）其中：Q1熱泵主機的散熱量（等于向土壤排放的熱量），kW；M熱泵主機的冷卻水流量，Kg/s；T1-T2冷卻水進出口溫差，取5；Cp水的定壓比熱容，為4.187 KJ/kg.?？偭髁浚好靠诰髁浚毫魉伲罕?.6管材表外徑SDR26(PN0.6)SDR21(PN0.8)SDR17(PN1.0)SDR1

58、3.6(PN1.25)SDR11(PN1.6)壁厚壁厚壁厚壁厚壁厚201.92.3251.92.3322.43.0402.42.93.7503.03.74.6633.03.84.75.8753.64.55.66.8904.35.46.78.21104.25.36.68.110.01254.86.07.49.211.41606.27.79.511.814.6豎管選用公稱壓力PN1.6橫管選用公稱壓力PN1.25管地埋豎管根據原則選用SDR11(PN1.6)管，25x2.3，橫管擴徑32x2.4, 40 x2.9, 50 x3.74.4.7.1 子管（單口井）水力摩阻計算子管（單口井）管道規(guī)格為2

59、52.3mm，長度為100M。d=0.025-2*0.0023=0.0204mm子管流量：流速：根據流速和管徑，查空調水管比摩阻表得到比阻，實際流速與設計流速之比為修正系數(shù)?？照{水管比摩阻表見附錄C。DN25管道比阻為69 Pa/m，修正系數(shù)0.33/0.3=1.1管道水阻為200 x69x1.1=15180Pa管道水力損失是由阻力計算換算得出，水的比重是9800N/m3，管道水力損失=水管阻力/9800故沿程阻力為h1=15180/9800=1.55m局部阻力按沿程阻力的30%計算，即為h1=1.550.3=0.46m.2 5口井集管管徑及水力摩阻計算集管流速1.5m/s，取支管規(guī)格為32x

60、2.4mm, 40 x2.9mm, 50 x3.7mm，則管徑為d2=27.2mm，d3=34.2mm,d4=d5=42.6mm.Q2=0.774 m3/hQ3=1.161 m3/hQ4=1.548 m3/hQ5=1.935 m3/hv2=0.37 m/sv3=0.35 m/sv4=0.30 m/sv5=0.38 m/sh2=0.03m, h2=0.01mh3=0.02m, h3=0.01mh4=0.03m, h4=0.01mh5=0.04m, h5=0.01m表4.7一級陣列水力計算管徑(mm)流量（m3/h）管道長度（m）流速（m/s）比阻（Pa/m）修正系數(shù)管道水損（m）局部水損（m）計