某办公楼地源热泵空调系统.doc

1、 摘要本设计为南京地区某办公楼的地源热泵空调设计，共六层。一层层高3.6米，二至六层层高3.2米。建筑面积约为1470，空调面积约为1414。全楼冷负荷为152kw。采用地源热泵系统进行集中供给空调方式，从而为整个建筑提供一个舒适的办公环境。 根据不同房间的功能，现决定采用风机盘管加独立新风系统对空气进行处理， 新风处理到室内空气的等焓值，不承担室内负荷，而由风机盘管承担室内所有冷负荷。风机盘管加独立新风系统采用侧送风方式。水系统采用闭式双管同程式，冷冻水泵两台，一用一备；冷却水泵选两台，一用一备。在冷负荷计算的基础上完成制冷机组机组和风机盘管的选型，并通过水系统、风系统的计算确定风管和水管的

2、规格，校核最不利环路的阻力和压头用以确定新风机组和水泵。地源热泵系统已经逐渐成熟，所以在热源设计中选择了环保、节能、运行稳定的地源热泵系统，虽然初投资成本会稍高，但由于日后系统的稳定性高，不需要专业人员维护，会逐渐收回成本。关键词：地源热泵 风机盘管加独立新风系统 负荷 空调 AbstractThis design is about the Ground Source Heat Pump center air-condition engineering of an office building that locates in NanJing. There are 6 floors.The f

3、irst floor is 3.6 meters high.The second to the sixth floor is 3.2 meters high. The gross floor area is about 1470 m2, and the air condition area is about1414m2. The cold duty is 152 kW . We choose Ground Source Heat Pump for air-condition of this building.，in order to provid a comfortable office en

4、viornment.Depends on the varies functions of rooms, the system uses the PAU+FCU system. FCU system copes with the fresh air. PAU system carries on the whole cold duty of the entire room. PAU+FCU systems can send air from the side.The air outlet set in the corner of the room. Air conditioning water s

5、ystem adopts a closed-two different water control system. There are two chilled water pumps. One for work and the other one is being spare. Completingthe selection of refrigerationunits andfan coil unit according to the cooling load calculation,and select appropriate specifications of wind pipes and

6、 water pipes through the calculation of wind system and water system.Check the Resistance and the pressure ofthe most disadvantaged loop so that we can choose the appropriate Fresh air unitand water pump.Ground source heat pumpsystem has beengradually mature, So in thedesign oftheheat sourcewe choos

7、eground source heat pump system ofenvironmental protection,energy saving,stable operation. Keywords: Ground Source Heat Pump ；PAU+FCU systems; Load; Air-conditioning目 录一、绪论1.1本研究课题的学术背景及其理论与实际意义11.2地源热泵的发展史11.3我国土壤源热泵的现状及其发展11.4本课题主要的研究内容1二、设计依据2.1设计规范及标准32.2设计范围142.3设计参数20三、设计计算3.1空调冷负荷的计算方法3.2 空调系

8、统的选择223.3 空调系统方案的确定24四、新风负荷的计算4.1新风量的确定254.2夏季空调新风冷负荷的计算264.3冬季空调新风冷负荷的计算26五、空气处理设备的选择5.1风机盘管的选择285.2新风机组的选择31六、气流组织6.1气流组织分布336.2风口布置346.3风口选择计算34七、风系统水力计算7.1风管水力计算方法357.2风管水力计算过程367.3风管的布置及附件40八、空调水系统设计及水利计算8.1空调水系统的设计428.2冷水系统的水力计算428.3冷凝水管道设计518.2水系统安装要求52九、制冷机房设备的选择计算9.1水源热泵机组选型计算539.2地埋管设计计算54

9、9.3循环水泵的选择559.4集分水器的设计计算569.5水处理设备的选择计算579.6阀门安装57十、管道保温与防腐10.1管道保温5810.2管道防腐59十一、消声减振设计11.1消声设计6011.2减振设计60谢 辞62参考文献63 一、 绪论1.1本研究课题的学术背景及其理论与实际意义地源热泵是一种利用浅层地热能源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供热又可制冷的高效节能系统。 地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低品位热能向高品位热能转移。地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著。地源热泵

10、系统可供暖、空调制冷，还可提供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物。地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少38%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排，减少能源浪费和降低废气排放。近几年，能源消耗过大，可利用资源不断减少，如何高效的利用资源已经成为世界各国研究的主题。而且现在的污染越演越烈，特别是我国，如雾霾天气，河道污染等困扰着每个人，所以对地源热泵的研究具有极大的现实意义，可以有效地利用资源和减少污染。1.2地源热泵的发展史近年来，地源热泵作为一种可再生能源新技术，受到国际广泛关注。

11、地源热泵的概念，最早在1912 年由瑞士的专家提出，而地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。1946年，美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波兰特市中心区安装成功。但是受当时工业时代的影响，这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意，无论是在技术、理论上都没有太大的发展。而到了70年代，因为欧美等国的能源危机重新促使了人们有了对地源热泵研究的兴趣和需求。上世纪80年代是地源热泵技术飞速发展的时期。这一时期，美国的地源热泵生产厂家十分活跃，成立了全国地源热泵生产商联合会，并逐步完善了安装工程网络。上世纪80年代后期，地源热泵技术已经臻于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提

12、高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。而且地源热泵也开始在到商业，民用建筑的空调设计中得到采用。上世纪90年代以来，欧美国家的科技工作者的联系更加密切，共同对地源热泵有关的环境问题开展了广泛和深入的研究。而后来因为可利用资源的减少，让世界各国加大了对热泵技术的研究，而且取得了一些喜人的研究成果。如美国，在1985年全国共有14000台地源热泵，而到现在已经有超过400000台，而且以每年10%的速度稳步增长。1.3我国土壤源热泵的现状及其发展我国地热资源的利用源于20世纪50年代，在上海，天津等地尝试夏取冬灌得方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿教授开展了我国热泵应用的早期

13、研究。20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用热泵。20世纪70年代到21世纪初我国热泵应用则进去全面发展阶段，并且取得了一系列成就。进去21世纪后，通过中外交流，跟随世界潮流并且因为我国城市快速发展，拉动了中国空调市场的发展，使热泵在我国的应用越来越广泛。截至2009年年底，我国从事地源热泵相关设备产品制造，工程设计和施工，系统集成与调试管理维护的企业已经达到400多家，从全国范围来看，现有工程数量已经达到7000多个，工程面积1.39亿平方米。在2010年的世界地热大会上，已经使中国地源热泵在世界上的排名跃升至世界第二位，并且连续两年增长率都超过60%，这个速度远远超过了世界地源热泵近几

14、年的增长率。而我国人口众多，人均占有资源匮乏，能源资源不足是我国的一个很严重的问题，所以热泵技术的推广应用在我国具有极大的现实意义和广阔的发展前景。1.4本课题主要的研究内容1. 调研收集分析有关资料，了解地源热泵空调系统的设计方法。2. 进行负荷计算并分析其特点，完成空调系统的总体方案的设计。3. 全楼的风系统，水系统的设计计算4. 地埋管换热器的设计5. 绘制空调系统原理图、平面图及系统图、地下换热器的平面图及室外管线图、机房布置图等。二、设计依据2.1设计规范及标准（1）采暖通风与空气调节设计规范(GBJ500192003版)（2）实用供热设计手册 第二版（3）采暖通风与空气调节制图标准

15、 （GBJ114-88）2.2设计范围(1)中央空调系统选型，空气处理过程的确定。(2)新风机组、风机盘管、送风口、排风口的选型，风管的布置及水力计算。(3)冷热源的选择、水泵的选型及水管的布置及水力计算。（4）地埋管的布置与计算（5）管路保温和消声减振设计2.3设计参数2.3.1南京市设计计算参数：地理位置 北纬32.00； 经度118.80；大气压力 冬季101880Pa； 夏季99910 Pa； 室外空气参数，见表1.1 序号空气参数数值空气参数数值1夏季空调室外计算干球温度tw34.8夏季空调室外计算湿球温度ts28.12夏季空调室外日平均温度twp31.2夏季通风室外计算温度30.6

16、3冬季空调室外计算干球温度4冬季通风室外计算温度54冬季室外计算相对湿度79%夏季室外计算相对湿度65%5夏季室外平均风速2.4m/s冬季室外平均风速3.2m/s 表1.1室外空气参数表2.3.2室内空气设计参数及有关指标见表1.2 类型 季节空调运行时间夏季冬季温度湿度%温度湿度%新风量（3/人.）会客室8:0018:002665184030办公室8:0018:002665184030表1.2室内空气参数表2.4.3建筑围护结构的热工性能围护结构参数表结构类型类型传热系数外墙1钢筋混凝土，2加气混凝土泡沫混凝土700，3混凝土板、喷白浆。厚度350mm 0.71外窗单框双玻璃钢窗2.71外门

17、节能外门3.02内墙砖墙2.38内门木(塑料)框单层实体门3.35表1.3建筑围护结构的热工性能2.4.4体力活动性质体力活动性质可分为： 静坐：典型场所：影剧院、会堂、阅览室等； 极轻劳动：主要以坐姿为主，典型场所：办公室、旅馆等； 轻度劳动：站立及少量走动，典型场所：实验室、商店等； 中等劳动：典型场所：纺织车间、印刷车间、机加工车间等； 重劳动：典型场所：炼钢，铸造车间、排练厅、室内运动场等。 所以本设计中办公楼属于极轻劳动，舞厅、健身房属于重劳动。2.4.5k空调使用时间办公楼空调每天使用10小时，即8：0018：00。三、负荷计算3.1空调冷负荷的计算在空调系统设计中，存在着两种冷负

18、荷计算的方法：一种叫做谐波反应法（也叫负荷温差法），一为冷负荷系数法。谐波反应法（负荷温差法）计算的冷负荷的形成包括两个过程：一是由于外扰（室外综合温度）形成室内得热量的过程（既内扰量）。此一过程考虑外扰的周期性以及围护结构对外扰量的衰减和延迟性。二是内扰量形成冷负荷的过程。此一过程是将该热扰量 分成对流和辐射两种成分。前者是瞬时冷负荷的一部分，后者则要考虑房间总体蓄热作用后才化为瞬时冷负荷。两者叠加就得到各个计算时刻的冷负荷。冷负荷系数法是在传递函数的基础上为便于在工程中进行手算而建立起来的一种简化的计算方法。通过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求出各分项逐时冷负荷。本设计采用冷负荷系

19、数法计算冷负荷。现分项说明如下：3.1.1、外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷公式：Qc()=AK(tc +td)kk-tR 式中： Qc() - 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；A - 外墙和屋面的面积，m2； K - 外墙和屋面的传热系数，W/(m2 ) ； tR - 室内计算温度，；tc - 外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，；由暖通空调附录2-4和附录2-5查取； td - 地点修正值，由暖通空调附录2-6查取； k - 吸收系数修正值； k - 外表面换热系数修正值； 3.1.2、内墙、地面引起的冷负荷 Qc()=AiKi(to.m+t- tR) 式中： ki - 内围护结构传热

20、系数，W/(m2 )；地面：0.47，W/(m2)； Ai - 内围护结构的面积，m2；to.m - 夏季空调室外计算日平均温度，；t- 附加温升。3.1.3、外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷Qc() = cw Kw Aw ( tc()+ td tR) 式中 ： Qc() -外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W； Kw - 外玻璃窗传热系数，W/(m2 )，Kw =5.9 W/(m2 ) Aw - 窗口面积，m2； tc() - 外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，由暖通空调附录2-10查得； cw - 玻璃窗传热系数的修正值；由暖通空调附录2-9查得，单层金属窗框 cw=1.0 td - 地点修正值；3.

21、1.4、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷Qc()=CAwCsCiDjmaxCLQ 式中 ：C- 有效面积系数，由暖通空调附录2-15查得；Aw- 窗口面积，m2；Cs- 窗玻璃的遮阳系数，由暖通空调附录2-13查得；Ci- 窗内遮阳设施的遮阳系数，由暖通空调附录2-14查得；Djmax-日射得热因数，由暖通空调附录2-12查得30纬度带的日射得热因数；CLQ- 窗玻璃冷负荷系数，无因次；3.1.5、照明散热形成的冷负荷 照明散热量属于稳态得热，一般情况下这一得热量是不随时间变化的。建筑物内的照明使用荧光灯，冷负荷计算公式为：CL=860nnNCcl其中：Cl照明散热引起的冷负荷，w；N照明灯具

22、所需功率，kw；n镇流器消耗功率系数，取1.0；n灯罩隔热系数，取0.6； Ccl照明散热冷负荷系数，按照不同的空调设备运行时间和开灯时间及开灯后的小时数，空调供冷系统仅在有人时才运行，取Ccl1.0；由节能标准得照明功率密度值为10 w/m。其中N房间面积照明功率密度值/1000；3.1.6人员散热引起的冷负荷：此建筑物为综合办公楼，属极轻劳动类型，室内设计温度为26摄氏度，故取群集系数为0.93热散热引起的冷负荷计算式为：CL1=Qs nC其中：Qs来自室内全部人体的显热得热，n群集系数0.93；C人体显热散热冷负荷系数，这一系数取决于人员在室内停留的时间及进出的时间值，逐时列于下表：时刻

23、C0.550.640.700.750.790.810.840.860.880.890.910.92表2.4各时刻Ccl的值人体潜热散热引起的冷负荷计算式为CL2=Q n其中：Q来自室内全部人体的潜热得热3.1.7、设备散热形成的冷负荷 办公室考虑设备的散热量，设每个办公室都配有笔记本电脑。每台笔记本电脑按稳定传热80 W计算。得出每个房间约有4台电脑。每个房间面积约为20 m，得单位面积设备功率约为16 (W/m2)。3.1.8新风冷负荷目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定或推荐的原则, 办公楼的新风量为25 m/h 30 m/h.本设计取办公楼的新风量为25

24、(m3/h.人)3.1.9、夏季空调计算结果汇总参数面积()夏季总冷负荷最大时刻(含新风/全热)(h)夏季室内冷负荷最大时刻(全热)(h)夏季总冷负荷(含新风/全热)(W)夏季室内冷负荷(全热)(W)夏季总湿负荷(含新风)(kg/h)夏季室内湿负荷(kg/h)夏季新风量(m3)夏季新风冷负荷(W)1001办公室16.9514:0014:00221114660.920.172757451002办公室20.414:0014:00236213691.2270.231009931003办公室20.414:0014:00283518421.2270.231009931005办公室16.9514:0014

25、:00243716920.920.172757451006办公室16.9517:0017:00220914630.920.172757451007办公室,220.417:0017:00234313501.2270.231009931008办公室,420.417:0017:00234313501.2270.231009931010办公室68.8117:0017:001172967616.1681.18150049671009办公室16.9517:0017:00216914240.920.172757451011办公室20.414:0014:00283518421.2270.23100993200

26、1办公室16.9514:0014:00221214670.920.172757452002办公室20.414:0014:00236213691.2270.231009932003办公室,220.414:0014:00316121681.2270.231009932004办公室20.414:0014:00243616910.920.172757452005办公室20.417:0017:00222414790.920.172757452006办公室,220.417:0017:00231613231.2270.231009932007办公室,420.417:0017:00231613231.2270

27、.231009932008办公室16.9517:0017:00212313780.920.172757452011办公室20.414:0014:00277517811.2270.231009932010办公室20.414:0014:00283518421.2270.231009933001办公室16.9514:0014:00221214670.920.172757453002办公室20.414:0014:00236213691.2270.231009933003办公室,220.414:0014:00316121681.2270.231009933004办公室20.414:0014:002436

28、16910.920.172757453005办公室20.417:0017:00222414790.920.172757453006办公室,220.417:0017:00231613231.2270.231009933007办公室,420.417:0017:00231613231.2270.231009933008办公室16.9517:0017:00212313780.920.172757453009办公室6617:0017:00676337823.6820.6930029803010办公室20.414:0014:00283518421.2270.231009933011办公室20.414:00

29、14:00277517811.2270.231009934001办公室16.9514:0014:00254215491.2270.231009934002办公室20.414:0014:00236213691.2270.231009934003办公室,220.414:0014:00316121681.2270.231009934004办公室20.414:0014:00276617721.2270.231009934005办公室20.417:0017:00255815651.2270.231009934006办公室,220.417:0017:00231613231.2270.23100993400

30、7办公室,420.417:0017:00231613231.2270.231009934008办公室16.9517:0017:00245814651.2270.231009934009办公室6615:0015:00409531011.2270.231009934010办公室20.414:0014:00283518421.2270.231009934011办公室20.414:0014:00277517811.2270.231009935001办公室16.9514:0014:00254215491.2270.231009935002办公室20.414:0014:00236213691.2270.2

31、31009935003办公室,220.414:0014:00316121681.2270.231009935004办公室20.414:0014:00276617721.2270.231009935005办公室20.417:0017:00255815651.2270.231009935006办公室,220.417:0017:00231613231.2270.231009935007办公室,420.417:0017:00231613231.2270.231009935008办公室16.9517:0017:00245814651.2270.231009935009办公室6615:0015:00409

32、531011.2270.231009935010办公室20.414:0014:00283518421.2270.231009935011办公室20.414:0014:00277517811.2270.231009936001办公室16.9514:0014:00254215491.2270.231009936002办公室20.414:0014:00236213691.2270.231009936003办公室,220.414:0014:00316121681.2270.231009936004办公室20.414:0014:00276617721.2270.231009936005办公室20.417

33、:0017:00255815651.2270.231009936006办公室,220.417:0017:00231613231.2270.231009936007办公室,420.417:0017:00231613231.2270.231009936008办公室16.9517:0017:00245814651.2270.231009936009办公室6615:0015:00409531011.2270.231009936010办公室20.414:0014:00283518421.2270.231009936011办公室20.414:0014:00277517811.2270.23100993根据以上各项计算公式，得到夏季空调所有房间冷湿负荷结果如下夏季总冷负荷（包括新风）最大的时刻出现在15点 其冷负荷的值为: 251038.25 W注：茶水间与保安室因为房间面积非常小，并且提供冷量的时间不固定。所以单独设置两个小型家用空调。不参与此系统的负荷计算。三、系统选择3.1冷热源选择：3.1.1选择冷热源系统的基本原则