万象办公楼地源热泵空调、新风及热水项目 毕业设计说明书

学号08450126常州大学毕业设计（论文）（2012届）题目常州万象办公楼地源热泵空调系统设计学生学院石油工程学院专业班级建环081校内指导教师专业技术职务副教授校外指导老师专业技术职务二一二年六月万象办公楼地源热泵空调、新风及热水项目摘要地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内。本设计为万象办公楼地源热泵空调、新风及热水项目，其建筑面积10000。方案采用地源热泵空调系统，室内末端采用风机盘管新风系统，冷热源采用地埋管冷却塔。设计包含空调负荷计算，空调方案选择，室外地埋管系统，室内水管系统设计，冷却塔水力计算，热平衡计算，以及末端设备选型及计算。完成设计以后，达到舒适、环保、节能、经济要求，根据各种计算结果，通过性价比分析，进行了设备选型，确保设备容量、压力、噪声等方面满足要求，最后绘制了相关的设计及施工图，完成整个空调系统设计。关键词地源热泵空调；地埋管；冷热负荷；新风系统。THEWANXIANGOFFICEBUILDINGINCHANGZHOU,GROUNDSOURCEHEATPUMPANDFRESHAIRHOTWATERAIRCONDITIONINGSYSTEMABSTRACTGROUNDSOURCEHEATPUMP,AKINDOFHEATPUMP,ISANEWTECHNOLOGYTHATUSESHALLOWGEOTHERMALENERGYFORHEATINGANDCOOLINGITISUSUALLYREFERSTOSHIFTHEATORCOLDFROMTHEUNDERGROUNDSOILVOLUMETOWHERENEEDEDITGROUNDSOURCEHEATPUMPALSOTAKESADVANTAGEOFTHECAPABILITIESTHATTHEUNDERGROUNDSOILCANSTORETHERMALENERGYANDREFRIGERATIONINTHEWINTER,GROUNDSOURCEHEATPUMPTRANSFERREDTOTHESOILFROMTHEGROUNDTOABUILDINGWHILEITTRANSFERREDTHECOLDAIRTOITINSUMMERTHISDESIGNISTHEWANXIANGOFFICEBUILDINGINCHANGZHOU,GROUNDSOURCEHEATPUMPANDFRESHAIRHOTWATERAIRCONDITIONINGSYSTEMTHEBUILDINGCOVERSANAREAOF10000SQUAREMETERSTHESYSTEMADOPTSGROUNDSOURCEHEATPUMPAIRCONDITIONINGSYSTEM,OFFICEBUILDINGINDOORAIRCONDITIONINGTHECOLDANDHEATSOURCESADOPTBURIEDTUBECOOLINGTOWERTHEDESIGNSINCLUDEAIRCONDITIONINGLOADCALCULATION,AIRCONDITIONINGPROGRAMSELECTION,OUTDOORBURIEDTUBESYSTEM,ANDINDOORPLUMBINGSYSTEMSDESIGN,COOLINGTOWERHYDRAULICCALCULATION,AIRTUBESANDHYDRAULICCALCULATIONOFWATERANDRELATEDENDEQUIPMENTOFAIRCONDITIONINGSELECTIONANDCALCULATIONTHEAIRCONDITIONINGANDHOTWATERSYSTEMSDESIGNEDTOACHIEVECOMFORTABLE,ENVIRONMENTALPROTECTION,ENERGYSAVING,ECONOMICACCORDINGTOVARIOUSCALCULATIONRESULTSTHROUGHCOSTEFFECTIVEANALYSIS,THESELECTIONOFEQUIPMENTTOENSURETHATTHEEQUIPMENTCAPACITY,PRESSURE,SATISFYNOISEREQUIREMENTSTHELASTTODRAWTHERELATEDDESIGNANDCONSTRUCTIONDRAWINGS,COMPLETETHEFINALDESIGNOFTHEENTIREAIRCONDITIONINGSYSTEMKEYWORDSGROUNDSOURCEHEATPUMPAIRCONDITIONINGSYSTEMBURIEDPIPECOOLINGANDHEATINGLOADFRESHAIRSYSTEM目录摘要目录1引言111地源热泵系统简介112地源热泵系统特点12基本资料221工程概况222工程内容及范围223主要设计规范、标准324气象参数3241室外气象参数3242室内设计参数3243土建资料42431建筑概况42432墙体及屋面结构42433窗户结构52434朝向修正率53负荷计算531建筑物冷热负荷的计算5311建筑物冷负荷计算5312新风量的确定10313夏季新风冷负荷的计算11314冬季热负荷计算12315冬季新风热负荷的计算12316冷热负荷汇总12317热水负荷124系统设计1241系统的比较1242地源热泵系统介绍1443地源热泵主机选型15431热泵机组选型原则及方案设计1544冷热源系统地埋管冷却塔15441埋管形式15442地下埋管系统环路形式16443管材的选取17444管路设计计算174441冬季从土壤中吸取的热量16445冷负荷校准18446热平衡校准18447地埋管配管及阻力计算194471子管（单口井）水力摩阻计算2144725口井集管管径及水力摩阻计算224473一级阵列阵支管管径及水力摩阻计算224474二级阵列总管管径及水力摩阻计算224475地埋管系统总阻力224476水泵选型2345室内水系统设计与计算23451房间风机盘管选型24452楼层2供回水管水力计算29453楼层3供回水管水力计算29454楼层4供回水管水力计算30455楼层5供回水管水力计算3146总扬程3247选择水泵3248冷却塔的选型335机房设计3451热泵机组3452水源侧循环泵3453负荷侧循环泵3454控制系统3455水处理设备3456定压补水和膨胀罐356室内末端357经济性能分析3571初投资分析3572运行费用分析3573维护费用分析3674经济性能分析36741年运行费和年维护费分析36742投资分析368结论36参考文献38致谢39附录A房间冷负荷和汇总表40附录B房间风机盘管选型42附录C空调水管比摩阻表461引言11地源热泵系统简介地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到4KW以上的热量或冷量。1因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。地源热泵系统分为三种形式，一种是采用地表水的方式，即江、河、湖、海等；另一种是采用地下水的方式，也有的称“水源热泵”中央空调系统；第三种是埋管式，也有的称为“地耦式地源热泵”中央空调系统。地下水热泵系统分为开式、闭式两种开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。地表水热泵系统与土壤源热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。土壤源热泵系统的核心是土壤耦合地热交换器。地源热泵系统是由下列部分所组成地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱和室内温控器等。地源热泵空调机组是一种水冷式的供冷/供热机组。机组由封闭式压缩机、同轴套管式水/制冷剂热交换器、热力膨胀阀（或毛细膨胀管）、四通换向阀、空气侧盘管、风机、空气过滤器、安全控制等所组成。机组本身带有一套可逆的制冷/制热装置，是一种可直接用于供冷/供热的热泵空调机组。地源热泵的研究虽然从1912年就已开始，但直到20世纪70年代初世界上出现第一次能源危机，它才开始受到重视。自此，世界各国的科学工作者就从来没有停止过对其进行研究和探讨，这些研究工作涉及地源热泵的系列构件、地下热交换器型式、土壤特性和系统运行寿命周期、费用分析等方面。由于其高效的节能效益和优良的工作性能，在日本、北美及中、北欧等国家得到了广泛的应用。在美国，到2001年4月为止已安装了40多万台地源热泵，且每年以10的增长速度递增；同时出现了多家生产地源热泵及供热制冷系统的著名企业，如WATERFUMACE、GEOTHERMALDX、YDRON等。在中、北欧国家，地源热泵主要用于室内地板辐射供暖和提供生活热水，尤其是瑞士，在家用供热装置中，地源热泵所占的比例很大。我国在该领域的研究才刚刚起步，到20世纪80年代末才有少数单位先后开展这项工作。但是受国际大环境的影响以及地源热泵自身所具有的节能和环保的优势，这项技术受到了国人越来越多的重视，该方面的研究也日益活跃，近几年更取得了突破性的进展。2地源热泵系统还可以集采暖、空调制冷和提供生活热水于一身。套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统，从而也增加了经济性。由此可得出结论地源热泵系统虽然由于室外部分比较复杂，初次投资高于普通空调系统，但普通空调的运行费用远高于地源热泵系统，般州年时间就可以将增加的初次投资回收。12地源热泵系统特点A高效一般空调对着空气换热称为风冷热泵，缺点在于天气炎热或者寒冷最需要冷量或热量时效率反而下降。地温一年四季基本恒定在16左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。B节能省费用冬季运行时，COP约为42，即投入1KW电能，可得到4KW的热能，夏季运行时，COP可达53，投入1KW电能，可得到5KW的冷量，能源利用效率为电采暖方式的34倍；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。比常规空气源空调节能50左右。C环保供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。D舒适因为地源热泵机组供冷暖时都是通过冷热水经风机旁管（或地板管、墙埋管）交换完成的，所产生的冷气和暖气（或辐射热）比常规空调的要更柔和的多，热不易感冒。E节省占地面积省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤棚和渣场，节省了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。F安全无燃烧设备，从而不存在爆炸、失火和中毒的隐患。G机组寿命长热泵机组长期在良好的低温井水（16）下进行热交换工作，可大大延长机组寿命。H一机多用地源热泵系统可供暖，空调，还可供生活热水，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。I可再生土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证大地热量的平衡。3J可分区控制中央空调享受的档次，又可达到单体空调局部控制的效果，不存在“大马拉小车”。2基本资料21工程概况万象办公楼建筑面积约10000，地点在常州，务楼采用地源热泵，室内末端采用风机盘管新风系统。22工程内容及范围本设计包括办公楼室内空调、地埋管、通风及热水，方案采用地源热泵空调系统，室内末端采用风机盘管新风系统，冷热源采用地埋管冷却塔。内容有1空调冷/热负荷计算；2室外地埋管系统及辅助冷却塔/锅炉系统负荷及水力计算；3室外地埋管系统热平衡计算；4室内空调水系统水力计算；5空调机房设备选型及水力计算；6地埋管系统、室内空调水系统、机房等设计、施工图纸；7毕业设计设计、计算说明书一份。23主要设计规范、标准（1）地源热泵系统工程技术规范GB503662005（2）采暖通风与空气调节设计规范（GBJ2003）（3）建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范（GB502422002）（4）民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部分JGJ2695（5）夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JCJ1342001（6）建筑工程施工质量验收统一标准（GB503002001）（7）建筑设计防火规范（GBJ1687）（8）埋地聚乙烯给水管道工程技术规程（CJJ1012004）（9）建筑聚乙烯类给水管道工程技术规程（CJJ/T982003）（10）其他必需的规范、规程24设计参数241室外气象参数室外空气的空调设计参数冬季室外计算干球温度4，室外计算相对湿度77，室外平均风速26M/S夏季室外计算干球温度357，室外计算湿球温度285，室外平均风速26M/S日平均干球温度315，平均较差83242室内设计参数表21室内设计参数夏季冬季建筑类别温度（）相对湿度（）温度（）相对湿度（）新风量M3/H人办公室2460204530会议室2460204530客房2460204530243土建资料2431建筑概况建筑面积10000M21层层高65M2层层高45M35层层高35M2432墙体及屋面结构各种材料的导热系数与蓄热系数如下表表22材料导热系数与蓄热系数材料导热系数W/（MK）蓄热系数W/（M2K）细石砼、钢筋砼174172多孔砖058792挤塑聚苯乙烯板保温层00289043聚苯颗粒保温砂浆006095水泥砂浆、抗裂砂浆0931137石灰水泥砂浆0871075内外表面的换热系数分别为87和190。（1）平屋顶构造采用40厚细石砼20厚水泥砂浆结合层40厚挤塑聚苯乙烯板12厚防水卷材20厚水泥砂浆找平层最薄处30厚焦渣混凝土找坡120厚钢筋砼结构板15厚板底抹灰。屋顶的传热系数为K0671W/（M2K），满足屋顶保温要求K07W/（M2K）。（2）墙体填充墙构造采用20厚复合岩棉外保温板保温190厚加气砼砌块20厚内墙抹灰。总热阻R01768（M2K）/W，传热系数K0565W/（M2K），热惰性指标D363。剪力墙构造采用20复合岩棉外保温板保温200厚钢筋砼剪力墙20厚内墙抹灰。总热阻R0102（M2K）/W，传热系数K098W/（M2K），热惰性指标D2507。冷桥构造采用20复合岩棉外保温板保温200厚钢筋砼剪力墙20厚内墙抹灰。总热阻R0102（M2K）/W，传热系数K098W/（M2K），满足冷桥保温要求R052。剪力墙共占外墙面积比例约为48，冷桥共占外墙面积比例约为6。外墙的平均传热系数KM0789W/（M2K），平均热阻R0126（M2K）/W，平均热惰性指标DM3024。总体满足外墙的保温要求K15，D30或K10，D25。外挑楼板构造采用5厚抗裂砂浆50厚聚苯颗粒保温砂浆100厚钢筋混凝土板20厚水泥砂浆。传热系数为K0921W/（M2K），满足外挑楼板保温要求K10W/（M2K）。2433窗户结构双层3MM厚普通玻璃，金属框，80玻璃，浅色帘，2层窗高26M，35层窗高18M，窗墙面积比窗墙比为东侧017西侧021南侧032北侧0262434朝向修正率北朝向10；东、西朝向5；东南朝向10；南向203负荷计算31建筑物冷热负荷的计算311建筑物冷负荷计算以四楼会议等候室为例进行夏季冷负荷计算。1维护结构冷负荷1外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷，是指在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷，可按下式计算（31）T1XNWKFCL，（32）KTD,1式中CL外墙或屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷（W）；K外墙和屋顶的传热系数W/M，可根据外墙和屋顶的不同构造，由2附录5和附录6中查取；F外墙和屋顶的传热面积（M）；外墙和屋顶冷负荷计算温度的逐时值（）；,1TW夏季空气调节室内计算温度（）；XN以北京地区的气象条件为依据计算出的外墙和屋顶冷负荷计算温度的逐T时值（），根据外墙和屋顶的不同类型分别在附录7和附录8中查取。不同类型构造外墙和屋顶的地点修正值（），根据不同的设计地点在附DT录9中查取；外表面放热系数修正值；K外表面吸收系数修正值。计算结果如下表所示表31西南外墙瞬时传热形成的冷负荷单位（W）时间8009001000110012001300140015001600170018001TW37103660361035703520349034603440343034403470D150K100094,1TW36283581353434973450342233933375336533753403XN2400T1228118111341097105010229939759659751003K0789F2016CL1953918792180441744616698162501580115502153531550215951（2）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷双层LOWE玻璃窗，KW35W/CW120FW2016，由空气调节附录213中查得各计算时刻的负荷温差，按公式计算结果列于表2中。TD300TTNX2400。外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷是指在室内、外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷，可按下式计算（33）1WXNDTTFKCL式中CL、T同式（21）；XNK外玻璃窗传热系数W/M；2F窗口面积（M）W2T外玻璃窗冷负荷计算温度的逐时值，可由附录13中查得（）；1C玻璃窗的传热系数的修正值，根据窗框类型可从附录12中查得；T玻璃窗的地点修正系数，可从附录15中查得。D表32西南外窗瞬时传热冷负荷单位（W）800900100011001200130014001500160017001800T1W26902790290029903080315031903220322032003160TD300TXN2400T590690800890980105010901120112011001060KW35C120FW720CL17842208662419226914296353175232962338693386933264320543透过玻璃窗的日射得热形成的冷负荷由空气调节附录213中查得各计算时刻的负荷强度、窗面积72，双层钢JJ2M窗窗有效面积系数CA075，查空气调节附录28挂浅色窗帘，内遮阳系数为05，查附录27，“双层3MM厚普通玻璃”遮挡系数086。CISC透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷，可按下式计算34LQJWISADFCLMAX,35S,C式中CL日射得热引起的冷负荷，W；F外窗面积（M），W2窗有效面积系数；AC窗玻璃的遮挡系数；S窗内遮阳设施的遮阳系数；I太阳辐射得热因数的最大值，W；MAX,JD外窗冷负荷系数，建筑地点在北纬的2730以南的地区为南区，LQ以北地区为北区。表33西窗日射得热负荷单位（W）800900100011001200130014001500160017001800LQC017020023023038058073063079059037A075I05MAX,JD374SC086FW720CL14763173691997419974330005036963395547116860651237321322室内热源散热形成的冷负荷1设备和用具显热散失形成的冷负荷设备和用具先热散热形成的冷负荷可按下式计算36LQSC式中CL设备和用具显热形成的冷负荷，（W）设备和用具的实际显热散热量，（W）；SQ办公设备散热量可按下式计算37PIIASQ1,式中P设备的种类；第I类设备台数；IS第I类设备的单台散热量W。IA,QWLQ202人体散热形成的冷负荷人体显热散热引起的冷负荷计算公式为38LQSCQNS式中人体显热散失形成的冷负荷（W）；SCLN室内全部人数；群集系数；不同室温和劳动性质成年男子显热散热量（W）；SQ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LQ间，即由进入室内时算起至计算时刻为止的时间。表34人体散热形成的冷负荷单位（W）800900100011001200130014001500160017001800LQC053062069074077080083085087089042SQ7100N1400096SCL5057559163658437061473476763397920281110830198492740078Q13700CL13552合计54127627156939574166770287989182754846628657188479436303照明散热形成的冷负荷由于采用荧光灯且荧光灯灯罩上部穿有小孔，固按下式计算39LQNCNL210式中CL照明设备散热形成的冷负荷（W）；N照明设备所需功率（KW）；N镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯镇流器装设在客房内时，可1取N12；1N灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利2用自然通风散热于顶棚内时，可取N0506；2照明散热冷负荷系数。LQC表35照明散热形成的冷负荷单位（W）800900100011001200130014001500160017001800LQ069086089090091091092093094095095N207451490CL1028101281401326101341001355901355901370801385701400601415501415503各分项逐时冷负荷汇总表36各分项逐时冷负荷单位（W）时间8009001000110012001300140015001600西南外墙瞬时传热形成的冷负荷195391879218044174461669816250158011550215353西南外窗瞬时传热冷负荷178422086624192269142963531752329623386933869西南外窗日射得热冷负荷147631736919974199743300050369633955471168606照明得热冷负荷102810128140132610134100135590135590137080138570140060人体散热形成的冷负荷541276271569395741667702879891827548466286571总计209081247881264214272599291952313852331992327314344458时间1700180019002000西南外墙瞬时传热形成的冷负荷15502159511669817595西南外窗瞬时传热冷负荷33264320542963526914西南外窗日射得热冷负荷512373213295538684照明得热冷负荷14155014155074500000人体散热形成的冷负荷88479436303599630271总计33003326531716638283464344458最大值出现在1600为344458W其余房间冷负荷见附录A。表37各楼层冷负荷汇总项目名称房间面积M2总冷负荷W楼层212949475565楼层314999461621楼层41690281882楼层5175261435658大楼总计623769630023312新风量的确定在处理空气时，大多数场合要利用一部分回风，所以，在夏季混入的回风量愈多，使用的新风量越少就愈显得经济。但实际上，不能无限制地减少新风量，一般规定，空调系统中的新风量占总风量的百分数不应低于10。5A卫生要求在实际工作中，一般可按规范确定，不论每人占房间体积的多少，新风量按大于等于30M3/H人计算。B补充局部排风量当空调房间内有排风柜等局部排风装置时，为了不使车间产生负压，在系统中必须有相应的新风量来补充排风量。C保持房间的“正压”要求一般情况下，室内正压在510PA，即可满足要求，由于此建筑物有窗户，可考虑门窗缝隙渗透排风。在冬夏室外设计计算参数下规定的最小新风百分数，是出于经济方面的考虑。多数情况下，在春、秋过渡季节中，可以提高新风比例，从而利用新风所具有的冷量或热量以节约系统的运行费用。在本设计中，空调为全年运行，为了便于调节，选用的新风比为15，可以满足室内的卫生要求。313夏季新风冷负荷的计算QQQMHINHOUT/36310式中夏季空调室外计算干球温度下的空气密度，12KG/M3；QM新风量，M3/H；HIN夏季室外计算参数下的焓值，KJ/KG；HOUT室内空气的焓值，KJ/KG。其中新风量空调房间人数房间中的人均新风量,人均新风量按每人30M3/H空调房间人数624QM623769301871307M3/H夏季室内设计工况点温度24相对湿度60室外设计工况点温度357相对湿度60由HD图查得HNX53KJ/KGHOX94KJ/KG则夏季新风冷负荷为QQQMHINHOUT/361218713079453/36255745KW314冬季热负荷计算311WDNTFAQ51631式中Q建筑物的热负荷指标，W/M2；新风系数，1315外窗面积与外墙面积（包括窗）之比；A一外墙总面积（包括窗），M2F一总建筑面积，M2TND一冬季室内供暖设计温度，TWD一冬季室外供暖设计温度，取平均窗墙比019；外墙总面积16912756524895M2总建筑面积11270M2；冬季室内供暖设计温度TND20，冬季室外供暖设计温度TWD4416W/M2420174895063151631WDNTFAQ则热负荷为QQF46891155W46891KW315冬季新风热负荷的计算QQQMHINHOUT/36312式中冬季空调室外计算干球温度下的空气密度，12KG/M3；QM最小新风量，M3/H；HIN夏季室外计算参数下的焓值，KJ/KG；HOUT室内空气的焓值，KJ/KG。其中新风量空调房间人数房间中的人均新风量,人均新风量按每人30M3/H空调房间人数624QM623769301871307M3/H冬季室内设计工况点温度20相对湿度45室外设计工况点温度4相对湿度45由HD图查得HNX37KJ/KGHOX0KJ/KG则冬季新风热负荷为QQQMHINHOUT/36121871307370/3623079KW316冷热负荷汇总冷负荷（含新风负荷）88577KW，热负荷（含新风负荷）6997KW。317热水负荷初步设计热水用量为每天3吨，每小时提供600L温度为55（初始水温为10）的热水，则所需加热负荷为32KW。QSCMT/360041860045/36003135KW4系统设计41系统的比较关于全空气系统和空气水系统的比较6，参见表41。表41全空气系统与空气水系统方案比较表比较项目全空气系统空气水系统设备布置与机房1空调与制冷设备可以集中布置在机房2机房面积较大层高较高3有时可以布置在屋顶或安设在车间柱间平台上1只需要新风空调机房、机房面积小2风机盘管可以设在空调机房内3分散布置、敷设各种管线较麻烦风管系统1空调送回风管系统复杂、布置困难2支风管和风口较多时不易均衡调节风量1放室内时不接送、回风管2当和新风系统联合使用时，新风管较小节能与经济性1可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况节能运行调节，充分利用室外新风减少与避免冷热抵消，减少冷冻机运行时间2对热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间不经济3部分房间停止工作不需空调时整个空调系统仍需运行不经济1灵活性大、节能效果好，可根据各室负荷情况自我调节2盘管冬夏兼用，内避容易结垢，降低传热效率3无法实现全年多工况节能运行使用寿命使用寿命长使用寿命较长安装设备与风管的安装工作量大周期长安装投产较快，介于集中式空调系统与单元式空调器之间维护运行空调与制冷设备集中安设在机房便于管理和维护布置分散维护管理不方便，水系统布置复杂、易漏水温湿度控制可以严格地控制室内温度和室内相对湿度对室内温度要求严格时难于满足空气过滤与净化可以采用初效、中效和高效过滤器，满足室内空气清洁度的不同要求，采用喷水室时水与空气直接接触易受污染，须常换水过滤性能差，室内清洁度要求较高时难于满足消声与隔振可以有效地采取消防和隔振措施必须采用低噪声风机才能保证室内要求风管互相串通空调房间之间有风管连通，使各房间互相污染，当发生火灾各空调房间之间不会互相污染时会通过风管迅速蔓延42地源热泵系统介绍本系统采用地源热泵节能系统，由地源热泵机组提供冷暖空调，由热泵机组的全热回收装置来制取热水，采用全热回收新风系统。1地源热泵是以地下土壤层为冷（热）源对建筑物进行供暖、供热水和空调供应的技术。众所周知，地层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度。在夏季，地下的温度要比地面空气温度低，而在冬季却比地面空气温度高。地源热泵正是利用大地的这个特点，通过埋藏在地下的换热器，与土壤或岩石交换热量。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。所以，地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。在冬天，管道内的液体将地下的热量抽出，然后通过系统导入建筑物内，同时蓄存冷量，以备夏用；在夏天，热量从建筑物内抽出，通过系统排入地下，同时蓄存热量，以备冬用。地源热泵一年四季均能可靠的提供高品质的冷暖空气，为我们营造一个非常舒适的室内环境。因此，地源热泵系统非常适合作为户式中央空调的冷（热）源。本地源热泵系统采用地埋管系统作为热泵主机的冷热源对建筑物进行制冷及供暖，同时提供卫生热水。地源热泵空调系统由冷热源系统和供冷供热系统两部分组成。43地源热泵主机选型431热泵机组选型原则及方案设计热泵机组的选型一般原则有满足系统的设计负荷；系统的初投资与运行费用小。本设计中选择的水水式热泵机组为制冷、供暖及卫生热水三位一体机热泵机组，其在满足系统的设计负荷的同时，彼此互为备用，提高机组利用率；同时，选择部分热回收机组与全热回收机组，一机三用，减少初投资与运行费用，并提高了卫生热水温度。7根据以上的冷、热负荷计算可知空调设计冷负荷为88577KW，采暖设计热负荷为6997KW，热水热负荷为32KW。热泵机组选用天加的产品一台型号为TWSF01751BG2的满液式水源螺杆机组，一台型号为TWSF01101BC2的满液式水冷螺杆机组。二台型号为HWWD25带全热回收的水源热泵机组。表42热泵机组性能参数（空调工况）设备型号台数冷负荷KW耗电量（KW）COP热负荷KW耗电量（KW）COP流量（M3/H）TWSF01751BG215834210545546532312871508105TWSF01101BC213757252注制热工况水源侧进水10，出水5，用户侧进水40，出水45；制冷工况水源侧进水30，出水35，用户侧进水12，出水7；表43热泵机组性能参数（热水工况）设备型号数量（台）制冷量（KW）制冷输入功率（KW）制热量（KW）制热输入功率（KW）名义制热水量（L/H）HWWD251265328977310注制热工况水源侧进水10，出水5，用户侧进水50，出水55；制冷工况水源侧进水30，出水35，用户侧进水12，出水7；制热工况机组最高热水出水温度为58。运行方案夏季白天开启型号分别为TWSF01101BC2和TWSF01751BG2的满液式水源螺杆机组，总装机制冷负荷为95842KW，满足设计要求；晚上开启两台型号为HWWD25热泵机组提供部分房间的冷负荷，全热回收装置制取生活热水。冬季白天开启一台型号为TWSF01751BG2的满液式水源螺杆机组和两台型号为HWWD25热泵机组提，总装机制热负荷为71103KW，满足设计要求；晚上开启两台型号为HWWD25热泵机组提供部分房间的热负荷，全热回收装置取生活热水。春秋季开启两台型号为HWWD25热泵机组全热回收装置取生活热水。44冷热源系统地埋管冷却塔本地源热泵系统采用地埋管系统作为热泵主机的热源对建筑物进行供暖。采用地埋管系统和冷却塔作为热泵主机的冷源对建筑物进行制冷。地埋管的数量以冬天制热作为设计依据。441埋管形式目前地源热泵地下埋管换热器主要有两种布置形式，即之前提过的水平埋管和垂直埋管。选择方式主要取决于场地的大小、当地土壤类型以及挖掘成本。如果场地足够大并且没有坚硬的岩石，水平式埋管比较经济，如果场地受限制，那么只能选择垂直式埋管。实际工程中往往在现场勘测的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，来确定热交换器是水平布置还是垂直布置，尽管水平布置是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资成本小些，但是它的换热性能比垂直布置方式的小很多，并且常常受土地面积的制约，所以通常选用垂直布置埋管，本设计就是选择垂直埋管系统。垂直埋管根据埋管的形式不同有单U管、双U管和套管。如图51所示。按埋设深度不同分为浅埋（30M）、中埋（3180M）和深埋（80M）。其中钻井深60M以内，钻机成本少，如果大于60M时，成本会提高。井深80M以内，可以选择国产的普通型承压塑料管，如果大于80M，要采用高承压塑料管，成本将大大提高。图41埋管形式本工程中，采用竖直埋管中的双U型管。采用制作成型的双U型管，可节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积；同时，垂直U型管还具有管路接头少、承压能力强、不易泄露等优点。442地下埋管系统环路形式（1）串联方式和并联方式串联方式的优点一个回路具有单一流通通路，管内积存的气体容易排出；换热性能要高于并联方式；缺点是需采用较大管径的管子，成本较高，系统所需较多的防冻剂；安装劳动成本增大；系统阻力大。9并联方式的优点并联连接管径小，成本低；所需防冻剂少；安装成本低。缺点是需要提高管内流速，排出管内的积存气体；要求各个并联管道的长度应该尽量保持一致，保证每个并联回路有相同的流量。（2）同程方式和异程方式在同程式系统中，流体流过各埋管的流程相同，因此各埋管的阻力，流量和换热都比较均匀。异程式系统，流体流过各埋管的流程不同，所以所受的阻力也不相同，流量和换热都不均匀。由于地下埋管多，难于设置调节阀或平衡阀，难以做到水力平衡，所以设计中多选择同程式系统。在本设计中就选择同程与并联结合的形式布置埋管。443管材的选取由于工程的所有埋管均在建筑物基础下面，一旦将埋管埋入，就不可能进行维修或更换，这就要求保证埋管的化学性质稳定并且耐腐蚀。根据地源热泵施工规范要求选择高密度聚乙烯PE100管。额定承压能力16MPA，导热系数042W/MK。444管路设计计算设计采用制作成型的双25的U型管，打井深度为1025M（埋管深度100M）的埋管形式。4441冬季从土壤中吸取的热量冬季，室内供暖时从土壤中吸取的热量按下式计算（313）221COPQ其中冬季从土壤中吸取的热量，KW；2Q冬季设计总热负荷，6997KW；设计工况下水源热泵机组的制热系数，取508。1COP计算得。KWQ9562需要口，取125口104/3根据对采用双U型2523PE竖直埋管的土壤换热实验，夏季，在埋管进/出口水温为35/30的状况下，每米井散热量为62W；冬季，在埋管进/出口水温为5/10的状况下，每米井取热量为46W。所以根据系统的设计冷/热负荷及以上数据，可计算得打井数量与埋管长度。具体见下表。表44地源系统打井数量与埋管长度系统冬季设计热负荷（KW）6997与土壤的换热热量（KW）5619打井数量（口）125竖井沿建筑物基础外25M处均匀布置。孔横间距4M，竖向间距4M，四边形布置，需要埋管面积2500平米。孔口直径在145MM左右，孔内直接埋设U型2523PE管道；管道内循环介质采用防冻溶液。445冷负荷校准夏季一台型号为TWSF01751BG2热泵主机由地埋管提供冷源，另一台型号为TWSF01101BC2热泵主机由冷却塔提供冷源。一台热泵主机提供的制冷量为58342KW。夏季向土壤中排放的热量按下式计算（314）11COPQ其中夏季向土壤排放的热量，KW；1Q一台主机装机冷负荷，58342KW；机组的启动系数，取1；设计工况下水源热泵机组的制冷系数，取554。1COP计算得KWQ3768125口井提供的排热量为775KW，满足一台热泵主机夏季制冷工况。446热平衡校准、夏季（一台主机）向土壤中排放的热量为KWQ37681、冬季采暖从土壤中吸取的热量为52、制取热水从土壤中吸取的热量为（315）231COPQ其中从土壤中吸取的热量，KW；3设计总热负荷，32KW；设计工况下水源热泵机组的制热系数，取407。2COP计算得。KWQ4表45热平衡校准向土壤排放的热量（MJ）从土壤中吸取的热量MJ夏季制冷（120天，每天10小时，使用率08，机组启动率071000166106夏季热水（120天，每天5小时）2412053600/1000005106春秋季热水（120天，每天5小时）2412053600/1000005106冬季（供热120天，每天10小时，使用率08，机组启动率07）56131201008073600/1000136106冬季热水（120天，每天5小时）2412053600/1000005106小计161106146106由上表分析可以看出，由于考虑了夏季部分冷却塔散热及全年卫生热水的制取。全年系统向地埋管散热和取热基本平衡。447地埋管配管及阻力计算根据以上计算与合理布井的要求，本系统共埋井深100M的井125口。采用规格为2523MM的双U管形式125口井全部采用并联，分组（采用变径同程的方式汇成进/出两根集管）、一级阵列、二级阵列、三级阵列，在每级阵列设立能源调节站，每级能源调节站主要由分/集水器、压力检测、流量检测和排气装置组成，10确保每口井的进出口压力一致。布置形式需根据实际场地请款进行考虑。图42地埋管布局图阵列15图43地埋管布局总矩阵图地埋管系统总流量等于热泵主机的冷却水流量，可由下列公式计算（316）21TCQMP其中Q1热泵主机的散热量（等于向土壤排放的热量），KW；M热泵主机的冷却水流量，KG/S；T1T2冷却水进出口温差，取5；CP水的定压比热容，为4187KJ/KG。总流量3132569028/967/481PQKGSMHT每口井流量37/H流速2200/31464VSD表46管材表SDR26PN06SDR21PN08SDR17PN10SDR136PN125SDR11PN16外径壁厚壁厚壁厚壁厚壁厚19202325192332243040242937503037466330384758753645566890435467821104253668110012548607492114160627795118146竖管选用公称压力PN16横管选用公称压力PN125管地埋竖管根据原则选用SDR11PN16管，25X23，横管扩径32X24,40X29,50X374471子管（单口井）水力摩阻计算子管（单口井）管道规格为2523MM，长度为100M。D002520002300204MM子管流量396708/125QMH流速240/34VSD根据流速和管径，查空调水管比摩阻表得到比阻，实际流速与设计流速之比为修正系数。空调水管比摩阻表见附录C。DN25管道比阻为69PA/M，修正系数033/0311管道水阻为200X69X1115180PA管道水力损失是由阻力计算换算得出，水的比重是9800N/M3，管道水力损失水管阻力/9800故沿程阻力为H115180/9800155M局部阻力按沿程阻力的30计算，即为H115503046M44725口井集管管径及水力摩阻计算集管流速15M/S，取支管规格为32X24MM,40X29MM,50X37MM，则管径为D2272MM，D3342MM,D4D5426MMQ20774M3/HQ31161M3/HQ41548M3/HQ51935M3/H2VDV2037M/SV3035M/SV4030M/SV5038M/SH2003M,H2001MH3002M,H3001MH4003M,H4001MH5004M,H5001M表47一级阵列水力计算4473一级阵列阵支管管径及水力摩阻计算支管规格为2523MM,32X24MM,40X29MM,50X37MM,50X37MM,总阻力为167M，总局阻为05M。连接分集水器50X37MM的20M总管，阻力为008M，局阻为002M。4474二级阵列总管管径及水力摩阻计算连接二级阵列总管规格63X47MM，120M管长，阻力为325M，局阻为098M4475地埋管系统总阻力连接到终端总管规格125X92MM，200M管长，阻力为856M，局阻为257M。系统总管道水力损失为1356M，总局阻为407M。总阻力。表48二级阵列及总管水力计算总扬程为总管道水力损失加上主机的水压降造成的水力损失，查表可知TWSF01751BG2的水压降为68KPA，68/1068M，则总扬程1763682443M。4476水泵选型东方泵业生产的型号为DFG80160A/2/55单级离心泵。参数流量56M/H扬程25M管径MM流量（M3/H）管道长度（M）流速（M/S）比阻（PA/M）修正系数管道水损（M）局部水损（M）DN501935100382900127004001DN501548100302900100003001DN40116150354000117002001DN32077450374800123003001计算DN2503872000336900110155046合计167050管径MM流量（M3/H）管道长度（M）流速（M/S）比阻（PA/M）修正系数管道水损（M）局部水损（M）小矩阵15DN501935200382900127008002大矩阵DN63967512011924600108325098连到终端DN1254937520015120900201856257总计1356407总流量总扬程493752442转速2900R/MIN电机功率55KW效率70汽蚀流量35M总重量110KG图44水泵示意图安装尺寸如下LBHABC40041062513020016545室内水系统设计与计算按冷冻水是否与空气接触，空调水系统可分为开式系统