地源热泵空调系统设计(详细)

张海军2011年5月目录一、地热能交换系统简介二、水源热泵机组的选择三、空调负荷计算四、中央空调水系统设计五、中央空调风系统设计六、地埋管的设计一、地热能交换系统简介1.地埋管主要的地热能交换系统形式1.1水平埋管1.2垂直埋管2.地表水3.地下水1.地埋管1.1水平埋管优点：•室外施工费用相对较低缺点：•室外占地面积较大一般适用于小型的而且具有足够占地面积的地方。1.地埋管1.2垂直埋管优点：运行及维护费用低占地面积较小冬季无需辅助热源不产生任何污染节能效果明显缺点：初投资费用稍高优点：运行及维护费用低无需占用土地室外施工费用低冬季无需辅助热源不产生任何污染缺点：需临近较大面积水域系统效率低于其他方式与其他地源热泵系统的比较：2.地表水优点：运行及维护费用低室外施工费用较低冬季无需辅助热源无需占地，受建筑周围环境影响小不产生任何污染换热效率高，节能效果明显缺点：打井受政策限制系统易受地下水源状况影响与其他地源热泵系统的比较：3.地下水二、地源热泵机组的选择WFI地（水）源热泵机组型式1.GSG水源螺杆机组2.VKC水-水机组3.PS\PH水-风机组GSG水源螺杆机组特点及适用场合单机冷量大，效率高，可以分段调节或无级调节，可用于夏季制冷冬季制热。适用于影剧院、酒店、办公楼、商场等大型场所.。注:地下水式可采用大温差小流量设计。R22制冷量：134KW~3192KWR134a制冷量：144~956KWVKC水-水机组特点及适用场合机组主要优点是结构紧凑、体积小、重量轻、运行平稳、管理方便.而且采用模块化设计，可以进行自动增卸载调节能量。具有热回收功能，可提供免费生活热水。其中全热回收型机组，具有制冷，制热，制冷+热水，制热+热水，热水五种模式，真正“一机三用”功能。主要用于中、小型宾馆、办公、医院、药厂、等场所.制冷量：8~296KWPS/PH水-风机组特点及适用场合•方便独立计费，免除物业管理纠纷•各户独立操作，实现自由制、制热，达到传达四管效果•具有回收建筑物内余热功能•系统具有灵活的扩展能力•系统布置紧凑、灵活•省掉中央机房，减低公共部分管道的占用空间•无需一次投入主机，分散投资压力主要办公、宾馆、医院等场所.三、负荷计算序号房间名称冷负荷指标(W/m2)1旅馆80～902办公室85～1003图书馆35～404医院80～905商店105～1256体育馆200～3507计算机房190～3808数据处理320～4009剧院120～160空调负荷估算指标摘自《暖通空调.动力》在没有掌握具体空调房间的面积、性质、使用对象等情况下，仅知道整个建筑的面积，可通过建筑面积来估算确定空调负荷。按建筑面积估算注：1.上述指标为总建筑面积的冷负荷指标,建筑物总面积小于5000m2时,取上限值.大于10000m2时,取下限值.2.按照上述指标确定的冷负荷,即是制冷机容量,不必再加系数.3.博物馆可参考图书馆,展览馆可参考商店.其他建筑物可参考类似的建筑.4.由于地区差异较大,上述指标以北京地区为准.南方地区可按上限采取.5.全年用空气调节系统冬季负荷可按下述方法估算:北京地区为夏季冷负荷的1.1～1.2倍,广州地区为夏季冷负荷的1/3～1/4.空调负荷估算指标在需要进行工程方案的初步设计及报价时,可通过下表对空调负荷进行估算，以下为部分WFI常用单位面积空调负荷估算指标。按空调面积估算顺序建筑类型及房间名称冷负荷指标（w/m2）1旅游旅馆客房（标准层）120~1602西餐厅、咖啡厅200~2503酒吧250~3004中餐厅、宴会厅会议室大350以上5中300~3506小200~2507中厅、接待室、商店、小卖部2008理发、美容180~2009健身房、保龄球100~20010弹子房、棋牌室18011室内游泳池200~32012办公室一般120~18013领导20014舞厅、夜总会250~40015商场、百货大楼首层35016二层30017三层及以上250空调负荷估算指标顺序建筑类型及房间名称冷负荷指标（w/m2）18医院病房110~16019一般手术室180~25020洁净手术室300~50021X光、CT、B超诊断150~20022影剧院观众席200~40023休息厅180~25024化妆室160~20025体育馆比赛馆200~35026休息厅180~25027贵宾室20028展览厅、陈列室130~20029图书阅览120~16030科研、办公160~20031公寓、住宅120~200空调负荷估算指标以下为《技术措施》部分具有代表性的单位面积空调负荷估算指标。序号建筑物类型及房间名称冷负荷指标(W/m2)1旅游旅馆：客房标准80～1102西餐厅160～2003中餐厅、宴会厅180～3504小会议室（允许少量吸烟）200～3005图书阅览室75～1006舞厅（交谊舞）200～3507办公90～1208公寓、住宅80～909医院：高级病房80～11010影剧院：观众席180～35011餐馆200～350摘自《暖通空调·动力》按空调面积估算空调负荷详细计算在做施工设计时，必须进行详细的负荷计算，且详细的负荷计算有利于准确确定空调的初投资和保证良好的运行效果。所以详细的负荷计算在设计时是非常有必要的。空调负荷详细计算通常由以下几部分组成：通过围护结构传入的热量透过外窗进入的太阳辐射热量人体散热量照明散热量设备等其他内部热源的散热量食品或物料的散热量渗透空气带入的热量伴随各种散湿过程产生的潜热量空调负荷空调负荷详细计算首先我们对由于围护结构传热产生的冷负荷进行计算，建筑的围护结构一般分为内围护和外围护结构，与室外空气接触的围护结构被称为外围护结构，顾名思义，内围护结构就是与建筑内其他相邻房间的间隔结构。这两项在负荷计算中要分别进行计算！1.外墙冷负荷要计算通过外墙的传热负荷通常要知道外墙的结构类型、外表面颜色、传热系数以及其朝向。具体可按当地的节能标准取数。2.外窗冷负荷外窗冷负荷与外墙冷负荷不同，它包含两部分，由于温差传热形成的负荷与由于太阳辐射所形成的负荷。1)温差传热负荷计算公式：Qc=K×F×ΔtK－窗的传热系数W/m²˚сF－窗的面积m²Δt-计算时刻的负荷温差˚с计算时需确定的原始参数为：窗的面积，窗的传热系数。•2)太阳辐射负荷•Q=F×Xg×Xd×Jwt•Xg-窗户的构造修正系数•Jwt－计算时刻下，透过无遮阳设施外窗的太阳总辐射强度W/m²•地点修正系数计算时需确定的原始参数为：窗的种类，窗玻璃遮挡系数，窗玻璃内遮阳系数，窗的阴影面积。空调负荷详细计算空调负荷详细计算3.人体冷负荷人体散热形成的冷负荷和散湿量按下式计算：1）人体散热冷负荷CLr=n×(q1×C＋q2)×CrCLr－人体散热形成的冷负荷n－空气调节房间内的人数（人）q1-每个人散发的显热量（W）q2-每个人散发的潜热量（W）C－人体显热散热冷负荷系数该系数取决于人员在室内的停留时间及由进入室内时算起至计算时刻的时间。对于人员密集的场所，如电影院，剧场，会堂，体育馆等，可取1；24h内室温不能保持恒定（夜间停止使用），取1。Cr－群集系数•2)Wr=n×W×Cr•n－空气调节房间内的（人）•W－每个人的散湿量g/h•Cr－群集系数空调负荷详细计算4.照明冷负荷照明散热形成的冷负荷可根据照明器材的类型及安装方式的不同，按下式计算：1）.白炽灯CL1＝N×N1×Ccl12）.明装荧光灯（镇流器安装在空调房间内）CL1＝(N1＋N2)×n1×Ccl13）.暗装荧光灯（灯管安装在顶棚的玻璃罩内）CL1＝N1×n1×n2×Ccl1式中CL1－照明散热形成的冷负荷（W）N－白炽灯的功率（W）N1－荧光灯的功率（W）N2－镇流器的功率（W），一般取荧光灯功率的20％；n1-灯具的同时使用系数n2-考虑灯罩玻璃反射，顶棚内通风等情况，当荧光灯上部有小孔时，取n2=0.5-0.6,灯罩上无孔时，视顶棚通风情况取0.6-0.8。Ccl1-照明散热形成的冷负荷系数空调负荷详细计算室内照明及人员密度估算指标房间名称室内人数（人/m2）照明负荷（W/m2）旅馆客房0.1~0.1516~20商店营业厅（首层）1.0~1.235~45商店营业厅（其他层）0.5~0.835~45精品商场0.334~45餐厅、宴会厅0.5~1.012~20一般办公室0.1~0.2318~23会议室0.4~0.518~23注：摘自全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调.动力》空调负荷详细计算5.渗透空气冷负荷通过外门开启及围护结构缝隙渗入室内的空气量按可按下述方法计算：(1)、由于外门开启而渗入的空气量G1按下式计算：G1=n*Vm*γw式中G1——由于外门开启而渗入的空气量(kg/h)；n——每小时的人流量(人次/h)；Vm——外门开启一次(包括出入各一次)的空气渗入量[m3/(人次.h)]，按下表选用；γw——室外空气密度（kg/m3）。（2）、通过围护结构、门、窗渗入室内的空气量G2可按换气次数估算：G2=V*Φ*γw式中G2——围护结构、门、窗缝隙渗入室内的空气量(kg/h)；Φ——每小时的换气次数，与房间容积和门、窗的多少有关，一般可按下表估算；γw——室外空气密度(kg/m3)。Vm值[m3/(人次.h)]每小时通过的人数普通门带门斗的门转门单扇一扇以上单扇一扇以上单扇一扇以上1003.04.752.503.500.801.00100-7003.04.752.503.500.700.90700-14003.04.752.253.500.500.601400-21002.754.002.253.250.300.30注：摘自全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调.动力》换气次数Φ值容积V500以下500-10001000-15001500-20002000-25002500-30003000以上Φ0.700.600.550.500.420.400.35注：摘自全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调.动力》四、中央空调系统水系统设计压缩机冷凝器蒸发器节流装置地埋管室内末端冷媒循环水循环源侧水系统负荷侧水系统下面以一个简单的水系统流程图来介绍什么是中央空调的水系统及其原理原理图(流程图)由上图可知,地源热泵空调水系统通常由以下几部分组成一.水源热泵机组三.水系统附属设备四.水系统(负荷、源侧)管路及其附件Ⅰ.水泵Ⅱ.冷却塔Ⅲ.集、分水器(无系统分区时无此设备)Ⅴ.水处理装置Ⅵ.全自动软化装置Ⅳ.膨胀水箱(高位及落地式两种)二.末端设备1.根据建筑的空调面积和房间功能进行空调冷负荷计算。2.统计建筑空调总冷负荷Q。3.大部分建筑需要考虑房间的同时使用率，一般建筑的同时使用率为85~90%，特殊情况需根据建筑功能和使用情况确定。4.制冷机组冷负荷=建筑空调总冷负荷*同时使用率。根据计算的制冷机冷负荷即可选择制冷主机。制冷主机用在政府会堂等重要建筑时，应考虑备用。5.当实际工况与水源热泵机组额定工况不同时，应进行修正后再做校核。(一)水源热泵机组(二)末端设备选择风机盘管有两个主要参数：制冷（热）量和送风量，故选择风机盘管有如下两种方法：（1）房间循环风量=房间面积*层高（吊顶后）*房间换气次数。利用循环风量对应风机盘管中速风量，即可确定风机盘管型号。若产品未提供不测风速下的额定值数据时，可参考下表进行换算风机盘管的选择额定值类别高档风速中档风速低档风速风量1.000.850.70供冷量、供热量1.000.900.80（2）房间所需冷负荷=房间的计算瞬时最大冷负荷(估算时房间单位负荷*房间面积)利用房间冷负荷对应风机盘管中速风量时的制冷量即可确定风机盘管型号。确定型号以后，还需确定风机盘管的安装方式（明装或暗装），送回风方式以及水管连接位置（左或右）等条件。当出风管较长时,选型时要注意校核机外余压是否能满足工程实际需要。注:风机盘管冷量测定工况:干球温度27ºC,湿球温度19.5ºC,进出水温