毕业设计书学生公寓空气源热泵热水系统设计

1、毕业设计(论文)（届）学生公寓空气源热泵热水题目系统设计专业班级学号姓名指导教师完成时间制冷与冷藏技术专业毕业设计(论文 )设计说明书题目学生公寓空气源热泵热水系统设计课题形式独立本人承担姓名班级学号同组成员指导教师目录1.设计题目 .11.1.5#学生公寓空气源热泵热水系统设计 .12.设计依据： .12.1.详见毕业设计任务书 .13.设计参数 .13.1.详见毕业设计任务书 .14.工程概况 .15.设计内容 .15.1.热水供应系统的设计小时耗热量 .15.1.1. 参数选择： .25.1.2. 耗热量计算条件（参数）及数据处理.35.2.用热水量计算 .45.2.1. 设计小时热水量

2、可按下列方法计算：.45.2.2. 用水量数据整理 .45.3.冷热水比例计算 .55.4.空气源热泵热水机组选型 .55.4.1. 根据冬天的冷热水设计要求结合机组的工况进行选型.55.5.机组制热功率计算 .75.6.配水量估算 .75.6.1. 最大小时用水量 .75.6.2. 配水量确定 .85.6.3. 根据配水量选择保温水箱（配水量80 吨） .85.7.配水管网水力计算 .95.7.1. 配水管网的水力计算方法 .95.7.2. 管网水力计算图 (原图见 CAD ） .105.7.3. 配水管网水力计算步骤 .105.7.4. 南楼管路压力损失数据整理 .12- 1 -5.7.5

3、. 北楼管路压力损失数据处理 .125.8.回水管网水力计算 .155.9.循环流量计算 .13附录 2：设计图纸 .141.热水系统平面图 .142.热水系统原理图 .143.水系统图 .144.空气源热泵机组原理布置图 .14- 2 -业设计说明书1. 设计题目1.1. 5#学生公寓空气源热泵热水系统设计2. 设计依据：2.1. 详见毕业设计任务书3. 设计参数3.1. 详见毕业设计任务书4. 工程概况的 5 号学生公寓热水工程提供系统设计，采用空气源热泵热水系统。常州市地理位置特征属于亚热带湿润季风气候。受季风气候影响，四季分明，冬冷夏热，春温多变，秋高气爽，光能充足，热量富裕。冬季常州

4、冷水的计算温度5；春夏秋季常州冷水的计算温度 20；全年平均冷水温度为 15；热水出水温度为 55；全市年无霜期一般在 220天左右。本楼有宿316 间，分为南楼和北楼。南楼有房间114 间，住宿人数456 人；北楼房间 202 间，住宿人数808 人，楼宇为6 层。学生用水高峰为二个时段：早上起床后一小时内，及下午放学后至晚上熄灯前的五个小时，主要用水在下午放学后。该建筑南楼是砖混结构，北楼是钢混结构；水箱及设备机组安装在楼顶5. 设计内容5.1. 热水供应系统的设计小时耗热量按下式计算 (全日供应热水 )：Qh=K hmqrC(t r-t l) r /86400(式中：Qh设计小时耗热量（

5、 W）；- 1 -业设计说明书m用水计算单位数（人数或床位数）；qr 热水用水定额 （ L/ 人?d 或 L/ 床?d）按建筑给水排水设计规范表5.1.1-1 采用；C水的比热， C4187（J/kg ?）；t r 热水温度， tr 55（）；t l 冷水温度，按建筑给水排水设计规范表5.1.4选用；r 热水密度（ kg/L ）；Kh 小时变化系数，可按建筑给水排水设计表5.3.1-1 表 5.3.1-3采用。5.1.1. 参数选择：热水用水定额表5.1.1-1建 筑单物名称位单身职工宿舍、学生宿舍、招待所、培训中心、普通旅馆每人每日设公用浴室每人每日设公用盥洗室、淋每人每日浴室设公用盥洗室、

6、淋每人每日浴室、洗衣室设单独卫生间、公用洗衣室最高日用使水定额/L用时间/h25404060508024 或定时供应60100由上表可取热水用水定额qr =60（ L/ 人?d）- 2 -业设计说明书住宅、别墅的热水小时变化系数K h 值 5.3.1-1居 住人 数10015020025030050010003000 6000(m)Kh5.124.494.133.883.703.282.862.482.34由表 5.3.1-1 可取小时变化系数南楼Kh=3.37h/=3.00北楼 K5.1.2. 耗热量计算条件（参数）及数据处理M=456人（南楼住宿人数456 人）M =808 人（北楼住宿人

7、数808 人） r =0.9856kg/L （ 50 988.1kg/m 3； 60 983.1kg/m 3 ）南楼小时变化系数K =3.37北楼小时变化系数 K =3.00hhqr =60（L/ 人?d）C 4187（ J/kg ?）hhmqrC(tr l r /86400Q =K-t )季节冬季春、夏、秋季温度平均温度 /t 1 =5t 2=15自来水进水温度 / t 1=5t 2 =20出水温度 / t 1 =55t 2 =55温度差/ T2 =35T =501南楼设计小时耗热量Q =220194.22Q =154135.95/Wh1h2北楼设计小时耗热量Q=347331.19Q=243

8、131.83/Wh1h2总设计小时耗热量/WQh1/=567525.41/=397267.78Qh2- 3 -业设计说明书5.2. 用热水量计算5.2.1. 设计小时热水量可按下列方法计算：Qr =Qh/1.163(tr -tl ) rQr 设计小时热水量，L/hQh 设计小时耗热量，Wt r 热水温度，；t l 冷水温度， r 热水密度， kg/L 5.2.2. 用水量数据整理季节冬季春、夏、秋季温度南楼设计小时Q =154135.95Q =220194.22h1h2耗热量 Qh(W)北楼设计小时=347331.19=243131.83Qh1Qh2/耗热量 Qh (W)热水温度 t r (

9、)5555冷水温度 t l520( )热水密度 r0.98560.9856(kg/L)南楼设计小时3841.983841.98r热水量 Q (L/h)北楼设计小时6060.296060.29r热水量 Q (L/h)总设计小时热9902.279902.27水量 Qr (L/h)- 4 -业设计说明书由上表可知冬季热水用量等于春、夏、秋季热水用量。即：Qr1 =Qr25.3. 冷热水比例计算Kr =（ t h -t l /t r -t l ） 100%=70%(th =40 )Kl =1-Kr =0.3Kr 热水用量占混合水量的百分率t h 混合水水温，t l 冷水水温，t r 热水水温，Kl 冷

10、水量占混合水量的百分率冬季冷热水比例Kr =（t h-t l /t r -t l ） 100%=（45-5 ） /(55-5)100%=80%春、夏、秋季热水比例Kr =（t h-t l /t r -t l ） 100%=（ 45-20 ）/(55-20)=71%注：热水供水温水温度是指热水供应设备如热水锅炉、水加热器的出口最高水温度和配水点的最低水温，按设计要求采用。5.4.空气源热泵热水机组选型5.4.1. 根据冬天的冷热水设计要求结合机组的工况进行选型t r 热水温度， 55；tl 冷水温度，5根据设计小时耗热量：南楼设计小时耗热量Qh1=220194.22W北楼设计小时耗热量 Qh1

11、=347331.19W 空气源热泵机组额定制热量为 84KW 选型如下：台数：南楼： N= Qh1/84KW=220.19422/84 3( 台 ) / 产品名称： 天舒热泵机组DKFXRS-64IIB- 5 -业设计说明书产品参数产品型号DKFXRS64-B额定输入W19000功率普通型额定制热W84000名义工况量额定电流A36.5/34/32.8额定输入低温型W18300功率名义工况额定制热W63500量额定电流A35.5/32/30.5输入功率W16000超低温工况制热量W38000电流A27/26.5/27.5电源380V/3N /50Hz最大输入功率/ 电流W/A29300/50额

12、定循环水流量L/h12000机组进出水口压差KPa45制冷剂型号KgR22最高出水温度60制热水量（ 40温升）L/h1800外形尺寸（长 * 宽* 高）mm208510301880防水等级IPX4防触电保护类型I机组噪声dB(A)65- 6 -业设计说明书管径DN50循环水管管口连接丝接机器重量（约）KG820注： 1、普通型名义工况：环境干球温度20，湿球温度15，初始水温15，终止水温 55。2、低温型名义工况：环境干球温度7，湿球温度16，初始水温9，终止水温55。3 、超低温工况：环境干球温度 -12 ，湿球温度 -14 ，初始水温 9，终止水温55。4、最大功率工况：环境干球温度4

13、3，湿球温度26，进水5.5. 机组制热功率计算机组制热功率 =设计小时耗热量 /COP冬季：南楼P1 =220194.22/3=73398.07W北楼P1 / =347331.19/3=115777.06W春夏秋季：南楼P2 =154135.95/4=38533.99W北楼 P2 / =243131.83/4=60782.96W5.6. 配水量估算5.6.1. 最大小时用水量最大小时用水量应根据最高日生活用水量、使用时间和时间变化系数按下式计算。Qh=KhQp(4-3)Qp=Qd/T=mqd/T(4-1,4-2)Qd 最高日生活用水量，L/d ；m设计用水单位数，人或床的个数等；m=456(

14、南楼 )m/ =808（北楼）qd 最高日生活用水定额，取80 L/(人 d )Qh 最大小时生活用水量，L/h ；Qp 平均小时用水量，L/h;- 7 -业设计说明书Kh小时变化系数，T建筑物的用水时间，工业企业建筑为每班用水时间。具体时间查表4-9 集体宿舍、旅馆和公共建筑生活用水定额及小时变化系数。（摘录建筑给水排水与采暖设计）表 4-9 集体宿舍、旅馆和公共建筑生活用水定额及小时变化系数最高日生序活小时变化建筑物名称单位使用时间 h号用水标准系数 Kh/L单身职工宿舍、学生宿舍、招待所、培训中心、普通旅馆每50 100设公用盥洗室人1设公用盥洗室、淋浴室80 1303.0 2.5设公用

15、盥洗室、淋浴室、每24日洗衣室100 150设单独卫生间、公用洗衣室120 200南楼 Qh=Kh Qd/T=3 45680/24000=4.56t/h北楼 Qh/ = Kh Qd/T=3 80880/24000=8.08t/h5.6.2. 配水量确定学生用水高峰为二个阶段：早上起床后一小时内，及下午放学后至晚上熄灯前的五个小时，主要用水在下午饭放学后。所以总共的高峰期用水时间为6 小时。配水量 :南楼Q=4.56t/h6h=27.36t北楼 Q/ =8.08t/h6h=48.48t总配水量Q / =27.36+48.48=75.84t80t5.6.3. 根据配水量选择保温水箱（配水量80 吨

16、）日正常供应55热水 80 吨。根 据不同季节洗浴的要求，冬季以 80%的使用率计算， 日供应 55热水 64 吨；春夏秋季以95%的使用率计算，日供应55热水 76 吨。- 8 -业设计说明书根据配水量80 吨选择热水保温水箱如下:台数：南楼： N=30/10=3( 台 )北楼： N/ =50/10=5( 台 )产品名称： 不锈钢保温水箱产品型号 ：不锈钢保温水箱产品信息：健和不锈钢保温水箱内外桶均采用进口SUS304BA.2B食品级不锈钢板制造。健和不锈钢保温水箱详细规格:5.7. 配水管网水力计算第二循环管网的水力计算，采用开式、全日制机械循环热水管网，上行下给的给水方式，集中式热水供应

17、系统（参考建筑给水排水与采暖设计环管网的水力计算）5.7.1. 配水管网的水力计算方法按冷水供应的计算方法对热水配水管网进行水力计算，需查热水水力计算表，其具体步骤为：1) 热水配水管网的设计秒流量可按生活给水（冷水系统）设计秒流量计算公式计算2) 卫生器具热水给水额定流量、当量、支管管径和最低工作压力同给水规定3) 热水管道内的流速，宜按表 8-19 选用- 9 -业设计说明书4) 热水管网压力损失计算 :热水管网中单位长度压力损失和局部压力损失的计算与冷水管道的计算方法和计算公式相同， 但热水管道的计算内径 d；应考虑结垢和腐蚀引起国税断面积缩小的因素，管道结垢造成管径缩小量见表8-215

18、) 热水管道的水力计算，应根据采用的管材，选用相应的热水管道水力计算图表或公式计算。6)根据给水系统图，确定最不利点为最上层末端配水龙头，即图a 中的 32 点；确定 1点引入管起端32 点之间管路作，应根据采用的管材，选用相应的热水管道水力计算图表或公式进行计算7) 热水管网采用聚丙烯（ PP-R）管时，压力损失计算公式如下：Hf =【 Lv2 10】 /2gd j式中： H f 管道的沿程压力损失，Kpa沿程阻力系数L 管段长度 ,mV管道内水流平均速度,m/sg重力加速度 ,m/s 2dj 管道计算内径，m除按上式计算外，也可查8-23 和表 8-24 选用管径（该设计时按查表计算）5.

19、7.2. 管网水力计算图(原图见 CAD ）5.7.3. 配水管网水力计算步骤给水管网所需水压力计算包括沿程压力损失计算和局部压力损失计算首先确定最不利点给水管网所需水压应满足卫生器具和用水设备用途要求的规定：其配水出口在单位时间内流出的数量成为额定流量；各种配水装置为克服给水配件内摩擦、冲击集流速变化等阻力而流出额定流量的最小静压力称为最低工作压力；给水系统中如若某一配水点的水压被满足则系统中其他任何用水点的压力也均能被满足， 则该点被称为给水系统中的最不利点。要满足建筑内给水系统各配水点单位时间内使用时所需的水量，给水系统的水压就应保证最不利配水器具有足够的流出水头。对计算管路进行节点编号

20、，如图所示。(1)查表1-1 得出各卫生器具给水当量总数。一个淋浴器使用热水时的给水当量数为-10-业设计说明书Ng=0.75。(2)选用生活给水设计秒流量计算公式（建筑给水排水与采暖设计4-9），计算各管段给水设计流量，即： qg =0.2 Ng式中 qg计算管段的给水设计秒流量，L/SNg计算管段的卫生器具给水当量总数；根据建筑物用途而定的系数，查建筑技术排水与采暖设计表4-19 。表 4-19 根据建筑用途额定的系数（）值建筑物名称a建筑物名称a幼儿园、托儿所、养1.2医院、疗养所、休养2.0老院所门诊部、诊所部1.4集体宿舍、 旅馆、招2.5待所、宾馆办公楼、市场1.5客运站、会展中心

21、、3.0公共厕所学校1.8注：1. 如计算值小于该管段上的一个最大卫生器具给水流量时，应采用一个最大的卫生器具给水流量作为设计秒流量；2. 如计算值大于该管段上按卫生器具额定流量累加所得的流量值时，应按卫生器具给水额定累加所得流量值采用；3. 有大便延时自闭冲洗阀的给水管段， 大便延时自闭冲洗阀的给水当量均为 0.5 计，计算得到的 qg 附加 1.10L/S 的流量后，为该管段的给水设计秒流量；4. 综合楼建筑的 值应应按加权平均法计算 :即z= 1Ng1 +2 Ng 2 +n Ngn /N g1 +Ng2 +N g2 管段 1-2，给水当量总数为 0.75（淋浴器一个 Ng=0.75），该

22、管段设计流量按公式 qg =0.2 N =0.2 2.5 0.75=0.433 （ L/s ）g其值大于该管段上卫生器具其给水额定流量累加所得的流量，按规定，应以该管段上淋浴室的给水额定流量 0.15(L/s) 作为管段 1-2 的设计流量。5.从系统图中按比例量出各设计管段的长度L 。6.根据各管段设计流量 qg 和流速v查附录，确定各管段管径、管段单位长3d-11-业设计说明书度的沿程压力损失i 值7.按公式 3-11hf=iL8. 计算各管段的沿程压力损失值及计算管路沿程压力损失值。9. 在允许范围内确定流速，计算设计管路中各管段的直径和水头损失，流速的选定见下表：公称直径 /mm15-

23、2025-4050-7080水流速度 /m/s1.0 1.2 1.5 1.85.7.4. 南楼管路压力损失数据整理计算室内给水系统所需总压力H，按公式（ 1-1）计算。即 H=9.81H1+H2+H3+H4+H5式中 H 室内给水系统所需总压力，kPaH1计算配水点19 与引入管起段25 点的静压差， H1=9.81*(5*3.2+1.5)=171.675KPaH2建筑内部给水管网沿程和局部水头损失之和，计算中取局部水头损失为沿程水头损失的 30%，则 H2 为32197.984paH3水表的水头损失，因管路中无水表，故H3=0H4最不利处配水点1 所需流出水头，查建筑给排水工程表1-1，淋浴

24、器的流出压力为 50KPaH5为不可预见因素留有余地而予以考虑的富裕水头，按20kpa因此：H=171.675+32.197+0+50+20=278KPa=0.28MPa室外给水管网供水压力为0.25mpa,卫生器具给水配件处的最大静水压力0.28Mpa,不满足设计要求，需设水泵5.7.5.北楼管路压力损失数据处理计算室内给水系统所需总压力H，按公式（ 1-1 ）计算。即 H=9.81H1+H2+H3+H4+H5式中 H室内给水系统所需总压力，kPaH1计算配水点20 与引入管起段26 点的静压差， H1=9.81*(5*3.2+1.5）)=171.7KPa-12-业设计说明书H2建筑内部给水

25、管网沿程和局部水头损失之和，计算中取局部水头损失为沿程水头损失的 30%，则 H2=23.75*(1+30%)=31.1KPaH3水表的水头损失，因管路中无水表，故H3=0H4最不利处配水点1 所需流出水头，查建筑给排水工程表1-1 ，淋浴器的流出压力为 50KPaH5为不可预见因素留有余地而予以考虑的富裕水头，按20kpa因此：H=171.7+31.1+0+50+20=273.3KPa=0.27MPa室外给水管网供水压力为0.25mpa, 卫生器具给水配件处的最大静水压力0.27Mpa, 不满足设计要求，需设水泵5.8.循环流量计算5.8.1. 计算各管段终点水温计算可按下式计算（给水排水设

26、计手册- 第二版（ 3-16 ）t z=t c- t式中 t c计算管段的起点水温，t z计算管段的终点水温， t 计算管段温度降， / t=M T/ M式中 M计算管段温降因素M=L(1-)/D式中 L计算管段的长度T配水管网最大温度差，为5 10D计算管段管径,mm保温系数，不保温时=0 ，较简单保温时 =0.6 ，较好保温时 =0. 7 0.8 M计算管段温降因素之和5.8.2. 管段的热损失计算W=DLK （1- ）（ t M+t K）,(KJ/h)式中 W管段的热损失， （ kj/h ）-13-业设计说明书D计算管段外径，mL计算管段长度，mK无保温时管道的传热系数kj/(m 2 h

27、 ) PP-R管段为8.07W/ , 即 29.05KJ/( m 2 h ) ；t m计算管段的平均水温/ t k计算管段周围的空气温度/ ，无资料时可按建筑排水设计手册- 第二版表3-16采用。常州市全年气温平均为17。5.8.3.循环流量计算管网总循环量： 管网总循环流量携带的有效热量，应等于循环配水管网总的热损失（一般为设计小时耗热量的5% 10%），按公式（ 3-20 ）计算：q=W/C T=W/C(t-t2) xcr式中 qx官网总循环量，L/h ；W循环配水管网的总热损失，KJ/h ；C水的比热， C=4.187KJ/(kg )；t 1 终点水温 / ；t c 起点水温 / ；r热

28、水密度为0.9856kg/L从保温水箱的第一个节点开始。依次进行循环流量分配。对任一节点，流向流节点的各循环流量之和等于流离该节点的各循环流量之和。对任一节点后，各分支管的循环流量与其后全部循环配水管道的损失之和成正比。式中流离节点n 正向分支管段的循环流量，L/h ；流量节点n 的循环流量；(5) 计算循环管路各管段通过的循环流量计算循环管路各管段通过的循环流量按下式计算q(n+1)x =qnx 【 q(n+1)x / qnx】式中 qnx 、q(n+1)x n、 n+1 管段所通过的循环流量，L/S q(n+1)x n+1 管段及其后各管段的热损失之和，W qnx n 管段以后各管段的热损

29、失之和，W(6) 计算循环管网的总压力损失，按下式计算H=(Hp+Hx)+Hj-14-业设计说明书式中 H循环管网的总压力损失，kpaHp循环流量通过配水计算管路的沿程和局部压力损失，kpa.Hx循环流量通过回水计算管路的沿程和局部压力损失，kpaHj 循环流量通过水计水加热器的压力损失，kpa5.8.4. 回水管网水力计算回水管网水力计算的目的在于确定回水管网的管径。回水管不配水，仅通过用以补偿配水管热损失的循环流量。回水管网各管段管径，应按管中循环流量计算。初步设计时，可参照建筑给水排水与采暖设计表 8-25 选用。为保证各立管的循环效果，尽量减少干管的压力损失，热水配水干管和回路干管均不

30、宜变径，可按其相应的最大管径确定。5.8.5. 选择循环水泵QbqxHbHp+Hx+Hj式中 Qb循环水泵的流量，L/Sqx全日制热水供应系统的总循环流量，L/SHb循环水泵的杨程，kpaHp循环流量通过配水计算管路的沿程和局部压力损失，kpaHx循环流量通过回水计算管路的沿程和局部压力损失，kpaHj 循环流量通过水加热器压力损失，kpa南楼水泵选型计算由下表可得出结果：按管网热损失计算的循环流量通过配水管网的水头损失为Hp=15211.73*(1+30%)=19775.25pa按管网热损失计算的循环流量通过回水管网的水头损失为Hx=15839.889*(1+30%)=20591.86pa确

31、定附加循环流量：配水点的水温，平均在55，每人每日用热水量，取60L,最大小时热水用量为Qh=kh*mqr/24=2.5*456*60/24=2850L/h循环附加流量取最大小时热水用量的15%qf=2850*15%=427.5L/h-15-业设计说明书循环水泵的流量Qb=2313.994+427.5=2741.5L/h循环水泵杨程为Hb=Hp*（qx+qf)/qx+Hx=19775.25*(2313.994+427.5）/2313.994+20591.86=44020.55pa=44kpa北楼水泵选型计算由下表可得出结果：按管网热损失计算的循环流量通过配水管网的水头损失为Hp=17936.6

32、1*(1+30%)=23317.59pa按管网热损失计算的循环流量通过回水管网的水头损失为Hx=9473.2*(1+30%)=12315.16pa确定附加循环流量：配水点的水温，平均在55，每人每日用热水量，取60L, 最大小时热水用量为Qh=kh*mqr/24=2.5*808*60/24=5050L/h循环附加流量取最大小时热水用量的15%qf=5050*15%=757.5L/h循环水泵的流量Qb=5050.5+757.5=5808L/h循环水泵杨程为Hb=Hp*（qx+qf)/qx+Hx=23317.59*(5050.5+757.5）/5050.5+12315.16=39130.04pa=39kpa-16-业设计说明书卫生器具名称、当管长管段沿程量值总当量流量管径单位管长压力损失顺序号管段号流速 v(m/s)L(M)压力损失及数量淋浴器数 NQ(L/S)D(mm)i(kpa/m)h(pa)0