建筑冷热源课程设计说明书

1、冷热源工程课程设计说明书 题 目 建筑冷热源课程设计说明书学生姓名 课 程 学 号 专 业 指导教师 二一 年 月 日1. 设计依据1.1 室外气象参数1.1.1 地理位置 项目位于四川省成都市，东经104.01°，北纬30.40°。 1.1.2 气象数据 夏季空调室外干球温度 31.9 夏季空调室外湿球温度 26.4 夏季空调室外平均温度 27.9 夏季室外平均风速 1.4m/s 冬季空调室外计算温度 1.2 冬季空调室外相对湿度 84% 冬季室外平均风速 1m/s1.2 室内设计参数表1-1 室内设计参数表房间类型夏季冬季温度相对湿度%温度相对湿度%办公室2555204

2、01.3 工程概况本工程为成都市开发区XX总部项目。建筑层数35层，建筑面积69479平方米。地上为商业及办公用房，地下为汽车库，库房及设备用房。具体建筑形式参照附件平立剖图纸。经计算，空调系统的总冷负荷为4400KW，总热负荷为2900KW。空调系统要求冷冻水系统的供回水温度7/12，采暖系统要求供回水温度60/50。其冷热负荷特性如下图所示： 图1.1供热季及供冷季各段热负荷小时数分布图1.4 设计原则 成都市属于夏热冬冷地区，夏季降温应为设计的主要任务，兼顾冬季采暖。所设计的空调系统必须满足国家及行业相关规范、规定的要求，使用国内外先进的空调技术和设备，创建出健康舒适的室内空气环境，并达

3、到经济节能的要求。符合以下规范要求：四川大学2016-2017秋季学期建筑冷热源工程设计任务书地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2009）民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB 50736-2012） 通风与空调工程施工质量验收规范（GB50243-2002）采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）通风与空调工程施工质量验收规范（GB50243-2002）建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范（GB50242-2002）公共建筑节能设计标准GB50189-2015暖通空调制图标准成都市地源热泵系统施工质量验收规程2. 备选方案方案一1. 选用系统 夏季采用螺杆式制冷机组

4、制冷，配合冰蓄冷机组部分负荷蓄冷； 冬季热源采用燃气锅炉。2. 简要说明2.1选择原因该建筑地上为商业及办公用房，地下为汽车库，库房及设备用房，使用时段大部分集中在白天用电高峰期9:00-21:00。成都用电低谷为21:00-次日7:00，成都高峰电价0.8234元/度，低峰电价0.3616元/度，差异较大，使用蓄冷设备能取得较高效益。冰蓄冷为目前主流的蓄冷技术，技术较成熟可靠。考虑到经济及使用条件，采用部分负荷蓄冷。制冷机组采用低温下运行工况较好的螺杆式制冷机组。2.2型号计算 基载制冷机容量：没有24小时供冷（暖）区域，不设基载制冷机。 设计日最大总冷负荷： Qtb=4400×1

5、2=52800KW 双工况制冷机容量： NCC=(1+k)QtbHcCRc+HDfCRDf=3354.4 蓄冷容积计算： ESC=1.08×52800-3354.4×0×8×0.7+12×0.95=18783.8KW/h2.3使用方案根据本楼的使用特点，主机选用2台单机制冷量为1213kW的双工况制冷机组。主机制冰工况下单机制冷量为851KW，空调工况下单机制冷量为1213KW。制冰工况下出水温为-5.6，空调工况下进出水温为12/7。主机组可在夜间全量蓄冰，充分利用夜间低谷电价。系统的储冰装置与主机串联布置，主机位于循环回路的上游，储冰装置位

6、于主机的下游。3. 机组数据3.1制冷机组表2-1-1 制冷机参数表品牌约克型号YSFYFYS45CME功率KW312/326制冷量制冰KW1210(344)空调KW1758COP制冰3.88空调5.39电源380V 50Hz3.2 冰蓄冷设备表2-1-2 冰蓄冷设备参数表型号ITSI-S745AITSI-S610A蓄冰量RT745610尺寸Lmm68006800Wmm25202520Hmm31762696净重t9.28.0运行重量t51.242.8流量m3/h94.577.53.3 锅炉表2-1-3 锅炉参数表品牌新鳄新鳄型号xe500xe2800制热量KW5002800热效率%9191耗气

7、量Nm3/h55267供回水温70/9570/95出水量kg/h4500240004. 20年能耗模拟主机组电费：一年冷负荷总量：1301×4400×0.25+411×4400×0.5+222×4400×0.75+61×4400 =3336300KW/h一年累计蓄冷量：1210×2×8×199512=3218600KW/h一年主机制冷量：3336300-3218600=117700KW一年运行费用：3218600/3.88×0.3616+117700/5.39×0.8534=

8、32万元20年合计：32×20=640万元锅炉气费： 267+55×1856×0.25+692×0.5+301×0.75+55×1×2.08×20=1461.1万元5. 经济分析建设费用： 表2-1-4 方案一建设费用统计表序号类型名称单价数量合计1制冷机约克YSFYFYS45CME11022202蓄冷机ITSI-S745A蓄冰机3051503蓄冷机ITSI-S610A蓄冰机253754锅炉新鳄xe5005155锅炉新鳄xe280028128合计478万元运行费用：640+1461.1=2101.1万元合计：478

9、+2101.1=2579.1万元方案二1. 选用系统 螺杆式冷水机组与锅炉供热2. 简要说明 冷水机组的制冷系数COP的分析:离心式螺杆式活塞压缩机.螺杆式机组的水头损失比较少,比较传统,这决定循环水泵的投资和运行费用。冷冻水水头损失一般,冷却水循环水量小；冷却水水头损失少,且螺杆机组的能量调节范围较宽。技术较为成熟，系统简单。选用3台1520.6KW的螺杆机组加上4台700KW型号锅炉、1台110KW型号锅炉。 3. 机组数据3.1螺杆机组表2-2-1 螺杆机组参数表型号制冷量/KW功率/KW尺寸/mm重量/kg长宽高LJR1240WDI1520.630345001750240053503.

10、2锅炉表2-2-2 锅炉参数表2型号制热量/KW尺寸耗气量/Nm3/h长高宽CWNS0.110110908140176913.5CWNS0.7070022112003142377.54. 20年能耗模拟制冷用电： 303×3×0.8534×20×0.25×1301+0.5×411+0.75×222+1×61=1176.4万元锅炉用气： 323.5×2.08×20×0.25×1856+0.5×692+0.75×301+1×55=1467.9万元合计

11、： 1176.4+1467.9=2644.3万元5. 经济分析表2-2-3 方案二建设费用统计项目单价/万元数量/台总价/万元锅炉CWNS0.1101.511.5锅炉CWNS0.708432螺杆机组853255合计288.5共计：2644.3+288.5=2932.8万元方案三1. 选用系统夏季：地源热泵+螺杆式制冷机组 冬季：地源热泵2. 简要说明地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层

12、是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，机组紧凑、节省空间；自动控制程度高，可无人值守。此项目中热负荷远低于冷负荷，故在夏季引入螺杆式制冷机组辅助制冷。3. 机组数据详细参数请见图3-1、图3-2表2-3-1 方案三机组部分参数及建设费用表序号名 称型号/规格单位功率/KW数量单价合价1清华同方SGHP

13、1150MHL地源热泵机组1519KW（制冷）1587KW（制热）台256.4（制冷）312（制热）11151152清华同方 SGHP1050MHL地源热泵机组1345（制冷）1406（制热）台228（制冷）278（制热）11001003约克YSFXFXS55CLE螺杆式冷水机组1642KW台305195954换热孔 （含钻孔、回填）D=150mm H=100m个4250.5212.55竖向U型管部分32*2.6万米17122046水平埋管部分含管材、集分水器等万米0.55025合计199.5751.54. 20年能耗模拟表2-3-2 方案三系统20年能耗模拟计算表序号负荷状况小时数电价电费（

14、万元）1热负荷0-25%371200.8534467.32热负荷25-50%138400.8534348.43热负荷50-75%60200.8534227.34热负荷75-100%11000.853455.45冷负荷0-25%260200.85344146冷负荷25-50%82200.8534261.67冷负荷50-75%44400.8534213.18冷负荷75-100%12200.853479.9合计20675. 经济分析总计：2067+751.5=2818.5万元方案四1. 选用系统夏季：直燃型溴化锂机组+螺杆式制冷机组 冬季：直燃型溴化锂机组2. 简要说明：以热能为动力，勿需耗用大量电

15、能，提高了能源利用效率，振动小、噪声低，运行比较安静，特别适用于这样的办公大楼。不使用氟利昂做工质，对大气无危害，工质对溴化锂溶液无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，被誉为无公害的制冷设备，有利于满足环境保护的要求。经济适用，既可以制热也可制冷。 3. 机组数据：溴化锂机组表2-4-1 溴化锂吸收式制冷机组参数品牌开利16DN-050型制冷量kw175812/7 制热量kw147732/38 燃气消耗量122标准立方米/h机组耗电总功率8.45kw尺寸mm长4867宽2496高2800台数2台300万螺杆机组表2-4-2 螺杆机组参数品牌格力LSBLG550H型号空调机组制冷量550kw12/7

16、 功率104kw32/38 台数2台60万4. 20年能耗螺杆机耗电一台一年内电费：1301*0.25+411*0. 5+222*0.75+61*1*104*0.8534=6.7万20年运行总电费：20*6.7*2=268万溴化锂机组耗气：一台一年内燃气费用：制热：1856*0.25+692*0. 5+301*0. 75+55*1*122*2.08=27.7万制冷：1301*0.25+411*0. 5+222*0.75+61*1*122*2.08=19.2万20年总运行费用：20*2*（27.7+19.2）=1876万合计：1876+268=2144万元5. 经济分析： 2144+360=25

17、04万元3.项目选用方案3.1选用系统方案三（夏季：地源热泵+螺杆式制冷机组 冬季：地源热泵）3.2原因分析地源热泵系统省去了大部分冷却塔费用，年运行费用低，较常规系统更为经济。根据中国建筑西南勘测设计研究院此前的调查数据，成都地下水位稳定在9-10.55m，地场地下水主要为空隙潜水，赋存于砂卵石中。成都地下土壤湿度高，有利于地源热泵机组换热，地源热泵不影响城市地下水，相关法规较为宽松。成都市无城市热网，无法采用城市集中供热；采用热泵机组可节约锅炉房开支以及相关的燃气管道及开户费用。该项目所在地无工业废热废汽利，无法高效使用溴化锂机组。地源热泵节约能源，另外按照国家建设部可再生能源管理办法，地

18、源热泵的使用于节能建筑领域，可申请获得国家能源补贴。3.3方案详解3.3.1设备详细参数螺杆式冷水机：图3-1 螺杆式冷水机性能参数图地源热泵：图3-2 地源热泵机组性能参数图3.3.2埋管计算根据中国建筑西南勘测设计研究院此前的调查数据可以知道成都的土壤换热效率取图3-3 成都地下土壤换热性能图本项目土壤耦合器选取单孔双U型埋管，所以冬季取热量81.7W/m孔深，夏季排热量97.5W/m孔深。埋管采用HDPE管，管的公称管径为DN25。 ，管壁厚2.3mm，承压能力1.6MPa。埋管间距为4.5m×4.5m。 单井埋管孔径150mm，深度为100米。夏季逐时释热

19、量为空调逐时冷负荷×（1+1/COP）加输送过程得热量加水泵释热量，冬季逐时吸热量为空调逐时热负荷×（1-1/COP）加输送过程失热量减水泵释热量所以，夏季排热量：Q1=Q01+1COP=3349KW 冬季取热量：Q2=Qk1+1COP=3471KW所以，打孔数：425口。为保证水力平衡，采用同程布管，形式如下图示意（蓝干管，黄进水管，绿回水管）图3-4 同程式地下埋管示意图3.3.3负荷平衡计算根据要求1：在计算周期内，地源热泵系统总释热量和总吸热量宜基本平衡。按一年为计算周期，则总释热量=3349×1301×0.25+411×0.5+222

20、×0.75+61×1=2539379KW/h总吸热量=3471×1856×0.25+692×0.5+301×0.75+55×1=3785993KW/h基本可以满足要求3.4 选型计算3.4.1地埋管冷却水系统地埋管系统循环水泵最不利环路长度：300（水平埋管）+400（竖直埋管）+190（干道）=790查机组数据得流量为576m3/h,所以单孔内管内流量1.36m3/h。1:GB 50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范2: 实用供热空调设计手册（第二版）查得2DN32： v=0.73m/s Rm=323Pa

21、/m干管最大流量305m3/h，DN200： v=2.7m/s Rm=352Pa/m水平埋管管径复杂，按经验取平均比摩阻1：Rm=300Pa/m所以沿程阻力：Py=300×300+400×323+190×352=286KPa=30mH2O表3.1地埋管冷却水系统最不利环路阻力计算表类型阻力mH2O合计：61沿程阻力30制冷机10分水器3其他局部阻力15集水器3考虑到计算误差及富裕度1.1-1.2，所以冷却水泵1、2的型号为流量336m3/h 300m3/h,，扬程70mH2O，选择地埋管系统循环水泵1、2如下 图3-5 地埋管冷却水泵1、2参数3.4.2 冷却塔系

22、统1:实用供热空调设计手册（第二版）冷却塔选型：螺杆机最大冷负荷1642KW，标定冷却水流量338m3/h所以理论冷却水温差：t=q×3600G×C×式中q冷却负荷KW G冷却水量 C水的比热：4.2KJ/(Kg*) 水的密度：40度时992Kg/m3算得t=4.2根据成都夏季空气调节湿球温度27，冷却塔进出口温度大致为37/32冷却塔选型流量=338×1.2=405m3/h选择冷却塔型号如下：图3.6 冷却塔参数 冷却塔循环水泵查机组数据冷却水流量94L/s=338.4m3/h，出口管径。水泵扬程估算公式：45×式中P1为冷水机组蒸发器的水压

23、降P2开式系统重力P3冷却塔阻力损失，圆形逆流式冷却塔定为4 mH2OP4沿程阻力   P5局部阻力 富裕系数.查图表得=92KPa=9.4mH2O，=32mH2O，根据流量94L/s，可查得DN200：v=2.8m/s, Rm=471Pa/mDN250：v=1.8m/s, Rm=147Pa/mDN300: v=1.29m/s, Rm=60Pa/m画出空调房平面草图，有L250=(30+8.5+19.2+12+4.8)+(11+8+19.2+12)=124.7m L200=(7+18)=25m所以4=124.7×148+25×471=30230

24、Pa=3.1mH2O局部阻力近似为5=1.3mH2O算得冷却水泵取扬程55 mH2O，流量370m3/h，选用冷却塔循环水泵：图3.7 冷却水泵3参数3.4.3热水/冷冻水循环系统 分集水器计算冷冻水总流量280.8+231+261=772.8m3/h=214.7L/s，根据规范建议流速3m/s,比摩阻300KPa/m。查表，所以进水管径选DN350，有流速v=2m/s，比摩阻Rm=100Pa/m。出水单管流量257.6m3/h=71.6 L/s,查规范选出水管径DN200，流速v=2.1m/s，比摩阻Rm=220Pa/m.图3.8 分集水器长度计算示意图所以计算得分水器长度：L=L1+L2+

25、L3+L4 =(60+200)+(120+400)+(120+400)+(60+200)+ =1560mm集水器长度：L=L1+L2+L3+L4+L5=+(60+200)+(120+400)+(120+400)+(250+120)+(60+50)=1780mm分集水器直径：v取0.7 m/s，D=4G3600v=625mm，选用DN630mm规格冷冻水泵计算：在建筑图纸上找出最不利环路，为4楼最南侧房间。估计其环路长度=（66+47+27.9+44）×2=275.8m。根据该系统为冷暖两用，查得1空调系统供回水管道比摩阻约为300Pa/m。所以沿程阻力=300×275.8=

26、82740Pa=8.4mH2O局部阻力估算系数k取0.4，所以局部阻力=8.4×0.4=3.4 mH2O表3-4 冷冻水最不利环路阻力计算表类型阻力mH2O合计：27.8沿程阻力8.4制冷机10分水器31: 实用供暖空调设计手册P1982其他局部阻力3.4集水器3考虑到计算误差及富裕度1.1-1.2，所以冷冻水泵1、2、3的型号为流量300m3/h 260m3/h 287.1m3/h，扬程32mH2O，选择如下：图3.9 冷冻水泵参数 3.4.4 膨胀水箱膨胀水箱有效膨胀容积：VC=0.0006(t2-t1)V式中：VC膨胀水箱有效膨胀容积 L； 0.0006水的体积膨胀系数； t1

27、空调水系统水的最低工作温度，一般可取为7； t2空调水系统水的最高工作温度，一般可取为65； V空调水系统内的存水量，可按系统的设计耗冷量Q0(kw)来估算，系统水容量大约为23L/kw，则：VC=0.0006×(65-7)×(23) Q0(0.070.1) Q0 L所以算得VC=440 L，选用水箱如下表3-6 膨胀水箱参数形式公称容积/L有效容积/L尺寸mm内径高度圆形立式0.50.5490010004安装细则 4.1管道保（冷）温选用无缝钢管标准规格如下：根据【管道及设备保冷通用图】1成都属于潮湿系数类地区，根据下表1表3-7 空气调节供冷管道最小保冷厚度表1: GB

28、50019-2003采暖通风与空气调节设计规范选用柔性泡沫橡塑管壳，得出各管道保温厚度32mm，标在图中。4.2机房布置要求根据【GB50019-2003】及其他规范相关要求：机房内宜设观察控制室、维修间及洗手间机房内应设给水与排水设施，满足水系统冲洗、排污要求机组与墙之间的净距不小于1m，与配电柜的距离不小于1.5m机组与机组或其他设备之间的净距不小于1.2m留有不小于蒸发器、冷凝器或低温发生器长度的维修距离机组与其上方管道、烟道或电缆桥架的净距不小于1m机房主要通道宽度不小于1.5m对于采用较安全的制冷剂的压缩机，如卤代烃，不应低于3.6m机房梁底距机组最高点的距离，一般不小于1.5m水泵

29、之间的通道一般不小于0.7m修距离房顶距机组顶部高度不得小于1-1.5m水泵应在进水口与弯管间加一直管，长度不得小于水管直径2-3倍不保温管道间距10cm，保温管道为保温层外间距10cm。4. 设计校核4.1 实际供冷量及供热量校核4.1.1 实际运行环境下成都地源温度约19，恒温层下温度基本不变。性能曲线中，冬季运行实际COP4.92；夏季运行实际COP5.7。成都夏季湿球温度约26.4，高于冷却塔设计工况（28），冷却水温度满足螺杆机运行要求，螺杆式制冷机实际运行COP5.4。所以计算出夏季实际制冷量=5.7×231+261+5.4×305=4451.4KW冬季实际制热量=4.92×278+312=2902.8KW实际运行均能达到负荷要求。4.1.2 污垢系数影响在换热器中结污垢会导致换热效率变低，查到冷却塔经过处理的冷却水的污垢系数为0.0002 Km2/W；而热泵地下管道不存在什么管道污染的问题，因管道系统是水在封闭式的循环跟外界不直接接触的，而且机组带有过滤器，所以污垢系数对传热变化影响不考虑。由机组参数图得知机组设计污垢系数0.000086 Km2/W，即是蒸馏水数值。污垢系数不同后传热系数k变化k=11h1+0+(2-1)+1h2，不知道换热器的对流传热效率及壁的导热率，估计k=20W/Km2