别墅地源热泵供暖设计的毕业设计

PAGE1别墅地源热泵供暖设计目录1地源热泵系统原理简述 11.1地源热泵的定义 11.2地源热泵的组成 11.3地源热泵的原理 11.4地源热泵的系统 32设计资料 42.1设计题目 42.2上海地区气象参数 42.3室内空气设计参数 42.4土建资料 52.4.1总建筑面积 52.4.2地理位置 52.4.3别墅的基本特点 53空调房间的冷湿负荷计算 83.1冷负荷计算方法——冷负荷系数法 83.1.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 83.1.2外窗玻璃瞬变传热引起的冷负荷 83.1.3透过玻璃窗进入的日射得热引起的冷负荷 83.1.4照明散热引起的冷负荷 93.1.5人体散热引起的冷负荷 93.1.6设备引起的冷负荷 103.1.7内围护结构引起的冷负荷 103.2热负荷计算说明 123.2.1通过围护结构的基本耗热量计算 123.2.2附加耗热量计算公式 123.2.3通过门窗隙缝的冷风渗透耗热量计算公式 123.2.4外门开启冲入冷风耗热量计算公式 133.3空调湿负荷 144空气处理过程计算及设备选型 144.1空气处理方案 144.1.1确定新风处理状态： 154.1.2送风量的计算 164.1.3选择风机盘管机组： 164.1.4风机盘管处理过程的校核计算： 164.2设备选型 164.2.1风机盘管选型 164.2.2主机选型 184.2.3新风机选型 185空调水系统设计 195.1冷冻水系统采用闭式循环，采用异程供水形式 195.1.1空调水系统设计应坚持的设计原则是： 195.1.2采用异程系统 205.2风管的设计及计算 205.2.1风机盘管系统的水力计算 205.2.2管道的防腐与保温 225.3冷凝水排放系统设计 225.3.1冷凝水管布置 225.3.2冷凝水管管径的确定 235.3.3冷凝水管保温 236空调风系统的设计计算 246.1送风口和回风口的型式 246.1.1送风口 246.1.2回风口 246.2风管设计及计算 246.2.1风管设计规范 246.2.2风道管径的确定 257地埋管换热系统设计 277.1地埋管换热系统设计步骤 277.2地质材料分析 277.3地埋管计算步骤 287.3.1建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 287.3.2垂直地埋管换热器的设计计算 287.4地埋管压力损失计算 307.5确定地下换热器的埋管形式 317.6确定管路连接方式 317.7选择管材 327.8确定竖井埋管管长 327.9确定竖井数目 328地板辐射设计 338.1低温热水地板辐射简介 338.2低温热水地板辐射采暖的特点 348.3低温热水地板辐射采暖管材及布置形式 348.4低温热水地板辐射设计 358.4.1供暖热负荷计算 358.4.2埋管面积计算 358.5低温地板辐射采暖的调试与运行 369辅助设备选型 379.1水泵的选择 379.3膨胀水箱的选择 3710地源热泵技术性分析 3810.1地源热泵系统介绍及其优点 3810.2与风冷空调的比较 3910.3与变频空调的比 4011经济性分析 4211.1分析依据 4211.2报价表 4211.3其他费用 4411.3.1劳务费 4411.3.2管理费 4411.3.3不可预见费 44结论 45参考文献 46致谢 471地源热泵系统原理简述1.1地源热泵的定义

地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一门热泵技术。它是一种通输入少量的高位能（如电），实现从浅层地能（土壤热能、地下水中的低位热能或地表水中的低位热能）向高位热能转移的热泵空调系统；它是一个广义的术语，包括了使用土壤、地下水和地表水作为低位热源（或热汇）的热泵空调系统，即以土壤为热源和热汇的热泵系统称之为土壤耦合热泵系统，也称地下埋管换热器地源热泵系统；以地下水为热源和热汇的热泵系统称之为地下水热泵系统；以地表水为热源和热汇的热泵系统称之为地表水热泵系统。1.2地源热泵的组成

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。1.3地源热泵的原理

地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。渤海船舶职业学院（毕业论文）专用纸-PAGE50-图1-1地源热泵空调系统原理图冬季，地源热泵系统通过地埋管从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。再由室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。

图1-2热交换示意图1.4地源热泵的系统系统是由下列部分所组成：模块式地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱和室内温控器等。

地源热泵机组采用标准构件,需要时各部件的修配和更换很方便。因为设计简单，并不需要高技术的操作工程人员的服务。唯一需要经常保养的是空气过滤网和凝结水盘的清洁。系统设计简单，灵活、安装快速。机组己在工厂组装好并自带温度控制装置，现场工作只是少量低压风管、电气连接装置和不需要保温的水管的连接。管道可采用钢管、铜管或塑料管。维修方便快捷，机组结构坚固，寿命长久。热泵机组的功率系数(COP)可达到5.0以上，即1千瓦电输入，有5千瓦多冷量输出的高效率2设计资料2.1设计题目上海地区600m²别墅地源热泵中央空调系统设计2.2上海地区气象参数东经121.43北纬31.16夏季参数夏季大气压100530pa空调室外干球温度34.00ºC通风室外干球温度32.00ºC空调室外湿球温度28.20ºC空调室外日平均温度30.40ºC室外平均风速3.20m/s冬季参数冬季大气压102510.00pa冬季室外供暖计算干球温度-2.00ºC冬季通风计算温度3.00ºC冬季室外空调计算干球温度-4.00ºC空调相对湿度0.75室外平均风速3.10m/s最多风向平均风速3.80m/s地表面温度地表面平均温度17.00ºC地表面最冷月平均温度4.10ºC地表面最热月平均温度30.40ºC设计参数夏季设计温度25ºC相对湿度60%;冬季设计温度（采暖热负荷）20ºC相对湿度60%2.3室内空气设计参数表2-1设计参数表房间功能 夏季冬季 新风量噪声级温度/0C相对湿度/%温度/0C相对湿度/%/m3/H客房 24~28 60~70 18~23 ≥40 15 ≤40餐厅 24~26 55~65 18~20 ≥40 15 ≤45健身房 24~28 50~60 20~21 ≥40 12 ≤48大厅 25-28 55~60 18 ≥40 20 ≤50走道 26~29 60~70 20~23 ≥40 10≤452.4土建资料2.4.1总建筑面积该别墅总建筑面积约为600㎡，空调面积为451㎡。2.4.2地理位置北纬31.16东经121.43别墅共3层，地下室层高-3.0m，一层层高3.3m,二层层高3.0m。2.4.3别墅的基本特点⑴外墙结构及参数：墙体序号2，Ⅰ型墙，壁厚240κ=1.69kcal/(m²·h·℃)=1.97W/(m²·k)图2-1外墙结构示意图1水泥砂浆2砖墙3白灰粉刷⑵屋面构造及参数：《中央空调设计与施工》附表2(2)屋面序号3，加气混凝土/泡沫混凝土，Ⅲ型，壁厚35mm，保温层100mmκ=1.02kcal/(m²·h·℃)=1.19W/(m²·k)图2-2屋顶构造示意图①200水泥面砖(或钢筋混凝土板)30mm②水泥砂浆20mm③卷材防水层，上嵌粗沙一层④水泥砂浆找平层20mm⑤保温层⑥隔气层⑦找平层20MM⑧现浇钢筋混凝土屋面板⑨内粉刷⑶门窗结构及参数①内表面换热系数=7.5kcal/(m²·h·℃)=8.7W/(m²·k)外表面换热系数=18kcal/(m²·h·℃)=21.0W/(m²·k)由=21.0W/(m²·k)查《中央空调设计与施工》附表2（6）得外表面放热系数修正值ka=0.97②此建筑所有窗均为单层5mm厚吸热玻璃，采用金属窗框，其遮挡系数为=0.78,窗的有效面积系数=0.75，活动百叶内遮阳的遮阳系数=0.60该层大面积玻璃窗均采用5mm厚白色吸热玻璃幕墙；③外窗：3mm普通玻璃，铝合金框单层窗，一般按外遮阳且配备浅色内窗帘考虑；单层塑钢玻璃窗，传热系数3.65W/(m²·k)。3空调房间的冷湿负荷计算3.1冷负荷计算方法——冷负荷系数法3.1.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的瞬时冷负荷CLτ（CL代表冷负荷，单位为W，角标τ代表计算的时刻），可用下列公式逐时计算：（2—1）式中—外墙或屋面的计算面积，查土建资料计算—墙或屋面的传热系数，可根据土建资料给出的外墙或屋面的结构及厚度按传热学公式计算，或在“负荷专刊”上查取。—室内设计温度—外墙或屋面的冷负荷计算温度逐时值，可在“负荷专刊”的中查取，并对所设计的地点查修正值td加以修正。3.1.2外窗玻璃瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下，外窗玻璃瞬变传热引起的瞬时冷负荷，可按与式（2-1）形式相同的公式计算，但式中部分变量代表的含义有所不同。式中—窗口面积—玻璃窗冷负荷计算温度逐时值—窗玻璃的传热系数3.1.3透过玻璃窗进入的日射得热引起的冷负荷透过无外遮阳玻璃窗的日射得热引起的房间瞬时冷负荷按下式计算：（2—2）式中—外窗窗口面积，—窗的有效面积系数，W/m²—夏季1m²窗玻璃最大日射得热量，可按设计地所处纬度带和窗的朝向，在“负荷专刊”中查取。采用日射得热量的最大值计算，是考虑最不利情况—窗玻璃的遮挡系数—窗内遮阳设施的遮阳系数—冷负荷系数，反映日射得热与形成的冷负荷的转化关系。按设计地位于北区还是南区（以北纬27º30´划线），有无内遮阳和窗的朝向，在“负荷专刊”中查取各钟点相应的冷负荷系数逐时值。3.1.4照明散热引起的冷负荷室内照明设备的散热是稳定得热，他由辐射和对流两种成分组成。对流成分构成瞬时冷负荷，辐射成分形成滞后。在一般情况下，可近似认为照明设备的散热量与其形成的冷负荷相等，即CL≈W。不同灯具的照明散热量的计算式为白炽灯W=1000N荧光灯W=1000Nn1n2式中N—照明灯具额定功率（kW）n1—荧光灯镇流器的消耗功率系数。明装荧光灯的镇流器装设在空调房间内时取n1=1.2；暗装荧光灯的镇流器装设在顶棚内时取n1=1.0。本设计取n1=1.0。n2—灯罩的隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热于顶棚内时，取n2=0.5--0.6；荧光灯罩无通风孔时，可视顶棚内通风情况取n2=0.6--0.8。本设计取n2=0.6。3.1.5人体散热引起的冷负荷人体散热量中，一般情况下辐射成分占40%，对流成分占20%，其余40%为随汗液蒸发散出的潜热。人体散热量中的潜热成分及显热中的对流成分可构成瞬时冷负荷，而显热中的辐射成分则形成滞后负荷。因此，需分别计算人体显热散热引起的冷负荷和人体潜热散热引起的冷负荷，并且应引入冷负荷系数来计算人体显热散热引起的冷负荷。人体显热散热引起的冷负荷。其计算公式如下：式中—一个成年男子的显热散热量（W）—房间额定人数—群集系数—人体显热散热冷负荷系数2．人体潜热散热引起的冷负荷。其计算公式如下：式中—一个成年男子的潜热散热量（W）—房间的额定人数—群集系数3.1.6设备引起的冷负荷设备及用具散热形成冷负荷式中：—设备和用具的实际显热散热量，W；—设备和用具显热散热冷负荷系数，分别可由[8]表4-5和[8]表4-6中查出有罩和无罩情况下的逐时值；如果空调供冷系统不连续运行，则=1.0。电热、电动设备散热量的计算公式:热设备散热量动机和工艺设备均在空调房间内的散热量只有电动机在空调房间内的散热量只有工艺设备在空调房间内的散热量式中：—设备的总安装功率，kW；—电动机的功率；—同时使用系数，一般可取0.5～1.0；—利用系数，一般可取0.7～0.9；—小时平均实耗功率与设计最大功率之比，一般可取0.5左右；—通风保温系数；—输入功率系数；3.1.7内围护结构引起的冷负荷通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷式中：K—传热系数，；F—传热面积;；—邻室计算平均温度，℃,；—夏季空气调节室外计算日平均温度,℃；—邻室计算平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值，宜按[5]表6.2.4采用，℃；—夏季空气调节室内计算温度,℃。表3－1冷负荷汇总楼层区域名称空调面积∕m2最大冷负荷∕w地下室家庭影院39.806025书房20.593496休息室15.222719桌球区/儿童娱乐室40.796710客房14.952304楼道264444洗衣房15.632175一层门厅26.785496客厅41.749075餐厅15.323434家庭室20.594481西厨24.854698书房12.642764卧室14.432819二层主卧室255465主卫/化妆25.564636男孩房13.72902女孩房15.63472走廊15.683396更衣室26.34774总计451.1785285注：详细冷负荷明细表见附表1（红叶软件所出的负荷计算书1）。3.2热负荷计算说明3.2.1通过围护结构的基本耗热量计算通过围护结构的基本耗热量计算公式式中：—基本耗热量；K—传热系数；F—传热面积；—室内空气计算温度；—室外供暖计算温度；—温差修正系数；3.2.2附加耗热量计算公式式中：—考虑各项附加后，某围护的耗热量；—某围护的基本耗热量；—朝向修正；由[5]P19页中查取。—风力修正；[5]中规定：在一般情况下，不必考虑风力附加，所以这里取=0。—高度附加；[5]中规定：民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，当房间高度大于4M时，每高出1M应附加2%，这里房间层高为3.2M，所以=0。3.2.3通过门窗隙缝的冷风渗透耗热量计算公式式中：—通过门窗隙缝的冷风渗透耗热量；—空气的定压比容，=1kj/(kg.℃)—室外温度下空气密度；式中：—渗透空气体积流量；—房间某朝向上的门窗缝隙长度；L—每m门窗缝隙的基准缝隙长度进入室内空气量，根据冬季室外平均风速查[7]表1-7； —门窗缝隙的渗透空气量的朝向修正系数；可从。3.2.4外门开启冲入冷风耗热量计算公式式中：—通过外门冷风侵入耗热量；—外门的基本耗热量；N—考虑冷风侵入的外门附加。表3－2热负荷汇总楼层区域名称空调面积∕m2热负荷∕w地下室家庭影院39.803723书房20.592380休息室15.221809桌球区/儿童娱乐室40.794001客房14.951275楼道262453洗衣房15.632396一层门厅26.782825客厅41.744196餐厅15.32663家庭室20.591783西厨24.854698书房12.642148卧室14.432237二层主卧室253707主卫/化妆25.562637男孩房13.73287女孩房15.62962走廊15.681586更衣室26.34167总计451.1754933注：详细热负荷明细表见附表2（红叶软件所出的负荷计算书2）。3.3空调湿负荷对于保持正压得空调房间，只需计算室内湿源每小时散入室内的湿量。本大厦属普通舒适性空调，故只需考虑人体的散湿量。式中——室内额定人数——群集系数——散湿量4空气处理过程计算及设备选型4.1空气处理方案此次设计采用工程中最常用的将新风处理至室内空气焓值，并直接供入房间的方案，其夏季供冷设计工况下的空气处理过程可简示为：图4-1风机盘管加独立新风系统示意图及空调过程4.1.1确定新风处理状态：在空气的图上，根据设计地室外的夏季空调计算干球温度和湿球温度，确定新风状态点W,查出新风的焓；根据室内空气的设计温度和相对湿度φN，确定回风状态点N（即室内空气设计状态点），查出回风的焓。风机盘管加新风空调系统的新风，通常采用新风机先预作处理。夏季新风机预冷新风时，如上图所示，一般做法是将新风处理到状态点L(W)，使处理后新风的焓等于室内空气设计状态的焓。然后经新风送风管送入空调房间。这样送入房间的新风就不负担室内的全热冷负荷。4.1.2送风量的计算在图上确定室内空气设计状态点和送风状态点后，就可以查出这两点的焓值和含湿量。（）和（）是送风状态为的（）kg湿空气送入房间后变至状态时可吸收的余热和余湿。由于很小，工程上可忽略，于是，要吸收余热和余湿所需的送风量(kg/h)为或体积流量(m³∕h)算出送风量后，校核空调房间的换气系数是否符合“设计规范”的规定。每小时空调房间的换气次数n,是房间送风量与房间体积的比值，即房间设计状态N及余热Q，余湿W和ε线均已知，过N点做作ε线与90%湿度线相交，即可得风机盘管在最大送风温差下的送风状态O，于是房间总送风量G可由G=Q/（）这一关系求得。4.1.3选择风机盘管机组：根据考虑一定安全裕量后的机组所需的风量，冷量值，结合建筑装修所能提供的安装条件，即可确定风机盘管的种类，台数，并初定其型号与规格。4.1.4风机盘管处理过程的校核计算：所选设备在与设计状态相同的条件下所得的焓差应大于设计时的焓差，否则应重新选型。4.2设备选型4.2.1风机盘管选型根据房间所需冷量及风量选择清华同方的风机盘管（表4-1），各房间选择风机盘管如表4-2所示。表4-1风机盘管（换热器三排管）型号供冷量∕W供热量∕W水流量∕Kg/h风量∕m³/h电机功率∕W尺寸∕mm长*宽*高进出水管径∕mmFP-51WA2647440052356457860*493*230DN20FP-68WA3276531061975171930*493*230DN20FP-85WA41026551775801851060*493*230DN20FP-102WA498581089539621071150*493*230DN20FP-136WA673310728125812821541430*493*230DN20注：供冷工况参数，进口空气干球温度27ºC，湿球温度19.5ºC，进水温度7ºC，水温差5ºC。供热工况参数，进口空气干球温度21ºC，进水温度60ºC,热水流量同供冷工况。表4-2房间风机盘管选型汇总表楼层区域名称空调面积∕m2最大冷负∕荷w空调型号空调冷负荷∕W数量∕台地下室家庭影院39.806025FP-136WA67331书房20.593496FP-68WA32761休息室15.222719FP-51WA26471桌球区/儿童娱乐室40.796710FP-136WA67331客房14.952304FP-51WA26471楼道264444FP-85WA41021洗衣房15.632175FP-51WA26471一层门厅26.785496FP-136WA67331客厅41.749075FP-102WA49852餐厅15.323434FP-68WA32761家庭室20.594481FP-102WA49851西厨24.854698FP-102WA49851书房12.642764FP-51WA26471卧室14.432819FP-68WA32761二层主卧室255465FP-136WA67331主卫/化妆25.564636FP-102WA49851男孩房13.72902FP-68WA32761女孩房15.63472FP-85WA41021走廊15.683396FP-68WA32761更衣室26.34774FP-102WA49851总计451.178528587029214.2.2主机选型本设计冷负荷为87029W,热负荷为54933W，冷负荷显然比热负荷大得多，所以根据房间总冷负荷选择清华同方的水源热泵机组。表4-3主机选型主机选型数量单台制冷量∕kW总制冷量∕kW单台制热量∕kW源水水流量∕m3/h负载水流量∕m3/hHSSWR-13(D)E111.511.5HSSWR-30(S)E228.757.426.46.5*24.9*2小计368.963.115.611.8注：制冷时，水源侧进出水温度为25.0℃∕30.0℃，用户侧进出水温度为12.0℃∕7.0℃；制热时，水源侧进出水温度为0.0℃∕-3.0℃，用户侧进出水温度为40.04.2.3新风机选型本设计采用风机盘管加独立全热交换新风机，根据各房间所需新风量，各楼层各选用一台吊顶式全热交换新风机，选型如表4-4所示。表4－4全热交换新风机（吊顶式）注：运转范围为-15ºC型号风量∕m³/h机外静压∕Pa尺寸高*宽*深∕mmVAM150GMVE15095278*551*810VAM250GMVE25050278*551*810VAM350GMVE350110306*800*879VAM500GMVE50070306*800*879VAM800GMVE800100387*832*1110—50º。表4－5全热交换新风机选型汇总表楼层区域名称空调面积/m2新风量/m³/h各楼层总新风量/m³/h新风机选型数量/台地下室家庭影院39.80120475VAM500GMVE1书房20.5930休息室15.2260桌球区/儿童娱乐室40.79120客房14.9545楼道2660洗衣房15.6340一层门厅26.7860450VAM500GMVE1客厅41.74120餐厅15.3275家庭室20.5960西厨24.8560书房12.6430卧室14.4345二层主卧室2575270VAM350GMVE1化妆室16.5645男孩房13.745女孩房15.645走廊15.6860总计442.17124035空调水系统设计5.1冷冻水系统采用闭式循环，采用异程供水形式5.1.1空调水系统设计应坚持的设计原则是：力求水力平衡；防止大流量小温差；水输送系数要符合规范要求；变流量系统宜采用变频调节；要处理好水系统的膨胀与排气；要解决好水处理与水过滤；要注意管网的保冷与保暖效果。5.1.2采用异程系统空调供冷、供暖水系统的设计，应符合各个环路之间的水力平衡要求。对压差相差悬殊的高阻力环路，应设置二次循环泵。各环路应设置平衡阀或分流三通等平衡装置。一般情况下如管道竖井面积允许时，应尽量采用管道竖向同程式，这样的设计易于保持环路的水力稳定性；但初投资会有所增加。这次设计中的管道系统比较简单，为了节约成本，采用了异程系统，设计中各层支路间的压力平衡可以用平衡阀来进行自动调节。5.2风管的设计及计算5.2.1风机盘管系统的水力计算首先根据冷负荷来确定管道的流量，G=kg/s，然后根据冷冻水流量,查表5-3(P86)[流量与管径关系]根据流量来选择管径,选用管道，由v=4q/(πd)求出流速。由样本可知，各支管配管管径为DN20。图5-1冷水供回管线连接示意图表5－1冷冻水供回水管路管径选择管段编号流量(kg/h)管径（mm)流速（m/s）管长（m）比摩阻（Pa/m）沿程阻力（Pa）C-5619250.355.583.75460.64C-41394320.4813.2108.80348.17C-32013400.4454.171.96295.03C-14224500.5983.392.35304.77C-2619250.356.883.75569.511-C4843630.4323.739.05144.49B-14523250.2966.762.11416.13B-13619250.351.783.75142.38B-121142320.3943.576.39267.35B-11953250.5394.2180.07756.3B-92095400.4633.577.24270.34B-10953250.5391.5180.07270.11B-43048500.4312.651.77134.6B-8953250.5392.8180.07504.2B-7953250.5392.4180.07432.17B-6619250.352.483.75201B-51906320.6583.6189.61682.6B-32525400.5581.2107.62129.14B-15573630.4933.049.52148.57B-21258250.7123.7294.691090.361-B6831630.6095.471.88388.17A-7523250.2962.362.11142.85A-61298320.4482.295.87210.91A-51821400.4035.860.24349.37A-43079500.4365.152.71268.8A-31142320.3941.076.3976.39A-14221630.3761.630.648.96A-21258250.7123.5294.691031.421-A5479630.4882.848.61管道的防腐与保温冷水系统所有供水管和回水管都应保温，且在敷保温层前，先刷红丹防锈漆两道。为隔辐射热，保温材料表面应用带网格线铝箔贴面。制冷机房或户外的冷水管道在保温后应外包保护层，即包裹油毡玻璃丝布或涂抹石棉水泥保护壳。注意，采用玻璃棉或矿渣棉制的管壳保温时，只宜使用油毡玻璃丝布作保护层。冷水管保温层厚度可参考表5-2选用。表5-2保温层厚度选用参考表冷水管公称直径DN（mm）≤3240～6580～150200～300＞300保温层厚度（mm）聚苯乙烯40～4545～5055～6060～6570玻璃棉3540455050发泡橡胶699995.3冷凝水排放系统设计5.3.1冷凝水管布置当空调器邻近处有下水管或地沟时，可用冷凝水管将空调器接水盘所接的凝结水排放至邻近的下水管中或地沟中。若相邻的多台空调器距下水管或地沟较远，需用冷凝水管将各台空调器的冷凝水支管和下水管或地沟连接起来。5.3.2冷凝水管管径的确定直接和空调器接水盘连接的冷凝水支管的管径应与接水盘皆管管径一致。冷凝干管的管径可依据与该管段连接的空调器的总冷量按表4-4建议值选定。表5-4冷凝水干管管径选择干管承担冷量∕KW干管公称直径DN∕mm干管承担冷量∕KW干管公称直径DN∕mm≤77.1～17.617.7～100101～17620253240177～598599～10551056～151250801005.3.3冷凝水管保温所有冷凝水管（无论是水平还是立管）都应保温，以防冷凝水管温度低于局部空气露点温度时，其表面结露滴水。采用带有网格线铝箔贴面的玻璃棉保温时，保温层厚度可取25mm。6空调风系统的设计计算6.1送风口和回风口的型式6.1.1送风口在风机盘管加新风系统中，采用侧送风，用百叶型送风口。6.1.2回风口回风口附近气流速度衰减迅速，对室内气流的影响不大，因而回风口的构造比较简单，类型也不多，多采用固定百叶型，并要有调节风量的装置。回风口的吸风速度：回风口位于房间上部时，吸风速度取4.0～5.0m/s；回风口位于房间下部时，若不靠近人经常停留的地点，取3.0～4.0m/s，若靠近人经常停留的地点，取1.5～2.0m/s；若用于走廊回风，取1.06.2风管设计及计算6.2.1风管设计规范表6-1空调系统中的空气流速风速部位推荐风速最大风速居住公共居住公共主风道3.5～4.55～6.54～65.5～8水平支风道3.03～4.53.5～44～6.5垂直支风道2.53～4.53.25～44～6送风口1～21.5～3.52～33～5根据给定风量和选定流速，计算管道断面尺寸a×b(或管径D)，并使其符合通风管道的统一规格。再用规格化了的断面尺寸及风量，算出风道内实际流速。根据风量L或实际流速V和断面当量直径D，查图得到单位长度摩擦阻力Rm。3.计算各段的局部阻力。4.计算各段的总阻力5.检查并联管路的阻力平衡情况6.2.2风道管径的确定图6-1地下室新风管道示意图表6-2管段参数管段长度m尺寸mm×mm实际流速m/s摩擦阻力Pa局部阻力Paa—11.3500×1002.640.5960.78a—21.6200×751.570.4090.65a—30.585×552.671.9130.96a—44.985×552.381.5577.63a—52.9375×1002.740.6821.98a—61.6275×1002.220.5160.83a—75.6200×752.781.1056.19a—84.6150×554.043.12513.44a—94.385×551.780.9454.06阻力校核：最不利环路总阻力=36.52<70符合要求。图6-2一层新风管道示意图表6-3管段参数管段长度m尺寸mm×mm实际流速m/s摩擦阻力Pa局部阻力Pab—11.6500×1002.420.5100.82b—21.0200×751.390.3290.33b—31.185×552.671.9132.10b—44.585×551.780.9454.25b—52.2375×1002.670.6501.43b—61.1250×753.561.5941.75b—77.5200×752.220.7475.6b—83.185×553.573.1669.81b—91.885×553.573.1665.7阻力校核：最不利环路总阻力=31.79<70符合要求。图6-3二层新风管道示意图表6-4管段参数管段长度m尺寸mm×mm实际流速m/s摩擦阻力Pa局部阻力Pac—11.9275×1002.730.7411.41c—23.185×552.671.9135.93c—30.685×552.671.9131.15c—42.6250×752.670.9592.49c—51.285×553.573.1663.8c—64.1200×752.220.7473.06c—71.185×554.464.6885.16c—82.885×552.671.9135.36阻力校核：最不利环路总阻力=28.36<110符合要求。7地埋管换热系统设计土壤是热泵良好的热源，并有一定程度的蓄能作用，夏储冬用达到能量平衡。按照土壤多维不稳定传热特性，土壤的热物性参数随着地理位置、地质条件、季节变化而异，因此计算设计地埋管换热系统应因地制宜。7.1地埋管换热系统设计步骤本工程采用竖直地埋管换热系统，按照国标GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》要求及国际地源热泵协会惯例，其设计步骤如下：收集项目地相关地质资料和建筑物资料；根据建筑物负荷和地质状况确定室外换热系统换热方式；根据建筑物负荷情况和设备选型情况计算全系统最大释热量和最大吸热量；进行工程地质勘察，测定土壤热物性并根据测试结果进行地埋管长度计算；通过模拟运行软件进行模拟运算，观察在全周期内岩土热量是否平衡，温度是否有较大变化。如出入较大需重新计算地埋管长度；根据循环液种类、水井深度和系统的管道布置及长度进行水力计算；循环水泵及其它辅助设备的选型、设计；根据系统形式进行自动控制系统设计。7.2地质材料分析本工程位于上海长宁区，根据我公司以往案例经验及对周边建筑物的工程地质了解上海地区80米土壤垂直分布基本上可划分为4层：粘土层、淤泥层、粉质粘土层和粉沙层。该地区土层较软且厚度大，湿度以湿、饱和为主，含水层主要为第四系孔隙承压水层，如在粉砂、砾砂，中砂层，水质为淡水。本区域土壤传导率为1.5W/m.k左右。本工程空调冷负荷87.029KW，热负荷54.933KW；本工程地下换热器设计夏季制冷进出水为30/35℃，冬季制热进出水为15/10℃；采用竖直地埋管形式。7.3地埋管计算步骤7.3.1建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同，可参考有关空调系统设计手册，在此不再赘述。冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式计算：式中Q1—夏季向土壤排放的热量，kWQ1—夏季设计总冷负荷，kW制冷取68.9KWQ2＇—冬季从土壤吸收的热量，kWQ2—冬季设计总热负荷，kW制热取63.1KWCOP1—设计工况下水源热泵机组的制冷系数COP2—设计工况下水源热泵机组的供热系数一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COP1、COP2。根据空调负荷Q1=68.9KW，Q2=63.1KW，COP1=4.57，COP2=4.86，得出Q1＇=83.98，Q2＇=50.12KW。7.3.2垂直地埋管换热器的设计计算垂直地埋管换热器的设计计算垂直地埋管换热器的设计计算宜按以下方法进行计算。垂直地埋管换热器计算的基础是单个钻孔的传热分析。在多个钻孔的情况下，可在单孔的基础上运用叠加原理加以扩展。1、流体至管道内壁的对流换热热阻2、U形埋管的管壁热阻 3、钻孔封井材料的热阻 4、地层热阻，即从孔壁到无穷远处的热阻由N个平行钻孔（U型管）组成集群的地热换热器的地层热阻短期连续脉冲负荷引起的附加热阻对于时间很长的情况，考虑深度方向的传热为稳定状态下的地层热阻可用于确定垂直地埋管换热器长度的工程设计计算公式为制冷工况供热工况运行份额是考虑热泵间歇运行的影响，供热运行份额Fh＝一个供热季中热泵的运行小时数/（一个供热季天数×24）制冷运行份额Fc＝一个制冷季中热泵的运行小时数/（一个制冷季天数×24）或当运行时间τ取作一个月时供热运行份额Fh＝最冷月份运行小时数/（最冷月份天数×24）制冷运行份额Fc＝最热月份运行小时数/（最热月份天数×24）式中：下标c,h分别表示制冷工况和供热工况。L-地热换热器所需的钻井总长度（m）；Qc,Qh—分别是热泵的额定冷热负荷（kW）；COP—热泵的性能系数，由热泵生产厂家提供；H—流体至管道内壁的对流换热系数（W/m2℃rb—钻孔的半径，（m）；ks和a—地层的平均导热系数（W/m.k）和热扩散率m2/s；τ—运行时间，s；xI：—第i个钻孔与所考虑的钻孔之间的距离，（m）；τp（s）—短期脉冲负荷连续运行的时间，例如8小时；di—U形埋管的内径，（m）；do—U形埋管的外径，（m）；db—钻孔的直径，（m）；de—U形埋管的当量直径；kp—U型管导热系数，（W/m.k）；kb—灌浆材料导热系数，（W/m.k）；H—钻孔深度，（m）；I—指数积分：t∞—地热换热器中循环液的设计平均温度通常可选为tmax=37℃，tmin=-2～5表7-1几种典型土壤和岩石的热物性k导热系数W/（m·K）a扩散率10－6mρ密度kg/m3c热容量kJ/（kg·K）花岗岩3.51.333330.84大理石2.41.0329170.84致密湿土1.30.6521830.88致密干土0.90.5220830.84轻质湿土0.90.5216671.05轻质干土0.350.2815000.847.4地埋管压力损失计算地埋管压力损失宜按以下方法进行计算。确定流量G（m3/h），公称直径和流体特性。根据公称直径，确定管子的内径dj（m）。计算管子的断面面积A（m2）：A＝计算流速v（m/s）：计算管内流体的雷诺数（Re），Re应该大于2300以确保紊流：计算单位管长的摩擦阻力Pd（Pa/m）Pd=0.158×ρ0.75×μ0.25×dj－1.25×v1.75PY=Pd×L式中：PY：计算管段的沿程阻力损失，Pa；L：计算管段的长度，m。计算管段的局部阻力Pj（Pa）Pj=Pd×Lj式中Lj：计算管段中局部阻力的当量长度，m。计算管段的总阻力PZ（Pa）PZ=PY+Pj7.5确定地下换热器的埋管形式目前地源热泵地下埋管换热器的埋管形式主要有两种，竖直埋管和水平埋管。这两种埋管型式各有自身的特点和应用环境,选用哪种方式主要取决于场地大小，当地岩土类型及挖掘成本。由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时，占用场地大，浅埋水平管受地面温度影响大，因此适用于单季使用的情况（如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应），对冬夏冷暖联供系统使用者很少。而且对垂直埋管系统,在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好,所以这里准备采用垂直埋管系统。在各种竖直埋管换热器中，目前应用最为广泛的是单U型管。所以，本次设计采用的是竖直单U型管地下换热器。同时，为保持各环路之间的水力平衡,采用同程式系统。7.6确定管路连接方式地下换热器管路连接方式有串联和并联两种。采用何种方式，主要取决于安装成本及运行费用。对竖直埋管系统，并联方式的初投资及运行费均较经济。故本设计的地下换热器采用U型管并联系统。7.7选择管材一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的管材。所以，土壤源热泵系统中一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上；而PVC管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推荐用于地下埋管系统。在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1）管道要大到足够保持最小输送功率；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH20/100m当量长度以下。本设计选取聚乙烯（PE）管，管径选取DN32mm。7.8确定竖井埋管管长地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。根据理论计算很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为50～80W/m(井深)，或25～40W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m（管长）左右。设计时可取换热能力的下限值，即25W/m（管长），具体计算公式如下：L=Q1＇x1000/25其中L—竖井埋管总长，mQ1＇—夏季向土壤排放的热量，kW分母“25”是夏季每m管长散热量，得L=3359.2米7.9确定竖井数目竖井深度多数采用50～100m，本工程竖井深度为80米，代入下式计算竖井数目:N=L/(2xH)其中N—竖井总数，个L—竖井埋管总长，mH—竖井深度，m分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2N=L/(2xH)=3359.2/(2x80)=20.995同时考虑安全系数，本工程设计21个完全能满足要求。竖井间距：工程较小，埋管单排布置，地源热泵间歇运行，埋管间距可取3.0m；工程较大，埋管多排布置，地源热泵间歇运行，建议取间距4.5m；若连续运行（或停机时间较少）建议取5～6m。本工程管间距取4m。8地板辐射设计8.1低温热水地板辐射简介随着居住条件的不断改善，人们对室内采暖的要求也提出了新的要求。而地板辐射供暖,无疑是热舒适度最好的一种供暖方式。低温热水地板辐射采暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统。将塑料管敷设在楼面现浇砼层内，热水温度不超过70℃8.2低温热水地板辐射采暖的特点低温热水地板辐射采暖节省燃料，电力消耗低，是最经济的供暖设备，其优点如下：⑴舒适、卫生、保健。辐射散热是最舒适的采暖方式，室内地面温度均匀，室温自下而上逐渐递减，给人以脚暖头凉的良好感觉，符合“温足凉顶”的中医健身理论，能改善人体血液循环，促进新陈代谢，同时，这种方法不易造成潮湿空气对流，使得室内十分洁净卫生，改善了家居环境。⑵美观，不占使用面积。室内各种管线均可铺设在地暖结构层中，室内取消了散热器的立、支管。这不但增加了使用面积，而且房间可以任意分隔，便于装修和家具布置。

⑶保温隔音，热稳定性好。由于地暖特殊的地面构造，上下层不采暖时，中间层的采暖效果几乎不受影响，且可以大大减少上层对下层的噪音干扰；由于地面层及混凝土层蓄热量大，因此在间歇供暖的情况下，室内温度变化缓慢，热稳定性好。

⑷高效节能，运行费用低。地暖系统可利用余热水，在建立同样舒适条件的前提下，室内设计温度的能耗可以比其它形式采暖降低2%～3%，提高了热效率；该系统使热量集中在人体受益的高度内，热媒低温传递（供水温度为45℃，回水温度为40℃8.3低温热水地板辐射采暖管材及布置形式图8－1几种加热管的布置形式加热管的布置形式应根据房间形式合理确定，不能一概而论。常用的形式有回折形、平行型和双平行型（如图8-1）。回折形和双平行型地面温度场均匀，适应性好；平行型有温度梯度，适合于进深大的窄长形房间以及在外边区独立设置。加热管布置的基本原则有两条：一是保证地面温度均匀;二是高温度管段优先布置在外墙、外门、外窗的外边界区缩小管间距以增加散热量。地板辐射采暖常用的管材有钢管、铜管和塑料管。由于塑料管具有无接头、容易弯曲、易于施工等优点，因此工程中经常选用塑料管。水系统地板辐射供暖多采用以下几种管材：铝塑管材（XPAP）、聚乙烯管材（PE-RT）、聚丁烯管材（PB）、无规共聚聚丙烯管材（PP-R）,具有抗老化、耐腐蚀、不结垢、承压高、无环境污染、不易渗漏、水阻力及膨胀系数小等特点，在50℃埋管时的管径（按欧标）通常在10mm～25mm。管径小的优点是换热效率高；缺点是管内流速增加时，阻力增大，水泵扬程加大。埋管间的管间距与地板面积有关，一般取150mm。实验结果表明，管间距L=75mm，冷却能力增加12％～19％。L＝300mm故此次设计中，结合卧室一的实际情况，在这里选用双平行型的地板辐射形式；选择聚乙烯管材（PE-RT），DN20；埋管间距180-200mm8.4低温热水地板辐射设计8.4.1供暖热负荷计算应按《采暖通风及空气调节设计规范》的有关规定，进行房间供暖热负荷计算。但与常规对流式供暖方式热负荷计算有以下区别：（a）不计算敷设有加热管道地面的供暖热负荷。（b）供暖热负荷计算宜将室内计算温度降低2℃，或取常规对流式供暖方式计算供暖热负荷的90～8.4.2埋管面积计算由公式：式中：Q―是室内负荷，单位W；―单位面积地板向房间的有效散热量，单位；由《低温热水地板辐射采暖工程技术规程》附表1查得=141A―是地板辐射所需埋管面积，单位；即所需埋管面积为389.6。如果用地板辐射在夏季供冷，地板有可能会出现结露现象，所以在夏季时用风机盘管来供冷。8.5低温地板辐射采暖的调试与运行供热支管后的分配器竣工验收后，应对整个供水环路水温及水力平衡进行调试。采暖向地板供水时，应选用预热方式，供热水温不得骤然升高，初始供水温度应为20℃～25℃，保持3天，然后以最高设计温度保持4天，并以≤50℃水温正常运行。

地板辐射采暖系统的许多优点是散热器采暖无法比拟的，其不足之处，如可维修性较小等，但可随着施工队伍素质的提高及活地面的研制与开发而杜绝。随着人们对建筑环境的舒适性、卫生性、节能性等要求的不断提高，地板热水辐射采暖作为一种新型的采暖形式，将越来越多地推广使用到建筑供暖中9辅助设备选型9.1水泵的选择通常选用比转数ns在30～150的离心式清水泵。水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍（单台工作时取1.1，两台并联工作时取1.2）；水泵的扬程应为它承担的供回水管网最不利环路的总水压降的1.1～1.2倍。最不利环路的总水压降，包括冷水机组蒸发器的水压降、该环路中并联的各台空调末端装置的水压损失最大一台的水压降、该环路中各种管件的水压降与沿程压降之和。冷水机组蒸发器和空调末端装置的水压降，可根据设计工况从产品样本中查知；环路管件的局部损失及环路的沿程损失应由水力计算求出，在估算时，可大致取每100m管长的沿程损失为5mH2O。这样，若最不利环路的总长（即供、回水管管长之和为，则冷水泵扬程（mH2O）可按下式估算。式中为最不利环路中局部阻力当量长度总和与直管总长的比值。当最不利环路较长时取=0.2～0.3，最不利环路较短时取=0.4～0.6。根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失，再加上热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程，需考虑一定的安全裕量。根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号及台数。水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍。表9-1水泵的选型表设备类型数量/台参数备注源水侧水泵3水流量17.16m3/h，扬程20m

负载侧水泵3水流量12.98m3/h，扬程18m

9.3膨胀水箱的选择在冷水系统最高处应配置一个膨胀水箱，且应连接在水泵的吸入侧，箱底标高至少要高出水管系统最高点1m,箱体与系统的连接管尽量从箱底垂直接入。视空调系统规模大小，膨胀水箱有效容积取0.5～1.0m3。注意膨胀水箱应加盖和保温。用带有网格线铝箔贴面的玻璃棉保温，保温层厚度取25mm。本设计选取0.8m3的膨胀水箱，放在二层屋面平台上。10地源热泵技术性分析10.1地源热泵系统介绍及其优点随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断的出现，空调在现代建筑中扮演着越来越重要的角色。人们对空调的要求也不断提高，节能、环保、灵活成为今后共同追求的目标。近年来，随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调系统进入了我国，并通过在工程中的成功运用得到了空调界人士的认可和推崇，成为了我国中央空调发展的趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。组成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。原理地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。系统系统是由下列部分所组成：模块式地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱和室内温控器等。地源热泵机组采用标准构件,需要时各部件的修配和更换很方便。因为设计简单，并不需要高技术的操作工程人员的服务。唯一需要经常保养的是空气过滤网和凝结水盘的清洁。

系统设计简单，灵活、安装快速。机组己在工厂组装好并自带温度控制装置，现场工作只是少量低压风管、电气连接装置和不需要保温的水管的连接。管道可采用钢管、铜管或塑料管。维修方便快捷，机组结构坚固，寿命长久。热泵机组的功率系数(COP)可达到5.0以上，即1千瓦电输入，有5千瓦多冷量输出的高效率。优势地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。因而运行费用较低。地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气炉效率提高48%。所需制冷剂比一般热泵空调减少50%。地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适合供冷、供热负荷的分区。地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。一年四季任何时间都可以随时提供空调，可以随意设定室内温度，达到五星级要求。提供新风，保证室内空气新鲜。设计简单灵活，安装快速。应用地源热泵系统的能量来源于地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。10.2与风冷空调的比较表10-1地源热泵和风冷小中央空调机组比较表描述地源热泵空调风冷小中央空调系统安装因系统管路中介质为水，安全、可靠，即使管路出现泄漏也易于及时发现。地埋管采用进口高密度聚乙烯管，其寿命高达50年。室外机与室内机之间需用氟利昂管路相接，易出现泄漏，存在隐患。空调效果空调效果不受环境温度影响，系统运行稳定可靠。空调效果受环境因素影响，在寒冷季节，一般室外环