冷热源设计完

冷热源课程设计PAGEPAGE9冷热源课程设计《冷热源工程》课程设计说明书济南市某办公室空调冷热源工程设计学院：土木工程学院系别：建筑设备工程系专业：建筑环境与设备工程专业班级：学生姓名：指导教师：完成日期：2012年6月《冷热源工程》课程设计任务书一、目的 《冷热源工程》课程设计是《冷热源工程》的主要教学环节之一，通过这一教学环节使学生了解空调冷热源系统设计的内容、程序和基本原则，学习设计计算的步骤和方法，巩固和深化所学的理论和实际知识，并培养学生应用所学知识解决工程问题的能力。二、题目：济南市某办公楼空调冷热源工程设计三、设计任务已知济南市某办公楼建筑面积共9400平方米，共5层，主要功能为办公室。空调系统夏季供冷、冬季供暖。空调总冷负荷为884kW，冬季总热负荷为572kW，以风机盘管为末端装置，要求夏季冷冻水供回水温度为7/12℃，冬季供回水温度为55/45℃。机房设置在地下室。甲方要求采用土壤源热泵垂直埋管方式。四、原始资料1、甲方提供自来水源，水量供应充足；2、甲方提供380/220V电源，供电量充足；3、现场共钻孔90眼，井径120mm，深100m，孔间距5m，孔内安装单U管，共埋管14400m，管材为PE-3407，管径32，垂直管路用水平管道连接，并通过循环水泵与热泵机组连接，形成一个闭式回路。4、机房面积、高度、尺寸由学生根据实际要求确定，并提供资料给土建专业进行设计。五、设计内容和要求（一）设计说明书内容1、绘制冷热源系统图；2、热泵机组型号与台数的选择；3、系统水力计算，选择循环水泵；4、水系统附件选择（软水机、储水箱、恒补装置、水过滤器的选择；除垢仪的选择；阀门的选择；温度计、压力表的选择；柔性接头的选择）。说明书应按规定格式编写，内容包括封面、目录、设计任务书、正文、参考文献。其中：正文内容包括：系统方案、热泵机组选择、水力计算及循环水泵选择；水系统附件选择。说明书统一按A4纸打印（正文为小四宋体，1.5倍行距，各标题加黑，页边距距上3CM，下2CM，左3CM，右2CM），左侧装订，不少于10页。封面按要求统一填写。（二）设计图纸要求2号图两张。图纸图签按要求统一填写。1、冷热源机房平面图。要求：设备布置、管路上各种阀门及附件的布置、标示管径、定位尺寸。2、冷热源水系统图。要求：系统图应包括热泵机组、循环泵、软水机、储水箱、恒补装置、管道附件等。六、时间：1周目录1工程概况…………31.1建筑概况1.2地理概况2系统方案…………42.1设计原则2.2地源热泵系统……………42.2.1.地源热泵系统技术2.2.2.地源热泵技系统分类2.3选择系统方案……………42.3.1工程要求2.3.2土壤源热泵的优点………52.4地源热泵地埋管2.4.1工程数据2.4.2管路设计及示意图………52.5定压方式………………………63热泵机组选择……………………73.1制冷设备容量及台数的选择3.1.1地源热泵系统制冷（热）量3.2热泵机组的选型3.2.1考虑因素3.2.2热泵机组性能参数3.2.3机组资料………………83.3运行方案…………94水力计算及循环水泵选择…………104.1地埋管水力计算方法4.1.1埋管水力计算1~2管路计算（举例）4.1.2管件当量长度表……………114.1.3各管段阻力部件当量长度表………124.1.4各管段阻力计算统计表……………………4.2冷热源机房管道水力计算…………………144.2.1冷热源机房扬程阻力计算4.4.2机房管道接头局部阻力计算………………154.2.3机房各类阀门局部阻力计算………………164.2.4冷热源机房总阻力4.3水泵的选择…………174.3.1水泵管道的设置5水系统附件选择……………………18参考文献……………231工程概况1.1建筑概况本工程为济南市某办公楼建筑地源热泵工程。已知济南市某办公楼建筑面积共9400平方米，共5层，主要功能为办公室。空调系统夏冷、冬季供暖。空调总冷负荷为884kW，冬季总热负荷为572kW，以风机盘管为末端装置，要求夏季冷冻水供回水温度为7/12℃，冬季供回水温度为55/45℃。机房设置在地下室。1.2地理概况：（1）气候：济南地处中纬度，属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明，日照充分，年平均气温14.3℃。冬季最冷月平均气温在0℃以下，极端最低温度平均在-20℃以下，低于-10℃的严寒日数98%集中在冬季。最大冻土深度为45厘米左右，最大积雪深度为20厘米左右。冬季降水量在20～25毫米，仅占全年总降水量的3.0～3.7%，整个冬季雨雪稀少，北风频吹，干燥寒冷。夏季炎热，季平均温度在26℃左右，极端最高温度超过40℃，日最高气温≥40℃的酷热日数均出现在夏季。夏季不仅炎热，且多降水，雨热同季。夏季降水量全市各县区平均都在400毫米以上，全年60%的降水量集中在夏季，7月份降水日数平均在15天左右，日降水量≥50毫米的暴雨日数集中在7、8两月，占全年暴雨日数的70%。（2）地质：全市有棕壤、褐土、潮土、沙姜黑土、水稻土、风砂土6个土类。其中，以棕壤、褐土两大土类为主。地表水3．06亿立方米，地下水11．73亿立方米，地下水源丰富，符合地源热泵设计的要求。2系统方案2.1设计原则济南市夏热冬冷，地源热泵的设计应满足夏季降温为主，和冬季供暖，而夏季空调总冷负荷为884kW，需求量较大，冬季总热负荷为572kW，需求量较少。空调系统满足国家及行业有关规范、规定的要求，利用已经学习到的知识，结合查找相关文献，设计一个符合舒适性、经济性、节能性要求的空调系统。2.2地源热泵系统2.2.1.地源热泵系统技术概念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）的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，既可供热又可制冷的高效、环保、节能的热泵技术。2.2.2.地源热泵系统分类地源热泵中央空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源源热泵机组和室内采暖空调末端系统。地源热泵中央空调系统按照室外换热方式不同可分为四类：（1）土壤源热泵中央空调系统；（2）地下水源热泵中央空调系统；（3）单井换热热井中央空调系统；（4）地表水源热泵中央空调系统。根据室外循环水是否为密闭系统，分为开环系统和闭环系统。2.3选择系统方案2.3.1.工程要求甲方要求采用土壤源地源热泵垂直埋管方式。2.3.2土壤源热泵的优点1．资源可再生利用2.运行费用低3.机房占地面积少4.绿色环保5.自动化程度高6.一机多用土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。它以土壤作为热源、冷源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。全年能耗可节省40%左右,初投资偏高，机房面积较小，节省常规系统冷却塔可观的耗水量，运行费用低，不产生任何有害物质，对环境无污染，实现了环保的功效。综上所述，本项目采用土壤源地源热泵系统。2.4地埋管换热器布置形式2.4.1工程数据现场共钻孔90眼，井径120mm，深100m，孔间距5m，孔内安装单U管，共埋管14400m，管材为PE-3407，管径32，垂直管路用水平管道连接，并通过循环水泵与热泵机组连接，形成一个闭式回路2.4.2管路设计及示意图地下换热器管路连接方式分为串联和并联两种。采用串联还是并联取决于系统的大小、埋管深浅及安装成本的高低因素。对竖直埋管系统，并联方式的初投资及运行费均较经济。因此本项目采用U型管并联系统。本项目采用的是竖直单U型管地埋管换热器，同时，为保持各环路之间的水力平衡,采用同程式系统。示意图：2.5定压方式系统工作压力为1.0MPa，采用补水设备进行系统定压。3热泵机组选择3.1制冷设备容量及台数的选择冷热源设备的选择计算主要根据工艺的要求和系统总耗冷量来确定的，是在耗冷量计算的基础上进行的。冷热源设备选择的适当与否，将会影响整个冷源装置的运行特性，经济性能指标以及运行管理。冷热源设备的选择一般按下列步骤进行。确定制冷系统的总制冷量确定制冷剂种类和系统形式确定系统的设计工况制冷机组的选择根据实际情况，热泵机组的制冷量和制热量要满足：制冷量：制热量：3.2热泵机组的选型3.2.1选型原则：（1）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小。（2）水源热泵机组选型时，应尽量接近设计冷(热)负荷。若机组偏大时

，运行间短，激活频繁。机组容量合适，运行时间长，有利于除湿。

（3）本次系统设计工况中热泵主机蒸发器出口的流体温度高于0℃，不加防冻液所以不用考虑记住的防腐蚀。3.2.2热泵机组性能参数设备型号台数冷负荷(KW)耗电量（KW）热负荷(KW)耗电量（KW）CYWH56O1560106633139CYWH920146289528117标准运行制冷工况:冷冻水(用户)进水7℃,出水12℃；冷却水(热源)进水18℃,出水29℃。标准运行制热工况:冷冻水(用户)进水50℃,出水45℃；冷却水(热源)进水15℃,出水7℃。3.2.3机组资料特性：1．满液型水源热泵机组采用满液式蒸发器，换热效率高。采用独特的回油系统及制冷剂流量精密控制系统。计算机电脑芯片自动化控制，只能调节机组的最佳运行状态，运行费用低。2.高效性（A）水源热泵机组采用高效制冷压缩机，分级能量调节，控制灵活防办，运行稳定可靠。制冷系统控制元件均采用国际优质品牌不见，保证机组在宽广的使用工况范围内稳定高效地工作。换热器具有“大温差、小流量”工作特性，尽量节省水资源，降低机组运行费用。机组数据：CYWH56OCYWH460名义制冷量（kW）560462输入功率（kW）10689名义制热量（kW）633528输入功率(kW)139117制冷工况冷却水阻力（kPa）3836制冷工况冷却水流量（）5243制热工况冷冻水阻力（kPa）2624制热工况冷冻水流量（）5243进出水管（mm）125125机组外型尺寸：长x宽x高（mm）3200x1300x16503300x1350x1700标准运行制冷工况:冷冻水(用户)进水7℃,出水12℃；冷却水(地下)进水18℃,出水29℃。标准运行制热工况:冷冻水(用户)进水50℃,出水40℃；冷却水(地下)进水15℃,出水7℃。3.3运行方案因为建筑的冷负荷与热负荷相差加大，所以选用一台功率稍大与一台较小功率的机组协调运行，既能满足符合要求，更能达到节能目的.夏季供冷两台全开逐级开启水源热泵机组作为空调的冷源,提供7℃的冷冻水,对建筑物进行制冷(机组最大制冷量为1022KW，满足空调的需求)冬季热停开CYWH460逐级开启水源热泵机组作为空调热源，提供50℃的热水,对建筑物进行制热（机组最大制热量为633KW，满足空调的需求）过渡季节可用于正常的机组日常维护与保养。4水力计算及循环水泵选择4.1地埋管部分水力计算方法采用假定流速法，其计算步骤如下：（1）绘制冷水系统图，对管段编号，标注长度和流量；（2）确定合理的流速；（3）根据各个管段的水量和选择流速确定管段的直径，计算最不利环路阻力；（4）并联管路的阻力平衡；（5）计算系统的总阻力由热泵的主要技术参数得：在设计工况下热泵机组的制冷性能参数:在设计工况下热泵机组的制热性能参数:由室外地热能换热系统负荷应满足地源热泵系统实际最大释热量和最大吸热量的要求。室外地能换热系统最大释热量：Q1=室外地能换热系统最大吸热量：Q2=4.1.11~2管路计算选取最不利环路，并为其编号，如图：1~2管段的水力计算冷冻水的进水温度为18℃，出水温度为29℃。考虑到水的比热容随温度的变化很小，取其计算平均温度查饱和水的热物理性质的，应用假定流速法确定其管径：假定流速V=1.5m/s查标准管径，去DN=140那么4.1.2管件当量长度表4.1.3各管段阻力部件当量长度表管段管径D(mm）阻力部件当量长度le(m)总当量长度lz(m)90℃弯管180℃弯管直流三通旁路三通1~214000000.002~31102.06.48.43~41102.02.04~51102.02.05~61102.02.06~7501.02.03.07~8501.01.08~9501.01.09~10501.01.010~11501.01.011~12501.01.012~13501.01.013~14501.01.014~15320.71.71.03.415~161102.05.27.216~171102.05.22.09.217~181403.73.74.1.4各管段阻力计算统计表管段Qv（L/s)管长l（m）管径D(mm）流速v（m/s）局部阻力部件当量长度le(m)总长度lz(m)比摩阻Rm（Pa/m)总阻力P（Pa）1~222.87201401.490.00202004000.002~311.44301101.208.438.41806912.003~49.1551100.962.07110770.004~56.8651100.722.0750350.005~64.5751100.482.0730210.006~72.286501.163.09300270.007~82.035501.031.062801680.008~91.785500.911.062201320.009~101.535500.781.061801080.0010~111.285500.651.06120720.0011~121.035500.521.0680480.0012~130.785500.401.0650300.0013~140.535500.271.0630180.0014~150.28205320.143.4208.46012504.0015~1611.44451100.247.252.21809396.0016~1711.44401101.29.249.21808856.0017~1822.87201401.493.723.72004740.00阻力求和53768.00地埋管的总压降为=53.768m4.2冷热源机房管道水力计算：4.2.1冷热源机房扬程阻力计算：冷热源机房扬程阻力计算表：计算管段管段内径（mm）管段长度（m）比摩阻（Pa/m）总阻力（Pa）集水器至循环水泵干管1404.65+0.7=5.352001070循环水泵入口支管1251.0+4=580400循环水泵出口支管1251.0+4=580400循环水泵出口干管至冷水机组冷凝器干管1400.7+5.1=5.82001160热泵机组冷凝器入口支管125280160热泵机组冷凝器至分水器1404.8+0.175+1.03+0.85=6.8552001371冷热源机房扬程阻力（Pa）1070+400+400+1160+160+1371=4561（注：比摩阻查相关图表得到）4.2.2机房管道接头局部阻力计算：冷热源机房接头局部阻力表：计算管段接头类型数量接头当量长度（m）单个接头阻力(Pa)总阻力(KPa)集水器至循环水泵干管（DN140）直流三通12.7855655690度弯头14.4880880循环水泵入口支管（DN140）直流三通12.7855655690度弯头14.4880880循环水泵出口支管循环水泵至冷水机组冷凝器干管（DN140）直流三通32.78556166890度弯头14.4880880热泵机组冷凝器入口支管（DN125）直流三通12.5220220热泵机组冷凝器至分水器（DN140）直流三通12.78556556冷热源机房管段接头局部阻力阻力（Pa）556*3+880*3+1168+220=5696（管件当量长度根据管件当量长度表得到）4.2.3机房各类阀门局部阻力计算各类阀门所在管段位置以及局部阻力计算表：所在管段阀门类型数量（个）局部阻力系数局部阻力和所在管段直径DN（mm）管段流速（m/s）总局部阻力（Pa）地源侧循环水泵给水管蝶阀30.541.081401.491199地源侧循环水泵至机组冷凝器蝶阀30.541.621251.325053止回阀12.0201251.32闸阀10.180.181251.32压力旁通阀12.02.01251.32机组冷凝器至室外地源换热系统蝶阀40.542.161401.493097闸阀10.180.181401.49阀门局部阻力（Pa）1199+5053+3097=9349（其中局部阻力按照p=ρν²/2计算）4.2.4冷热源机房总阻力计算总阻力计算表：阻力类型位置沿程阻力（kPa）接头局部阻力（kPa）阀门局部阻力（kPa）冷凝器压力降（kPa）集水器（kPa）分水器（kPa）冷热源机房4.5615.6969.349382632总阻力（KPa）4.561+5.696+9.349+38+26+32=19.606=115.606最不利环路总阻力=地埋管阻力+机房阻力=53.768m+115.606m=169.374m4.3水泵的选择选用水泵流量和扬程皆考虑10%的余量，则选用的水泵的流量参数为：Q=82.332x1.1=90.5652m3/h，扬程：1.1x169.374根据此参数得出选用的水泵：型号流量(m3/h)扬程（m）效率（%）转速r/min电机功率（KW）台数IS100-80-1251001967029001124.3.1水泵管道的设置进行水泵的配管布置时，应注意以下几点：（1）安装软性接管：在连接水泵的吸入管和压出管上安装软性接管，有利于降低和减弱水泵的噪声和振动的传递。（2）出口装止回阀：目的是为了防止突然断电时水逆流而时水泵受损。（3）水泵的吸入管和压出管上应分别设进口阀和出口阀；目的是便于水泵不运行能不排空系统内的存水而进行检修。。（4）水泵的出水管上应装有温度计和压力表，以利检测。如果水泵从地位水箱吸水，吸水管上还应该安装真空表。（5）水泵基础高出地面的高度应小于0.1m，地面应设排水沟。5水系统附件选择5.1压力表根据规范要求，压力在+40kPa以上时，一般选用弹簧管压力表或波纹管压力计。选择型号为Y-60T的弹簧管压力表，量程：-0.1~0.3Mpa使用温度：-40~70度弹簧管压力表通过表内的敏感元件--波登管的弹性变形，再通过表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力，适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。5.2Y型过滤器根据《上海大田阀门管道产品手册》，选用Y型法兰过滤器，TYPE-DN140，采用法兰连接，相关产品参数：公称通径DN140公称压力1.6-4.0MPa最高允许温度425外形尺寸L430mm外形尺寸H1143mm外形尺寸H2345mm5.3截止阀 根据系统原理图，结合《上海大田阀门管道产品手册》，选用J41T-16型截止阀，相关参数如下：5.4温度计普通双金属温度计一种适合测量中、低温的现场检测仪表，可用来直接测量气体、液体、和蒸汽的温度。该温度计从设计原理及结构上具有防水、防腐蚀、隔爆、耐震动、直观、易读数、无汞害、坚固耐用等特点。工作原理：的工作原理是利用二种不同温度膨胀系数的金属，一端焊接在