河南城建熱泵課程設(shè)計說明書

1、河南城建學院熱泵技術(shù)課程設(shè)計說明書學 號 042410150 學 生 姚猛 專 業(yè) 熱能與動力工程 課程名稱 空氣調(diào)節(jié)課程設(shè)計 指導教師 周前 能源與建筑環(huán)境工程學院 2013年11 月摘 要地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。通常地源熱泵消耗1kw的能量，用戶可以得到4kw以上的熱量或冷量。本課題主要是研究地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對合肥某別墅夏季制冷，冬季供熱的設(shè)計

2、方案。本方案地下?lián)Q熱器埋管方式采用垂直U型埋管，解決了傳統(tǒng)空調(diào)運行效率低、耗電量大、運行費用高、噪音大、維護費用高及會產(chǎn)生霉菌污染、使用壽命短等缺點。真正做到了高效、節(jié)能、環(huán)保、舒適的要求。關(guān)鍵詞：地源熱泵；空調(diào)系統(tǒng)；垂直埋管目 錄目 錄2第一章 緒論41.1 地源熱泵的發(fā)展趨勢41.2 地源熱泵的優(yōu)點4第二章 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)6 2.1 室外氣象參數(shù)62.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)確定62.3 設(shè)計范圍62.4 設(shè)計原則6第三章 負荷計算73.1 冷負荷計算73.2 熱負荷計算73.3工程負荷統(tǒng)計7第四章 末端設(shè)備選型84.1 風機盤管的選型8第五章 空調(diào)水系統(tǒng)水力計算95.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計95.

3、1.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計原則95.1.2 空調(diào)供回水管的水力計算95.2 空調(diào)水系統(tǒng)的水力計算95.3 冷凝水管道設(shè)計95.3.1 設(shè)計原則95.3.2 管徑確定105.4 水系統(tǒng)安裝要求10第六章 空調(diào)風系統(tǒng)設(shè)計116.1 風系統(tǒng)設(shè)計的一般原則116.2 新風系統(tǒng)116.3 風口11第七章 地源熱泵機組選擇計算127.1 地源熱泵機組選型計算127.2空調(diào)循環(huán)水泵設(shè)計計算127.2.1 水泵流量的確定127.2.2 水泵揚程的確定127.3.2 機房系統(tǒng)設(shè)計13第八章 地下埋管的設(shè)計與計算148.1 冬夏季地下?lián)Q熱量的確定148.2 確定地下?lián)Q熱器的埋管形式148.3 地下?lián)Q熱器埋

4、管管材及管徑的確定148.3.1 埋管管材的確定148.3.2 確定管徑148.4 豎井埋管管長的確定158.5豎井數(shù)目及間距的確定158.5.1豎井數(shù)目的確定158.5.2 冬夏季熱平衡的計算及豎井間距的確定158.6地下?lián)Q熱器循環(huán)水泵的選型168.6.1 循環(huán)水泵的確定168.6.2 水泵配管布置178.7閥門安裝17結(jié)語18致 謝19參 考 文 獻20第一章 緒論1.1 地源熱泵的發(fā)展趨勢地源熱泵與中央空調(diào)相連接的供熱制冷系統(tǒng)是目前的發(fā)展趨勢。綜合利用低品位熱能、高效率利用熱能、簡單化和一體化的地源熱泵系統(tǒng)等都是目前地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)的前沿課題。根據(jù)地源熱泵20年來的發(fā)展趨勢，其系統(tǒng)技術(shù)的

5、發(fā)展大致有如下三個方向：(1) 綜合利用熱能的趨勢。將來的地源熱泵系統(tǒng)不僅用于一般住宅、辦公用戶的供熱和制冷，更趨向于將供熱的廢棄能量(冷能)和制冷的廢棄能量(熱能)綜合利用，比如用供熱的廢棄冷能運轉(zhuǎn)冷藏庫、自動售貨機等，用制冷的廢棄熱能供應(yīng)溫室養(yǎng)殖、種植和生活熱水等。(2) 一體化趨勢。隨著新材料和新工藝的開發(fā)，將來的地源熱泵系統(tǒng)可能將熱泵的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與地上散熱系統(tǒng)一體化，使采熱和傳熱的效率更高。 (3) 實地建造的趨勢。隨著人們對居住和生活環(huán)境要求的不斷提高，越來越多的建筑物需要常年供暖、制冷、熱水和冷藏的功能。因此，充分利用建筑物的空間和周邊的自然環(huán)境和自然能源，因地制宜地設(shè)計、制造和配套

6、安裝相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)也將是一個發(fā)展方向。1.2 地源熱泵的優(yōu)點高效：地下土壤溫度一年四季基本恒定在16左右，略高于該地區(qū)平均溫度1到2度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點。 節(jié)能、省費用：冬季運行時，COP約為4.2，即投入1kw電能，可得到4kw的熱能，夏季運行時，COP可達5.3，投入1kw電能，可得到5kw的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3-4倍；并且熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的用電能耗。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能特點，決定了它的低運行費用。同比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)能50%-75%以上，讓您永無能源漲價危機與隱憂。零維護費用： 地埋管部分一旦運行使用，基本不需要任何維

7、修費用的投入。既減少了人力資源，又節(jié)約了大量的資金。綠色環(huán)保：地熱資源垂手可得，地源熱泵系統(tǒng)通過密閉水循環(huán)與土壤進行能源交換，不破壞地層結(jié)構(gòu)，不利用地下水資源、低噪音，又不排放廢氣和廢棄物，對空氣不造成熱污染，具備零污染的良好環(huán)保品質(zhì)。（供熱時沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌污染。）性能可靠：主機及系統(tǒng)匹配科學、合理，并選用世界名牌產(chǎn)品，高強度、高密度的聚氯乙烯管材均為進口原料生產(chǎn)，地耦運用新型的PE管，安全無毒，無腐蝕，柔韌性好、斷裂伸長率高，采用熱熔和電熔系統(tǒng)密封性能好、不泄漏，提供了安全運行的可靠性。壽命長：地埋管采用北歐化工原料，加工工藝及設(shè)備有很高的技

8、術(shù)要求，其壽命為50-70年，主機壽命為20-25年，基本上屬于一次性投資終身受益型項目。 一機多用：地源熱泵系統(tǒng)可供暖，制冷，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。 可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證大地熱量的平衡。 靈活控制、便于運行管理：自動化程度高，無需專業(yè)人員值守、操控，根據(jù)需要靈活控制，開關(guān)由己，冷暖自知，可以實現(xiàn)機組獨立計費，分戶分房間控制，方便業(yè)主對整個系統(tǒng)的管理。第二章 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)2.

9、1 室外氣象參數(shù)（1） 地理位置合肥市，位于東經(jīng)117.17°，北緯31.52°。（2） 室外氣象設(shè)計條件夏季空調(diào)室外干球溫度 夏季空調(diào)室外濕球溫度 夏季空調(diào)日平均溫度35.0028.2031.70夏季室外平均風速（m/s)夏季空調(diào)大氣透明度等級夏季大氣壓(Pa)2.605100090 采暖計算溫度 空調(diào)計算溫度 冬季平均風速 m/s 相對濕度%大氣壓(Pa)-3-72.575%102230（3） 室外平均風速 夏季：2.60 m/s 冬季：2.60 m/s2.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)確定表2-1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)季節(jié) 溫度（） 相對濕度（%）夏季 24 60冬季 20 60冬季熱負荷

10、類型為空調(diào)熱負荷。2.3 設(shè)計范圍本設(shè)計為某別墅地源熱泵空調(diào)設(shè)計，建筑面積約627 m2，空調(diào)面積約300m2。建筑高度10.8米。各層房間有臥室、廚房及衛(wèi)生間、陽臺、休閑區(qū)等。每層層高均為3.6米，門高2.4米，窗高1.5米。2.4 設(shè)計原則由于合肥屬于夏熱冬冷地區(qū)，熱泵設(shè)計應(yīng)以夏季降溫為主，兼顧冬季供暖，而一般地下管群的傳熱量冬季大于夏季，因此夏季能滿足要求，冬季一般也能達到要求，故本裝置按夏季工況設(shè)計。要求空調(diào)系統(tǒng)滿足國家及行業(yè)有關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求，利用國內(nèi)外先進的空調(diào)技術(shù)和設(shè)備，創(chuàng)建健康舒適的室內(nèi)空氣品質(zhì)及環(huán)境。第三章 負荷計算3.1 冷負荷計算見附表：合肥某別墅 熱負荷計算書3.2

11、熱負荷計算見附表：合肥某別墅 熱負荷計算書3.3工程負荷統(tǒng)計季節(jié)總負荷（含新風/全熱）(W)夏季冬季4153737008第四章 末端設(shè)備選型4.1 風機盤管的選型根據(jù)已經(jīng)得出的房間冷負荷、風機盤管風量、水壓降等選擇風機盤管的型號，各房間選取的風機盤管型號及數(shù)量列于下表：表4-1風機盤管的選型房間編號設(shè)備型號數(shù)量（臺）風量（kg/h）制冷量（W）制熱量（W）1001工人房1RCI-40FSNQ1970.4334596.92802.21002工人房2RCI-40FSNQ1970.4334596.92802.21003多功能廳RCI-40FSNQ11012.594382.73321.31004健身房

12、RCI-40FSNQ1817.5614097.73187.62001書房RCI-40FSNQ1444.0451620.72640.12002中式廚房RCI-40FSNQ1351.8261753.32337.92003西式廚房RCI-40FSNQ1391.5681844.42919.22004家庭室RCI-40FSNQ11053.194201.71093.42005餐廳RCI-40FSNQ1700.8243373.71039.42006客廳RCI-40FSNQ1948.6334362.7827.23001臥室1RCI-40FSNQ1641.9032319.72381.13002更衣間1RPK-2

13、8FSNQ1233.471927.7879.53003臥室2RCI-40FSNQ1204.313797.71133.23004主臥室RCI-40FSNQ11175.584061.33349.63005休息區(qū)RCI-40FSNQ1204.3134061.32697.73006更衣間2RPK-28FSNQ1444.0451620.7873.5第五章 空調(diào)水系統(tǒng)水力計算5.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計5.1.1 空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計原則空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)堅持的設(shè)計原則是：（1）管路考慮必要的坡度以排除空氣；（2）要解決好水處理與水過濾；（3）力求水力平衡；（4）變流量系統(tǒng)宜采用變頻調(diào)節(jié)；（5） 防止大流量小溫差；

14、（6）注意管網(wǎng)的保冷與保暖效果。5.1.2 空調(diào)供回水管的水力計算空調(diào)水系統(tǒng)按照管道的布置形式和工作原理，一般分為一下主要幾種類型：（1）按供、回水管道數(shù)量，分為：雙管制、三管制和四管制；（2）按供、回水干管的布置形式，分為：水平式和垂直式；（3）按供、回水在管道內(nèi)的流動關(guān)系，分為：同程式和異程式；（4）按原理分為：開式和閉式；（5）按調(diào)節(jié)方式分為：定流量和變流量。系統(tǒng)冷熱源的供冷、供熱用地源熱泵機組供給，房間不需要同時供冷、供熱，該設(shè)計中管路不與大氣接觸，在每層水系統(tǒng)的最高點和系統(tǒng)的最高點設(shè)排氣閥,以排除系統(tǒng)中積存的空氣，故選用閉式雙管系統(tǒng)，冷水、熱水共同使用一個管路，系統(tǒng)簡單，初投資較低。

15、干管的布置采用垂直異程式，一級泵、水泵變流量系統(tǒng)。5.2 空調(diào)水系統(tǒng)的水力計算采用控制比摩阻法，其計算步驟如下：（1）繪制冷水系統(tǒng)圖，對管段編號，標注長度和負荷；（2）確定合理的比摩阻；（3）根據(jù)各個管段的負荷、比摩阻及局部阻力系數(shù)確定管段的直徑，計算摩擦阻力和局部阻力；（4）并聯(lián)管路的阻力平衡；（5）計算系統(tǒng)的總阻力。見附表：水管水力計算表5.3 冷凝水管道設(shè)計5.3.1 設(shè)計原則在風機盤管機組、整體式空調(diào)器、組合式空調(diào)機組的運行過程中都會產(chǎn)生一定數(shù)量的冷凝水，必須及時予以排走，以保證系統(tǒng)安全有效的運行。排放冷凝水管道的設(shè)計，一般采用開式、非滿流自流系統(tǒng)。冷凝水管道設(shè)計應(yīng)注意以下事項：（1)

16、沿水流方向，水平管道應(yīng)保持不小于千分之三的坡度，且不允許有積水部位；（2）當冷凝水盤位于機組內(nèi)的負壓區(qū)段時，凝水盤的出水口處必須設(shè)置水封，水封的高度應(yīng)比凝水盤處的負壓（相當于水柱高度）大50%左右。水封的出口，應(yīng)與大氣相通；（3）冷凝水管道宜用聚氯乙烯塑料管，不必進行防結(jié)露的保溫和隔氣處理；（4）冷凝水立管的頂部，應(yīng)設(shè)計通向大氣的透氣管；（5）設(shè)計和布置冷凝水管路時，必須認真考慮定期沖洗的可能性，并應(yīng)設(shè)計安排必要的設(shè)施；（6） 冷凝水管的公稱直徑DN(mm)，應(yīng)根據(jù)通過冷凝水的流量計算確定。5.3.2 管徑確定一般情況下，冷凝水管的管徑設(shè)計遵循：管段承擔冷負荷小于等于7kw時，冷凝管徑為DN2

17、0，管段承擔冷負荷大于7kw小于等于17kw時，冷凝管徑為DN25，管段承擔冷負荷大于17kw小于等于100kw時，冷凝管徑為DN32。5.4 水系統(tǒng)安裝要求（1）閉式系統(tǒng)熱水管和冷水管設(shè)有0.003的坡度，當多管再一起敷設(shè)時，各管路坡向最好相同，以便采用共用支架。如因條件限制熱水和冷水管道可無坡度敷設(shè)，但管內(nèi)水流速不得小于0.25m/s，并應(yīng)考慮在變水量調(diào)節(jié)時，亦不應(yīng)小于此值；（2）閉式系統(tǒng)在熱水和冷水管路的每個最高點（當無坡度敷設(shè)時，在水平管水流的終點）設(shè)排氣裝置（集氣罐或自動排氣閥）。對于自動排氣閥應(yīng)考慮其損壞或失靈時易于更換的關(guān)斷措施，即在其與管道連接處設(shè)一個閥門。手動集氣罐的排氣管應(yīng)

18、接到水池或地漏，排氣管上的閥門應(yīng)便于操作；自動排氣閥的排氣管也最好接至室外或水池等，以防止其失靈漏水時，流到室內(nèi)或頂棚上；（3）與水泵接管及大管與小管連接時，應(yīng)防止氣囊產(chǎn)生。大管需由小管排氣時，大管與小管的連接應(yīng)為頂平，以防大管中產(chǎn)生氣囊；（4）系統(tǒng)的最低點設(shè)單獨放水的設(shè)備（如表冷器、加熱器等）的下部應(yīng)設(shè)帶有閥門的放水管，并接入地漏或漏斗。作為系統(tǒng)剛開始運行時沖刷管路和管路檢修時放水之用；（5）空調(diào)器、風機盤管等的表冷器（冷盤管）當處于負壓段時，其冷凝水的排水管設(shè)有水封，且排水管應(yīng)有不小于0.001的坡度。凝結(jié)水管徑較大時，最好作圓水封筒；（6）空調(diào)機房內(nèi)應(yīng)設(shè)地漏，以排出噴水室的放水，水泵、閥

19、門可能的漏水和表冷器的凝結(jié)水。地面的坡度應(yīng)坡向地漏，地面應(yīng)作防水處理。或者將可能有水的地方周圍設(shè)圍堰，圍堰內(nèi)設(shè)地漏，地面要防水。第六章 空調(diào)風系統(tǒng)設(shè)計6.1 風系統(tǒng)設(shè)計的一般原則（1） 合理而正確的劃分通風與空調(diào)風管系統(tǒng)。風管系統(tǒng)的劃分應(yīng)該遵循滿足通風與空調(diào)的要求、節(jié)能、運行管理方便、節(jié)省材料等原則。按照建筑物的不同使用功能、不同的使用時間、不同負荷的特點、不同的平面布置等正確地劃分風管系統(tǒng)。另外，還應(yīng)和水管路系統(tǒng)的劃分相結(jié)合。在設(shè)計中，同時考慮空調(diào)風系統(tǒng)與水系統(tǒng)才能獲得經(jīng)濟而合理的方案。（2） 合理布置風系統(tǒng)。風系統(tǒng)的總體布置與空調(diào)系統(tǒng)的造價、運行的經(jīng)濟性及運行效果的影響很大。因此，在設(shè)計中

20、，風系統(tǒng)的總體布置方案應(yīng)該是一個在初投資、運行費用和運行效果之間綜合考慮的折中方案。（3） 風管的斷面形式應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)結(jié)合，并力爭做到與建筑物空間完美統(tǒng)一。大風量系統(tǒng)斷面尺寸過大時，會降低建筑的使用高度，這時可采用多路并聯(lián)布置方式，以降低風管的截面高度。（4） 在風系統(tǒng)的設(shè)計中，如何減少風系統(tǒng)的流動阻力也是要考慮的重要原則。風系統(tǒng)流動總阻力是由風系統(tǒng)摩擦力和局部阻力組成。一般來說，減少風系統(tǒng)摩擦阻力的措施主要有：盡量采用表面光滑的材料制作風管；在允許范圍內(nèi)盡量降低管內(nèi)的風速；應(yīng)及時做好風管沒的清掃，以減少壁面的粗糙度。減少風系統(tǒng)的局部阻力的主要措施主要有：盡量減少或避免風管轉(zhuǎn)彎和風管斷面的突然

21、變化；圓形風管彎頭曲率徑宜大于1.5倍直徑；矩形彎頭內(nèi)、外側(cè)均宜采用圓弧；當外側(cè)采用直角時，內(nèi)側(cè)應(yīng)采用圓弧或斜邊，風管寬大于500mm時，彎頭內(nèi)還應(yīng)加裝導流葉片；支風管與主風管連接時，應(yīng)避免90度垂直連接避免合流三通內(nèi)出現(xiàn)氣流引射現(xiàn)象等。風管設(shè)計中，應(yīng)采用必要的噪聲控制技術(shù)，使建筑物內(nèi)達到允許的噪聲值。6.2 新風系統(tǒng)為了保證室內(nèi)空氣衛(wèi)生標準，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，必須采用新風系統(tǒng)，結(jié)合本設(shè)計理念，由于風機盤管承擔新風負荷，所以新風系統(tǒng)直接通過風管和引風機從室外引入新風送到室內(nèi)風機盤管處理到室內(nèi)狀態(tài)后跟室內(nèi)回風一塊送到室內(nèi)。風管形式及風管尺寸的確定根據(jù)新風量及相關(guān)規(guī)范選擇。6.3 風口風口對氣流組織有

22、著關(guān)鍵影響，根據(jù)送回風量選擇合適的風口，均勻分配，同時避免柱和梁的阻擋，最大可能的減少風量擾動對氣流產(chǎn)生的負面效應(yīng)，才能產(chǎn)生良好的氣流組織效果。 本設(shè)計風口選取的是海信日立空調(diào)-商用變頻SET-FREE FSN系列，壁掛式RPK-28FSN和四面出風嵌入式RCI-40FSN，安裝高度為3.2m，風口有效面積系數(shù)取0.8，頸部風速控制在35m/s。第七章 地源熱泵機組選擇計算7.1 地源熱泵機組選型計算該別墅的最大冷負荷Q=41.537 kw，考慮風機、風管、水管、冷水管及水箱溫升引起的附加冷負荷，修正后：Q修正=1.15*Q=47kw，該辦公樓的總設(shè)計負荷為47kw。因此，可以選擇1臺海信日立

23、空調(diào)-商用變頻SET-FREE FSN系列水水機組，型號為RAS-500FSNQ，機組重量460Kg。制冷工況：冷凍水進/出溫度：12/7；冷卻水進/出溫度30/35。 產(chǎn)品名稱： 海信日立空調(diào)-商用變頻SET-FREE FSN系列水水機組 熱泵機組特點：（1）一機多用，可以實現(xiàn)夏季制冷和冬季制熱，還可提供45的生活熱水（2）采用溫度相對穩(wěn)定的地下熱源，機組運行穩(wěn)定，高效節(jié)能（3）先進載荷平衡原理，主軸承設(shè)計壽命高達 10 萬小時（4）采用平衡壓縮設(shè)計，運行噪聲和振動極低，機組的應(yīng)用靈活性更好（5）多壓縮機設(shè)計，啟動電流小，具有良好的備用功能和優(yōu)異的部分負荷性能（6）調(diào)節(jié)方

24、便，根據(jù)負荷需求，自動對壓縮機進行開停機及增減載（7）可利用多種能源：地下水、土壤及各種余熱排水（8）全新微電腦控制，標準中文觸摸顯式屏，操作更加方便簡捷，可通過調(diào)制解調(diào)器對機組進行遠程監(jiān)視，并可與樓宇自控系統(tǒng)（BAS）聯(lián)網(wǎng)（9）機組工廠運行測試保證運行可靠，測試平臺通過美國 ARI 認證（10）機組生產(chǎn)程序獲得 ISO9001 認證7.2空調(diào)循環(huán)水泵設(shè)計計算7.2.1 水泵流量的確定 L= Q/(t×1.163 )×(1.15-1.2)式中 L冷凍水水流量，m3/h； Q總冷負荷，kw；t冷凍水進出水溫差，一般取4.55。根據(jù)上式計

25、算的L=8.6 m3/h。7.2.2 水泵揚程的確定(1) 制冷機組蒸發(fā)器水阻力：一般為57mH2O；(2) 末端設(shè)備（空氣處理機組、風機盤管等）表冷器或蒸發(fā)器水阻力：一般為46mH2O；回水過濾器阻力，一般為35mH2O；(3) 分水器、集水器水阻力：一般一個為3mH2O；(4) 制冷系統(tǒng)水管路沿程阻力和局部阻力損失：沿程阻力一般為比摩阻(100300Pa/m)每乘以管道長度.局部阻力為沿程阻力的50%。綜上所述，水泵揚程為上述阻力之和。因此水泵的揚程H=16.5 mH2O。 根據(jù)計算結(jié)果水泵的揚程與流量留一點余量，查中央空調(diào)設(shè)備選型手冊可以選擇IS立式離心水泵，選用兩臺，一用一備。性能參數(shù)

26、如下： 型號：ISG40-125 轉(zhuǎn)速：2900r/min 流量：4.48.8m3/h 揚程：21.018.0 電機功率：1.1kW 電機型號：JG1-17.3空調(diào)機房設(shè)計7.3.1 熱泵機組 為了提高熱泵機組在供熱工況下的能效比,要求盡量提高機組蒸發(fā)溫度。系統(tǒng)運行費用的高低是用戶首先關(guān)心的問題。供熱工況地埋管換熱器進出水溫度已經(jīng)確定,即機組蒸發(fā)器進出水溫度已經(jīng)確定,提高蒸發(fā)溫度的唯一辦法是減小蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器出水溫度的溫度差。采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范第6.2.2條指出,臥式殼管式蒸發(fā)器,蒸發(fā)溫度宜比冷水出口溫度低24度。一般冷水機組生產(chǎn)廠家設(shè)計蒸發(fā)溫度比蒸發(fā)器出水溫度低45度。筆者設(shè)計制熱

27、工況時機組蒸發(fā)器出水溫度為3度,(地埋管換熱器供暖工況進水溫度為3度)。這樣機組蒸發(fā)溫度要在0度以下,要求地埋管系統(tǒng)循環(huán)水中要加防凍液,這必然提高了工程費用,同時對機房內(nèi)金屬管道及金屬分、集水器要作相應(yīng)的防腐處理。筆者要求熱泵機組蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器出水溫度差<2度,此時蒸發(fā)溫度在0度以上,避免蒸發(fā)器內(nèi)發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。7.3.2 機房系統(tǒng)設(shè)計 機房內(nèi)安裝一個高架水箱,該水箱既是地埋管系統(tǒng)的膨脹定壓水箱,又是末端系統(tǒng)的給水箱。除末端系統(tǒng)分水器、集水器,機房內(nèi)還裝有地埋系統(tǒng)分水器、集水器。通過儀表可觀察地埋管系統(tǒng)水溫變化及系統(tǒng)阻力。通過閥門調(diào)整使各支路水力平衡。 在地埋管系統(tǒng)集水器的每個

28、支路閥門前裝有溫度測孔,可分別觀察每個支路回水溫度,也可通過閥門調(diào)整各支路流量以使各支路回水溫度接近,充分發(fā)揮每個地埋管換熱器的換熱功能。供冷、供熱工況轉(zhuǎn)換由機房管路上8個閥門啟閉來實現(xiàn)。供冷時末端系統(tǒng)水流經(jīng)機組蒸發(fā)器,地埋管系統(tǒng)水流經(jīng)機組冷凝器;供熱時末端系統(tǒng)水流經(jīng)機組冷凝器,地埋管系統(tǒng)水流經(jīng)機組蒸發(fā)器。兩套系統(tǒng)各有專用循環(huán)水泵。 第八章 地下埋管的設(shè)計與計算8.1 冬夏季地下?lián)Q熱量的確定冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量?？梢杂上率龉接嬎悖?Q1=Q1×(1+1/COP1 ) Q2=Q2×(11 /COP2 ) 式中 Q1夏季向土壤排放

29、的熱量，kW ；Q1夏季設(shè)計總冷負荷，kW ；Q2冬季從土壤吸收的熱量，kW ；Q2冬季設(shè)計總熱負荷，kW ；COP1設(shè)計工況下水源熱泵機組的制冷系數(shù)；COP2設(shè)計工況下水源熱泵機組的供熱系數(shù) 。COP在小機組制冷時可取4.55.0，制熱時取3.23.5； 在大機組制冷時可取5.05.6，制熱時取3.33.8。根據(jù)上式計算得Q1=54.5KW，Q2=25.4KW。取夏季地下?lián)Q熱量Q1=54.5KW進行計算。8.2 確定地下?lián)Q熱器的埋管形式 地源熱泵技術(shù)的關(guān)鍵是地下?lián)Q熱器的設(shè)計,地下?lián)Q熱器設(shè)計是整個設(shè)計的重點，也是本系統(tǒng)有別于其他系統(tǒng)之所在。地下埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其選擇的形

30、式是否合理，設(shè)計的是否正確，將關(guān)系到整個地源熱泵系統(tǒng)能否滿足要求和正常使用及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。最終確定地下?lián)Q熱器的埋管形式采用垂直U型埋管。8.3 地下?lián)Q熱器埋管管材及管徑的確定8.3.1 埋管管材的確定一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學性質(zhì)穩(wěn)定并且耐腐蝕。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中使用的金屬管材在這方面存在嚴重不足，且需要埋入地下的管道的數(shù)量較多，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用價格較低的管材。所以，土壤源熱泵統(tǒng)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，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；而PVC管材由于不易彎曲

31、，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。這里選取聚乙烯（PE100）。8.3.2 確定管徑 在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求： （1）管道要大到足夠保持最小輸送功率； （2）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。 顯然，上述兩個要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下,對更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mHO/100m當量長度以下。 本設(shè)計選取埋管管徑為De32。8.

32、4 豎井埋管管長的確定地下熱交換器長度的確定除了已確定的系統(tǒng)布置和管材外，還需要有當?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。 在實際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為70110W/m(井深)，或3555W/m(管長)，水平埋管為2040W/m（管長）左右。 設(shè)計時可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），具體計算公式如下： L= 式中 L 豎井埋管總長，m ； Q1 夏季向土壤排放的熱量，kW ； 分母“0.035”是夏季每m管長散熱量，KW/m 。根據(jù)上式計算得L=1557m。8.5豎井數(shù)目及間距的確定8.5.1豎井數(shù)

33、目的確定 國外，豎井深度多數(shù)采用 50100m，設(shè)計者可以在此范圍內(nèi)選擇一個豎井深度H，代入下式計算豎井數(shù)目: N=L/2H 式中 N豎井總數(shù)，個 ； L豎井埋管總長，m ； H豎井深度，m ； 分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管的管長約等于豎井深度的2倍。 取豎井深度H=100m， 根據(jù)上式計算得N=7.8，然后對計算結(jié)果進行圓整，若計算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否則鉆孔和安裝成本將大大增加。確定豎井數(shù)目為8。8.5.2 冬夏季熱平衡的計算及豎井間距的確定 （1）土壤熱平衡問題的由來 土壤源熱泵依靠土壤換熱器（ground heat exchanger）從地下土壤中提取溫差能，雖然熱

34、泵機組的熱源和熱匯都是擴散半徑范圍內(nèi)的土壤溫差，但土壤換熱器夏季累計向土壤的放熱與冬季從土壤的取熱量一般并不一致，這樣長期取放熱量不平衡的堆積會超過土壤自身對熱量的擴散能力，造成其溫度不斷偏離其初始溫度，并導致冷卻水溫度隨之變化和系統(tǒng)運行效率逐年下降，這即通常稱謂的土壤源熱泵熱平衡問題。土壤源熱泵周期運行后土壤溫度出現(xiàn)上升和下降是土壤熱量收支失衡的兩種后果，都對系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行不利。如果土壤源熱泵系統(tǒng)承擔全部空調(diào)負荷，大多數(shù)情況下其全年從土壤的取放熱量是不平衡的，在我國主要的可能性表現(xiàn)為散熱量多于取熱量。這主要是由于供冷季、供暖季持續(xù)時間和負荷強度有明顯差異，而且夏季土壤還要承擔制冷機組和水泵

35、等設(shè)備散熱造成的。 （2）豎井間距的確定 關(guān)于豎井間距有資料指出： U型管豎井的水平間距一般為4.5m，也有實例中提到DN25的U型管，其豎井水平間距為6m，而DN20的U型管，其豎井水平間距為3m。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置來節(jié)約占地面積。根據(jù)上式計算得Q1=54.5KW，Q2=25.4KW，冬夏季與土壤換熱量明顯不平衡，本設(shè)計中的豎井間距適當增大取5m。8.6地下?lián)Q熱器循環(huán)水泵的選型8.6.1 循環(huán)水泵的確定 水泵是中央空調(diào)的主要設(shè)備之一。 水泵的選擇原則及注意事項：首先要滿足最高運行工況的流量和揚程，并使水泵的工作狀態(tài)點處于高效率范圍；泵的流量和揚程應(yīng)有1020%的富裕量；當流

36、量較大時，宜考慮多臺并聯(lián)運行，并聯(lián)臺數(shù)不宜超過3臺，并應(yīng)盡可能選擇同型號水泵；供暖和空調(diào)系統(tǒng)中的循環(huán)水泵，宜配備一臺備用水泵；選泵時必須考慮系統(tǒng)靜壓對泵體的影響，注意水泵殼體和填料的承壓能力以及軸向推力對密封環(huán)和軸封的影響，在選用水泵時應(yīng)注明所承受的靜壓值，必要時有制造廠家做特殊處理。 水泵的形式的選擇與水管系統(tǒng)的特點、安裝條件、運行調(diào)節(jié)要求和經(jīng)濟性等有關(guān)。選擇水泵所依據(jù)的流量L和壓頭P如下確定： 水泵揚程 P=(1.11.2)Hmax ，KPa 式中 Hmax管網(wǎng)最不利環(huán)路總阻力計算值，KPa； 1.11.2為放大系數(shù)。 水泵流量 L=(1.11.2) Lmax， m3/h 式中 Lmax設(shè)

37、計最大流量 1.11.2為放大系數(shù)，水泵單臺工作時取1.1，多臺并聯(lián)工作時取1.2。 在前面已經(jīng)計算出L=4.6 m3/h，H=16 m H2O。 所以Lmax=5.06 m3/h，Hmax=17.6 m H2O。 根據(jù)計算結(jié)果水泵的揚程與流量留一點余量，查中央空調(diào)設(shè)備選型手冊可以選擇IS立式離心水泵，選用兩臺，一用一備。性能參數(shù)如下： 型號：ISG40-125 轉(zhuǎn)速：2900r/min 流量：4.48.3 m3/h 揚程：21.018.0 m 電機功率：1.1kW 電機型號：JG1-18.6.2 水泵配管布置 進行水泵的配管布置時，應(yīng)注意以下幾點：（1）安裝軟性接管：在連接水泵的吸入管和壓出

38、管上安裝軟性接管，有利于降低和減弱水泵的噪聲和振動的傳遞。（2）出口裝止回閥：目的是為了防止突然斷電時水逆流而時水泵受損。（3）水泵的吸入管和壓出管上應(yīng)分別設(shè)進口閥和出口閥；目的是便于水泵不運行能不排空系統(tǒng)內(nèi)的存水而進行檢修。（4）水泵的出水管上應(yīng)裝有溫度計和壓力表，以利檢測。如果水泵從地位水箱吸水，吸水管上還應(yīng)該安裝真空表。（5）水泵基礎(chǔ)高出地面的高度應(yīng)小于0.1m，地面應(yīng)設(shè)排水溝。8.7閥門安裝 水系統(tǒng)的閥門可采用閘閥、止回閥、球閥，對于大管路可采用蝶閥，選用閥門時，應(yīng)和系統(tǒng)的承壓能力相適應(yīng)，閥門型號應(yīng)與連接管管徑相同。 閥門的作用一為檢修時關(guān)斷用，一為調(diào)節(jié)用。當需定量調(diào)節(jié)流量時，可采用平衡閥。平衡閥可以兼作流量測定、流量調(diào)節(jié)、關(guān)斷和排污用。一般在下列地點設(shè)閥門：（1）水泵的進口和出口；（2）系統(tǒng)的總?cè)肟?、總出口；各分支環(huán)路的入口和出口；（3）熱交換器、表冷器、加熱器