畢業(yè)設(shè)計(jì)之土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法資料

1、土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法0引言隨著我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高，而供熱系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)是建筑能耗的主要組成部分，因此，設(shè)法減小這兩部分能耗意義非常顯著。地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的系統(tǒng)10冬季通過吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，向建筑物供熱；夏季向大地釋放熱量，給建筑物供冷。相應(yīng)地，地源熱泵系統(tǒng)分土壤源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)3種形式。土壤源熱泵系統(tǒng)的核心是土壤耦合地?zé)峤粨Q器。地下水熱泵系統(tǒng)分為開式、閉式兩種：開式是將地下水直接供到熱泵機(jī)組，再將井水回灌到地下；閉式是將地下水連接到板式換熱器，需要二次換熱。地表水熱泵

2、系統(tǒng)與土壤源熱泵系統(tǒng)相似，用潛在水下并聯(lián)的塑料管組成的地下水熱交換器替代土壤熱交換器。雖然采用地下水、地表水的熱泵系統(tǒng)的換熱性能好，能耗低，性能系數(shù)高于土壤源熱泵，但由于地下水、地表水并非到處可得，且水質(zhì)也不一定能滿足要求，所以其使用范圍受到一定限制。國外(如美國、歐洲)主要研究和應(yīng)用的地源熱泵系統(tǒng)以及我國理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)均是土壤源熱泵系統(tǒng)。目前缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及較具體的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，本文進(jìn)行了初步探討,以供參考。1土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟(1)建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量計(jì)算建筑物冷熱負(fù)荷計(jì)算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算方法相同，可參考有關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，在此不再贅述。冬夏季地

3、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。可以由下述公式2計(jì)算：J(121=01*1+11cop.1JkW(1)(1=烏X1-COPkLU與JkW其中Q/夏季向土壤排放的熱量，kWQ夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kWQ/冬季從土壤吸收的熱量，kWQ冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kWCOP-設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)COP-設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)COP、一般地，水源熱泵機(jī)組的產(chǎn)品樣本中都給出不同進(jìn)出水溫度下的制冷量、制熱量以及制冷系數(shù)、供熱系數(shù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)從樣本中選用設(shè)計(jì)工況下的COP0若樣本中無所需的設(shè)計(jì)工況，可以采用插值法計(jì)算。(2)地下熱交換器設(shè)計(jì)這部分是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)

4、容，主要包括地下熱交換器形式及管材選擇，管徑、管長及豎井?dāng)?shù)目、間距確定，管道阻力計(jì)算及水泵選型等。(在下文將具體敘述)(3)其它2地下熱交換器設(shè)計(jì)2.1 選擇熱交換器形式2.1.1 水平（臥式）或垂直（立式）在現(xiàn)場勘測結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮現(xiàn)場可用地表面積、當(dāng)?shù)赝寥李愋鸵约般@孔費(fèi)用，確定熱交換器采用垂直豎井布置或水平布置方式。盡管水平布置通常是淺層埋管，可采用人工挖掘，初投資一般會(huì)便宜些，但它的換熱性能比豎埋管小很多3,并且往往受可利用土地面積的限制，所以在實(shí)際工程中，一般采用垂直埋管布置方式。根據(jù)埋管方式不同，垂直埋管大致有3種形式：（1）U型管（2）套管型（3）單管型（詳見2）0套管型的內(nèi)、外

5、管中流體熱交換時(shí)存在熱損失。單管型的使用范圍受水文地質(zhì)條件的限制。U型管應(yīng)用最多，管徑一般在50mmz下，埋管越深，換熱性能越好，資料表明4:最深的U型管埋7已達(dá)180nlUH管的典型環(huán)路有3種（詳見1）,其中使用最普遍的是每個(gè)豎井中布置單UH管。2.1.2 串聯(lián)或并聯(lián)地下熱交換器中流體流動(dòng)的回路形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，用聯(lián)系統(tǒng)管徑較大，管道費(fèi)用較高，并且長度壓降特性限制了系統(tǒng)能力。并聯(lián)系統(tǒng)管徑較小，管道費(fèi)用較低，且常常布置成同程式，當(dāng)每個(gè)并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時(shí)，其換熱量相同，具壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力。因此，實(shí)際工程一般都采用并聯(lián)同程式。結(jié)合上文，即常采用單U型管并聯(lián)同程的熱交換器形式。2.

6、2 選擇管材一般來講，一旦將換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，這就要求保證埋入地下管材的化學(xué)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(yán)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(jià)格較低的管材。所以，土壤源熱泵系統(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PVCT材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。2.3 確定管徑在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求2:（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

7、紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然，上述兩個(gè)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20mm25mm32mm40mm50mm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/100m3量長度以下1 2.4確定豎井埋管管長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(dāng)?shù)氐耐寥兰夹g(shù)資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。文獻(xiàn)2介紹了一種計(jì)算方法共分9個(gè)步驟，很繁瑣，并且部分?jǐn)?shù)據(jù)不易獲得。在實(shí)際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計(jì)算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單

8、位管長的換熱量，一般垂直埋管為70110W/m/7?）,或3555W/m（t長）,水平埋管為2040W/m（管長）左右3。設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35W/m（管長），具體計(jì)算公式如下：35其中QJ豎井埋管總長，mL夏季向土壤排放的熱量，kW分母“35”是夏季每mt長散熱量，W/m2.5 確定豎井?dāng)?shù)目及間距國外，豎井深度多數(shù)采用50100m2,設(shè)計(jì)者可以在此范圍內(nèi)選擇一個(gè)豎井深度H,代入下式計(jì)算豎井?dāng)?shù)目：N=(4)出其中N豎井總數(shù)，個(gè)L豎井埋管總長，mH豎井深度，m分母“2”是考慮到豎井內(nèi)埋管管長約等于豎井深度的2倍。然后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，若計(jì)算結(jié)果偏大，可以增加豎井深度，但不能太深，否

9、則鉆孔和安裝成本大大增加。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4.5m3,也有實(shí)例中提到DN25JU型管，其豎井水平間距為6m,而DN20JU型管，其豎井水平間距為3m4o若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置(詳見2)來節(jié)約占地面積。2.6 計(jì)算管道壓力損失在同程系統(tǒng)中，選擇壓力損失最大的熱泵機(jī)組所在環(huán)路作為最不利環(huán)路進(jìn)行阻力計(jì)算。可采用當(dāng)量長度法，將局部阻力件轉(zhuǎn)換成當(dāng)量長度，和管道實(shí)際長度相加得到各不同管徑管段的總當(dāng)量長度，再乘以不同流量、不同管徑管段每100mt道的壓降，將所有管段壓降相加，得出總阻力。2.7 水泵選型根據(jù)上述計(jì)算最不利環(huán)路所得的管道壓力損失，再加上熱泵機(jī)組、

10、平衡閥和其他設(shè)備元件的壓力損失，確定水泵的揚(yáng)程，需考慮一定的安全裕量。根據(jù)系統(tǒng)總流量和水泵揚(yáng)程，選擇滿足要求的水泵型號及臺(tái)數(shù)。2.8 校核管材承壓能力管路最大壓力應(yīng)小于管材的承壓能力。若不計(jì)豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚(yáng)程一半的總和1,即：尸=尸。+坦以+Q5P3其中P管路最大壓力，PaP。一一建筑物所在的當(dāng)?shù)卮髿鈮?，PaP一地下埋管中流體密度，kg/m3g當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，m/s2h一地下埋管最低點(diǎn)與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)的高度差，mPh一一水泵揚(yáng)程，Pa3其它3.1 與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)類似，需在高于閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)處（一般為1m）設(shè)計(jì)膨脹水箱或膨脹

11、罐，放氣閥等附件。3.2 在某些商用或公用建筑物的地源熱泵系統(tǒng)中，系統(tǒng)的供冷量遠(yuǎn)大于供熱量，導(dǎo)致地下熱交換器十分龐大，價(jià)格昂貴，為節(jié)約投資或受可用地面積限制，地下埋管可以按照設(shè)計(jì)供熱工況下最大吸熱量來設(shè)計(jì)，同時(shí)增加輔助換熱裝置（如冷卻塔+板式換熱器，板式換熱器主要是使建筑物內(nèi)環(huán)路可以獨(dú)立于冷卻塔運(yùn)行）承擔(dān)供冷工況下超過地下埋管換熱能力的那部分散熱量。該方法可以降低安裝費(fèi)用，保證地源熱泵系統(tǒng)具有更大的市場前景，尤其適用于改造工程14設(shè)計(jì)舉例4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)上海某復(fù)式住宅空調(diào)面積212mL4.1.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室外干球溫度tw=34C,濕球溫度ts=28.2C冬季室外干球溫度tw=-4C,相

12、對濕度小=75%4.1.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室內(nèi)溫度tn=27C,相對濕度a=55%冬季室內(nèi)溫度tn=20C,相對濕度a=45%4.2 計(jì)算空調(diào)負(fù)荷及選擇主要設(shè)備參考常規(guī)空調(diào)建筑物冷熱負(fù)荷的計(jì)算方法，計(jì)算得到各房間冷熱負(fù)荷并選擇風(fēng)機(jī)盤管型號；考慮房間共用系數(shù)（取0.8）,得到建筑物夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為24.54kW,冬季設(shè)計(jì)總熱符負(fù)荷為16.38kW,選擇WPWD072水源熱泵機(jī)組2臺(tái)，本設(shè)計(jì)舉例工況下的COP=3.3,COP=3.7。4.3 計(jì)算地下負(fù)荷根據(jù)公式（1）、（2）計(jì)算得21=01/+-1=245，+上|-31.98kW7yCOFJ3.3），1I1q=0x=1633x1-=11.95

13、二。即kW）kW取夏季向土壤排放的熱量Q/進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。4.4 確定管材及埋管管徑選用聚乙烯管材PE63（SDR11,并聯(lián)環(huán)路管徑為DN2Q集管管徑分別為DN25DN32DN4。DN5Q如圖1所示。4.5 確定豎井埋管管長根據(jù)公式（3）計(jì)算得re/xlOQO31.98X10002m4.6 確定豎井?dāng)?shù)目及間距選取豎井深度50m,根據(jù)公式（4）計(jì)算得“L914”N=9.142KH2x50個(gè)圓整后取10個(gè)豎井，豎井間距取4.5m。4.7 計(jì)算地埋管壓力損失參照本文2.6介紹的計(jì)算方法，分別計(jì)算123456789一10-11111各管段的壓力損失，得到各管段總壓力損失為40kPa。再加上連接到熱泵機(jī)組

14、的管路壓力損失，以及熱泵機(jī)組、平衡閥和其他設(shè)備元件的壓力損失，所選水泵揚(yáng)程為15mHO4.8校核管材承壓能力上海夏季大氣壓力P。=100530Pa,水的密度p=1000kg/m3,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2,高度差h=50.5m重力作用靜壓pgh=494900Pa水泵揚(yáng)程一半0.5ph=7.5mH2。=73529Pa因此，管路最大壓力p=po+pgh+0.5ph=668959Pa(約0.7Mpa)聚乙烯PE63(SDR1D額定承壓能力為1.0MPa,管材滿足設(shè)計(jì)要求。5結(jié)論地源熱泵系統(tǒng)在我國長江流域及其周圍地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景，但有關(guān)影響土壤源熱泵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要因素(如地下熱交換器

15、的傳熱強(qiáng)化、土壤性質(zhì)等)的研究還很有限，設(shè)計(jì)時(shí)大致可以遵循以下原則：(1)若建筑物周圍可利用地表面積充足，應(yīng)首先考慮采用比較經(jīng)濟(jì)的水平埋管方式；相反,若建筑物周圍可利用地表面積有限，應(yīng)采用豎直U型埋管方式。(2)盡管可以采用串聯(lián)、并聯(lián)方式連接埋管，但并聯(lián)方式采用小管徑，初投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低，所以在實(shí)際工程中常用，且為了保持各并聯(lián)環(huán)路之間阻力平衡，最好設(shè)計(jì)成同程式。(3)選擇管徑時(shí)，除考慮安裝成本外，一般把各管段壓力損失控制在4mHO/100m(當(dāng)量長度)以下，同時(shí)應(yīng)使管內(nèi)流動(dòng)處于紊流過渡區(qū)。、乙刖日我國每年大約有20億平方米的建筑總量，接近全球年建筑總量的一半，建筑能耗約占全國社會(huì)終端總能耗

16、的27.6%,因此建筑節(jié)能勢在必行。可再生能源在建筑中的應(yīng)用是建筑節(jié)能工作的重要組成部分。地源熱泵系統(tǒng)作為可再生能源應(yīng)用的主要途徑之一，同時(shí)也是最利于與太陽能供熱系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)形式，近年來在國內(nèi)得到了日益廣泛的應(yīng)用。在大型商業(yè)建筑和公用建筑中，合理空調(diào)方案的確定是個(gè)至關(guān)重要的問題。按負(fù)擔(dān)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷所用介質(zhì)分類，空調(diào)系統(tǒng)可分為全空氣系統(tǒng)、全水系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)。每種空調(diào)系統(tǒng)都有各自的適用性，對于建筑空間大，易于布置風(fēng)道且對室內(nèi)溫、濕度潔凈度控制要求嚴(yán)格的場合，適合用全空氣系統(tǒng)。全水系統(tǒng)適合用于建筑空間小，不易于布置風(fēng)道的場合?？諝?水系統(tǒng)適用于室內(nèi)溫、濕度控制要求一般且層高較低，冷

17、、濕負(fù)荷也較小的場合。對于空調(diào)房間布置分散，要求靈活控制空調(diào)使用時(shí)間且無法設(shè)置集中式冷、熱源的場合適合用冷劑系統(tǒng)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)消化和鞏固大學(xué)四年學(xué)習(xí)的本專業(yè)全部理論知識和實(shí)際知識，并將它應(yīng)用到工程實(shí)踐中去解決工程的實(shí)際問題，熟悉有關(guān)的技術(shù)法規(guī)內(nèi)容，培養(yǎng)施工設(shè)計(jì)的思維能力和制圖技巧及對工程技術(shù)的認(rèn)真態(tài)度。第1章概述1.1 建筑概況1.1.1 設(shè)計(jì)地點(diǎn)山東省青島市。1.1.2 建筑物土建資料見土建資料圖紙。1.1.3 建筑物使用功能本次設(shè)計(jì)為商住兩用建筑，一到五號樓。本次設(shè)計(jì)不考慮住宅部分。總占地面積約為8000nl、空調(diào)面積為約18807褶。樓底部作沿街店鋪，小區(qū)配套服務(wù)設(shè)施，及設(shè)備用房。臺(tái)湛路

18、一層二層做商場，延安三路一層二層作沿街商鋪。工程地下室作為地下車庫。1.1.4 建筑物的周圍環(huán)境本設(shè)計(jì)建筑物位于青島市市北區(qū)，延安三路與臺(tái)湛路交界處。1.1.5 建筑物所在地區(qū)土質(zhì)資料根據(jù)勘探井的資料得知設(shè)計(jì)地點(diǎn)土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，輕微潮濕，土壤導(dǎo)熱系數(shù)為1.8W/(m.K)左右，且地下八十米以上是非巖層地帶，土壤導(dǎo)熱情況良好，適合于作為熱泵系統(tǒng)的冷熱源。1.2土壤源熱泵1.2.1熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)a.熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用低位再生能的熱泵技術(shù)，具特點(diǎn)如下：(1)用能遵循了能量的循環(huán)利用原則，避免了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)用能的單向性。向建筑物的單向性用能所謂用能的單向性是指熱源消耗高位能(電、燃?xì)?、油與煤等)內(nèi)提供

19、低溫的熱量向環(huán)境排放廢物(廢熱、廢氣、廢渣等)模式。它是一種仿效自然生態(tài)過程物質(zhì)循環(huán)模式的部分熱量循環(huán)使用的用能模式，實(shí)現(xiàn)熱能的級別提升。(2)合理利用高位能的模范。熱利用高位能作為驅(qū)動(dòng)能源，推動(dòng)動(dòng)力機(jī)(如電機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)、燃油機(jī)等)，然后再由動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)(如制冷機(jī))運(yùn)行。工作機(jī)像泵一樣，把低位熱能輸送至高位以向用戶供暖實(shí)現(xiàn)了科學(xué)配置能源。(3)用大量的低溫再生能源替代常規(guī)空調(diào)中的高位能。通過熱泵技術(shù)，將貯存在土壤、地下水、地表水或空氣中的自然低品位能源，以及生產(chǎn)和生活中排放的廢熱，用于建筑物的采暖和熱水供應(yīng)。(4)暖通空調(diào)供熱一般來說都是低位熱源，如風(fēng)機(jī)盤管只需要5060C熱水,地板輻射采暖

20、一般要求提供的熱水溫度低于50C,這為使用熱泵創(chuàng)造了提高性能系數(shù)的條件。也就是說，在暖通空調(diào)工程中采用熱泵有利于提高它的制熱性能系數(shù)b.實(shí)際工程中較常見的有空氣源熱泵和地源熱泵，地源熱泵又包括地下水源熱泵，地表水熱泵，土壤源熱泵。 1)空氣源熱泵系統(tǒng)簡單，初投資較低。但是不夠穩(wěn)定，其效率容易受室外氣象參數(shù)的影響，在夏季高溫和冬季寒冷天氣時(shí)熱泵的效率較低，而這時(shí)候熱負(fù)荷和冷負(fù)荷的需求都比較大。但是在供熱季節(jié)，如果室外氣溫過低，空氣源熱泵的供熱能力衰減大，并且有的蒸發(fā)器結(jié)霜之虞，需要進(jìn)行定期除霜，增加系統(tǒng)運(yùn)行能耗。 4)地源熱泵 .地下水源熱泵此種系統(tǒng)采用地下水，會(huì)對地下生態(tài)造成一定的影響。 .地

21、表水熱泵由提供的設(shè)計(jì)原始資料，未發(fā)現(xiàn)該建筑周圍由大量的地表水資源。 .土壤源熱泵根據(jù)本建筑所處地理位置，離江河湖泊較遠(yuǎn)，同時(shí)考慮到對地下生態(tài)環(huán)境的影響，采用地埋管熱泵系統(tǒng)。因每年傳給土壤的冷熱量不同，夏季采用冷卻塔輔助散熱，維持地下的熱平衡。地源熱泵的地下?lián)Q熱器所處的位置是在地殼中的淺層地表土壤中土壤的類型、熱特性、熱傳導(dǎo)性、密度、濕度等對地源熱泵系統(tǒng)的性能影響較大。根據(jù)地質(zhì)鉆探可知濟(jì)南地區(qū)淺層土是以粘土、亞粘土及粉砂為主的軟土，屬于第四世紀(jì)沉積層，且土壤潮濕，地下水位高，是埋管系統(tǒng)較適合的土壤類型。由于本次設(shè)計(jì)中建筑物分布較密集，所留空間不適宜做水平埋管，因此本次設(shè)計(jì)選用垂直埋管系統(tǒng)形式。在

22、2011年聊城舉辦的山東省暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會(huì)上，中國建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院徐偉院長，做的中國地源熱泵應(yīng)用適宜性評價(jià)學(xué)術(shù)報(bào)告中指出，青島是適宜采用土壤源熱泵的地區(qū)。該學(xué)術(shù)報(bào)告，從巖土體資源性條件和土壤源系統(tǒng)系條件兩方面，有針對性的做了土壤源熱泵適宜性研究分析，該分析具體從土壤平均溫度、節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保性、平衡性，包括系統(tǒng)能效比，投資回收期，標(biāo)煤替代量，吸排熱量不平衡率等方面，綜合分析比較后，給出了中國土壤熱泵適宜性分區(qū)圖，濟(jì)南處于采用土壤源熱泵系統(tǒng)的適宜性分區(qū)范圍內(nèi)。該分區(qū)圖如下所示：圖1-1中國土壤源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)圖因此，本設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源采用土壤源熱泵1.3空調(diào)系統(tǒng)

23、1.3.1 常用空調(diào)系統(tǒng)的比較在大型商業(yè)建筑和公用建筑中，合理空調(diào)方案是個(gè)至關(guān)重要的問題。按負(fù)擔(dān)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷所用介質(zhì)分類，空調(diào)系統(tǒng)可分為全空氣系統(tǒng)、全水系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)。其各自的特點(diǎn)如下：a.全空氣系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)用于消除室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷與潛熱冷負(fù)荷的全空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)中空氣必須經(jīng)冷卻和去濕處理后送入室內(nèi)。至于房間的采暖可以用這同一套系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，即在系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)空氣加熱和加濕（也可以不加濕）設(shè)備；也可以用另外采暖系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。集中式全空氣空調(diào)系統(tǒng)是用得最多的一種系統(tǒng)形式，尤其是空氣參數(shù)控制要求嚴(yán)格的工藝性空調(diào)大多采用這種系統(tǒng)?；焐崾较祴蓤D1-2系統(tǒng)原理和構(gòu)成圖1-3組合式空調(diào)處理機(jī)組合

24、式空調(diào)處理機(jī)構(gòu)成：混合段、表冷段、加熱段、風(fēng)機(jī)段、過濾段、加濕段中間段等。全空氣系統(tǒng)中央空調(diào)在北美地區(qū)應(yīng)用廣泛，在加拿大、美國別墅及娛樂場所基本都是采用這種系統(tǒng)來制冷供暖。全空氣系統(tǒng)中央空調(diào)是真正意義上的四度空調(diào)除了解決基本的冷暖、對室內(nèi)空氣的新鮮度、潔凈度、濕度都可以自由調(diào)節(jié)。溫度:可通過系統(tǒng)的溫控器來自由調(diào)節(jié)室內(nèi)理想舒適的溫度?？諝庑迈r度：系統(tǒng)可把室外的新鮮空氣過濾處理后進(jìn)行室內(nèi)空氣更換，讓室內(nèi)環(huán)境更加清新，春秋兩季可單獨(dú)開啟換氣新風(fēng)而不開空調(diào)，因此節(jié)能?？諝鉂穸龋褐醒爰訚裣到y(tǒng)與空氣系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合。利用中央加濕器調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，從此不會(huì)再因空氣干燥而出現(xiàn)靜電、皮膚干燥等狀況?？諝鉂崈舳龋嚎諝?/p>

25、凈化系統(tǒng)可除去花粉、煙氣、灰塵等細(xì)小雜質(zhì)，讓室內(nèi)更加潔凈健康和舒適。但是全空氣系統(tǒng)也有一些不可避免的缺點(diǎn)，由于風(fēng)道尺寸大，所占空間較大，因此空調(diào)機(jī)房較大，難以設(shè)置；送風(fēng)動(dòng)力大，與空氣一水方式比較耗電多。b.空氣-水系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)空氣-水系統(tǒng)工作原理：冷、熱源由空調(diào)機(jī)房提供，房間內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管，承擔(dān)冷、熱負(fù)荷，新風(fēng)系統(tǒng)向房間內(nèi)補(bǔ)充新風(fēng)，承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷。本次設(shè)計(jì)采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)的方案。下圖是本次設(shè)計(jì)采用的典型的風(fēng)機(jī)盤管和空氣處理機(jī)-全熱交換圖1-4臥室暗裝風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)房間的使用狀況確定風(fēng)機(jī)盤管的啟停I具有個(gè)別控制的優(yōu)越性，控制靈活，可靈活地調(diào)節(jié)各房間的溫度；容易

26、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分區(qū)控制，冷熱負(fù)荷能夠按房間朝向，使用目的，使用時(shí)間等把系統(tǒng)分割為若干區(qū)域系統(tǒng)，實(shí)施分區(qū)控制；風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組體型小，占地小，布置和安裝方便，甚至適合于舊有建筑的改造。風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)也具有如下的缺點(diǎn)：室內(nèi)空氣品質(zhì)比較差，很難進(jìn)行二級過濾且易發(fā)生凝結(jié)水滲頂事故，因機(jī)組分散設(shè)置，臺(tái)數(shù)較多，維修管理工作量大。c.冷劑系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)VRV空調(diào)系統(tǒng)是在電力空調(diào)系統(tǒng)中，通過控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)和進(jìn)入室內(nèi)換熱器的制冷劑流量，適時(shí)地滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷要求的高效率冷劑空調(diào)系統(tǒng)。其工作原理是：由控制系統(tǒng)采集室內(nèi)舒適性參數(shù)、室外環(huán)境參數(shù)和表征制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀況的狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化準(zhǔn)則和人體舒適性準(zhǔn)

27、則，通過變頻等手段調(diào)節(jié)壓縮機(jī)輸氣量，并控制空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)扇、電子膨脹閥等一切可控部件，保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性，并使空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定工作在最佳工作狀態(tài)。下圖是該系統(tǒng)的工作原理圖：冷凝器圖1-5VRV系統(tǒng)工作原理圖VRV系統(tǒng)由室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)和冷媒配管三部分組成。一臺(tái)室外機(jī)通過冷媒配管連接到多臺(tái)室內(nèi)機(jī)，根據(jù)室內(nèi)機(jī)電腦板反饋的信號，控制其向內(nèi)機(jī)輸送的制冷劑流量和狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)不同空間的冷熱輸出要求。VRV系統(tǒng)具有節(jié)能、舒適、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且各房間可獨(dú)立調(diào)節(jié)，能滿足不同房間不同空調(diào)負(fù)荷的需求。但該系統(tǒng)對管材材質(zhì)、制造工藝、現(xiàn)場焊接等方面要求非常高，且其初投資比較高。其控制系統(tǒng)由廠家進(jìn)行集成，因此無需進(jìn)行

28、后期開發(fā)，多數(shù)廠家更在其產(chǎn)品基礎(chǔ)上推出了多種功能齊全的智能控制系統(tǒng)，如大金的i-Manager系統(tǒng),用于大型樓宇的集中管理，相對傳統(tǒng)中央空調(diào)，其集控的設(shè)計(jì)、施工、使用更加便利，功能也更人性化。但是它也有一些缺點(diǎn)：設(shè)備初投資高；低溫條件下、制熱性能下降1.3.2 本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通過對幾種空調(diào)系統(tǒng)形式的比較分析，結(jié)合本項(xiàng)目建筑物特點(diǎn)，功能及房間溫濕度潔凈度及舒適度等要求最終確定本項(xiàng)目采用全空氣系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)綜合調(diào)節(jié)的系統(tǒng)形式。對于沿臺(tái)湛路一層二層的商場為大空問，選用全空氣系統(tǒng)。對于店鋪及商鋪及社區(qū)服務(wù)用房由于房間分布密集,面積較小選用風(fēng)機(jī)盤管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)。第2章空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算

29、2.1 室內(nèi)外空氣的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)2.1.1 青島地區(qū)室外氣象參數(shù)由采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50019-2003查得:表2-1青島市冬夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù)基本參數(shù)國家省份城巾經(jīng)度(E)緯度(N)中國山東省青島120.2036.04海拔(m)年平均氣溫(C)極端最低氣溫(C)極端最高氣溫(C)大氣透明度等級7612.2-15.535.45冬季參數(shù)冬季大氣壓(Pa)冬季室外通風(fēng)計(jì)算干球溫度(C)冬季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度(C)冬季室外空調(diào)相對濕度(%)冬季室外平均風(fēng)速(m/s)101690-1-9625.7更季參夏季人氣壓(Pa)夏季室外空調(diào)計(jì)算日平均溫度(C)夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度(C)夏季室外

30、空調(diào)計(jì)算濕球溫度(C)夏季室外平均風(fēng)速(m/s)數(shù)9985027.2292室內(nèi)控制參數(shù)參數(shù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)的相關(guān)規(guī)定，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如下所示。表2-2室內(nèi)控制參數(shù)匯表店鋪商鋪老年活動(dòng)中心物業(yè)管理中心衛(wèi)生站門廳走道夏季室溫C25252523252525濕度60606060606060冬季室溫C20202015202016濕度50505050505050設(shè)備功率(w/mA2)1313131313130照明功率(w/mA2)20202011111120人員密度人/mA0.3新風(fēng)量(mA3/人)20202030202

31、0202.1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)從建筑圖紙可看出，此建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分朝向?yàn)椴Ａ粔Y(jié)構(gòu)，除了外窗以外其他外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為普通外墻。其窗墻比設(shè)為0.28;體形系數(shù)為0.125,根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)，外墻設(shè)為磚墻18-240-11,傳熱系數(shù)K=0.58w/mA2,外窗設(shè)為0mm(層空氣層隔熱玻璃，傳熱系數(shù)K=2.23w/mA2,玻璃幕墻傳熱系數(shù)同外窗，內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)均設(shè)為240磚墻。衛(wèi)生間、樓梯、庫房、儲(chǔ)藏室及設(shè)備機(jī)房不進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，衛(wèi)生間僅考慮排風(fēng)。2.2 冷負(fù)荷計(jì)算本設(shè)計(jì)負(fù)荷計(jì)算所采用的負(fù)荷計(jì)算軟件是鴻業(yè)負(fù)荷計(jì)算軟件，此軟件采用的空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法是諧波反應(yīng)法。2.2.

32、1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷a.外墻和屋頂傳熱冷負(fù)荷計(jì)算公式外墻或屋面?zhèn)鳠嵝纬傻挠?jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷Qk(W),按下式計(jì)算：Qr=KFAtr-己(2-1)式中K一傳熱系數(shù)；F一計(jì)算面積，m2;p一計(jì)算時(shí)刻，小時(shí)；p-己一溫度波的作用時(shí)刻，即溫度波作用于外墻或屋面外側(cè)的時(shí)刻，小時(shí);Atp-己一作用時(shí)刻下，通過外墻或屋面的冷負(fù)荷計(jì)算溫差，簡稱負(fù)荷溫差，C。注：例如對于延遲時(shí)間為5小時(shí)的外墻，在確定16點(diǎn)房間的傳熱冷負(fù)荷時(shí)，應(yīng)取計(jì)算時(shí)刻p=16，時(shí)間延遲為己=5,作用時(shí)刻為一己=16-5=11。這是因?yàn)橛?jì)算16點(diǎn)鐘外墻內(nèi)表面由于溫度波動(dòng)形成的房間冷負(fù)荷是5小時(shí)之前作用于外墻外表面溫度波動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)外墻或屋頂?shù)?/p>

33、衰減系數(shù)B0.2時(shí)，可用日平均冷負(fù)荷Qpj代替各計(jì)算時(shí)刻的冷負(fù)荷Qr:Qpj=KFtpj(2-2)式中Atpj一負(fù)荷溫差的日平均值，C。b.外窗的溫差傳熱冷負(fù)荷通過外窗溫差傳熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷Qp按下式計(jì)算：r=K-FAtr式中Atp一計(jì)算時(shí)刻下的負(fù)荷溫差，C；K一傳熱系數(shù)。(外窗空氣層為14mmi勺熱防護(hù)玻璃窗，傳熱系數(shù)為1.303W/nfK)c.外窗太陽輻射冷負(fù)荷透過外窗的太陽輻射形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷Qk,應(yīng)根據(jù)不同情況分別按下列各式計(jì)算：本設(shè)計(jì)外窗只有內(nèi)遮陽設(shè)施(內(nèi)有淺藍(lán)色布窗簾Cn=0.6)Qr=F-CsCaCn-Jw/r(2-4)式中Jwr一計(jì)算時(shí)刻下太陽總輻射負(fù)荷強(qiáng)度，W/m2

34、0a.內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱冷負(fù)荷通過空調(diào)房間內(nèi)窗、隔墻、樓板或內(nèi)門等內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差傳熱負(fù)荷，按下式計(jì)算：Q=KF(twp+Atls-tn)(2-5)式中Q一穩(wěn)態(tài)冷負(fù)荷，下同，Wtwp一夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算日平均溫度，C；K-傳熱系數(shù)(內(nèi)墻采用磚墻003003K=2.38)tn一夏季空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計(jì)算溫度，C；Atls一鄰室溫開，可根據(jù)鄰室散熱強(qiáng)度采用，C。2.2.2 人體散熱形成的冷負(fù)荷人體顯熱散熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷Q按下式計(jì)算：Qr=n-q1Cclr-Cr(2-6)式中Cr一群體系數(shù)n一計(jì)算時(shí)刻空調(diào)房間內(nèi)的總?cè)藬?shù)；q1一一名成年男子小時(shí)顯熱散熱量，WCclr一人體顯熱散熱冷負(fù)荷系數(shù)。2.2.3

35、 燈光照明形成的冷負(fù)荷照明設(shè)備散熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷Qk,應(yīng)根據(jù)燈具的種類和安裝情況分別按下列各式計(jì)算。鎮(zhèn)流器裝在空調(diào)房間內(nèi)的熒光燈可按下式計(jì)算：Q=1200n1NXr-T(2-7)式中N一照明設(shè)備的安裝功率，kWn1同時(shí)使用系數(shù)，一般為0.5-0.8;T一開燈時(shí)刻，點(diǎn)鐘；p-T一從開燈時(shí)刻算起到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間，h;Xp-Tp-T時(shí)間照明散熱的冷負(fù)荷系數(shù)。2.2.4 設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷按照軟件中設(shè)定的值取。2.2.5 總冷負(fù)荷建筑物總冷負(fù)荷即為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，人體，設(shè)備，照明各部分所形成的冷負(fù)荷之和Q=Q1+Q2+Q3+Q4(2-7)式中Q1一圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷Q2-人體散熱形成的冷負(fù)荷Q3-燈光

36、照明形成的冷負(fù)荷Q4-設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷2.3 熱負(fù)荷計(jì)算空調(diào)房間維持正壓，因此冬季熱負(fù)荷不考慮冷風(fēng)滲透、冷風(fēng)侵入，而且照明、人體、設(shè)備散熱作為安全條件，不加以計(jì)算 熱量是按一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程進(jìn)行計(jì)算的， 度和其他傳熱過程參數(shù)都不隨時(shí)間變化。 外空氣溫度隨季節(jié)和晝夜變化不斷波動(dòng)，在工程設(shè)計(jì)中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗即假設(shè)在計(jì)算時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)、外空氣溫 實(shí)際上，室內(nèi)散熱設(shè)備散熱不穩(wěn)定，室 這是一個(gè)不穩(wěn)定傳熱過程。但不穩(wěn)定傳熱過程傳熱計(jì)算復(fù)雜，所以對室內(nèi)溫度容許有一定溫度波動(dòng)幅度的一般建筑物來說，采用穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算可以簡化計(jì)算方法并能基本滿足要求。圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量，可按下式計(jì)算:(2-8)q=KF(tnt

37、w)：W式中K圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，W/m；CF一圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積，褶；tn一冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，C；tw一供暖室外計(jì)算溫度，C；a一圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù)。整個(gè)建筑物或房間的基本耗熱量等于它的圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分基本耗熱量q的和2.4 濕負(fù)荷計(jì)算2.4.1 滲透空氣帶入室內(nèi)的濕量按下式計(jì)算：D=0.001G-(dw-dn)(kg/h)(2-9)式中dw一室外空氣的含濕量，g/kg;dn一室內(nèi)空氣的含濕量，g/kg;iw一室外空氣的始，kJ/kg;in一室內(nèi)空氣的始，KJ/KG;2.4.2 人體散濕和潛熱冷負(fù)荷(若要計(jì)算通風(fēng)量，則需計(jì)算廚房等的散濕量從而確定新風(fēng)量和排風(fēng)量，此設(shè)計(jì)沒有考慮)人體散濕量按下式計(jì)算D=