某综合办公楼地源热泵空调设计 暖通空调专业毕业设计 毕业论文

某综合办公楼地源热泵空调设计 暖通空调专业毕业设计 毕业 目 录 1 设计依据 1.1 建筑平面图和剖面图 ....................................................................................................... 1 1.2 国家主要和行业标准 ................................................................................................ 1 1.3 设计范围........................................................................................................................... 1 1.4 建筑围护结构的热工性能 ................................................................................................ 1 1.5 设计原则........................................................................................................................... 2 1.6 设计参数........................................................................................................................... 2 2 空调冷负荷计算 2.1 空调冷负荷的计算 ........................................................................ 错误～未定义书签。3 2.2 冷负荷的计算示例 ........................................................................ 错误～未定义书签。5 3 新风负荷计算 3.1 新风量的确定 ................................................................................................................... 3 3.2 夏季空调新风冷负荷的计算 ............................................................................................ 3 4 系统选择 4.1 空调系统的选择 ............................................................................................................... 4 4.1.2空调系统的比较 ............................................................................................... 4 4.2 空调系统方案的确定 .................................................................. 错误～未定义书签。12 5 空气处理设备的选择 5.1 新风机组的选择 ............................................................................................................... 6 5.2 风机盘管的选择 .......................................................................... 错误～未定义书签。14 5.2.1风机盘管加独立新风系统的处理过程以及送风参数计算 错误～未定义书签。14 5.2.2 风机盘管的选取 ..................................................................................................... 6 5.2.3 风机盘管的布置 ..................................................................................................... 7 6 气流组织 6.1 气流组织分布 .............................................................................. 错误～未定义书签。17 6.2 风口布置...................................................................................... 错误～未定义书签。18 6.3风口选择计算 ............................................................................... 错误～未定义书签。18 7 风系统水力计算 7.1 风管水力计算方法 ......................................................................................................... 8 7.2 风管水力计算过程 ........................................................................................................... 8 7.3风管的布置及附件 .......................................................................................................... 10 8 水系统水力计算 8.1空调水系统的设计 .......................................................................................................... 12 8.1.1空调水系统的设计原则 ......................................................................................... 12 8.1.2空调水系统方案的确定 ......................................................................................... 12 8.2冷水系统的水力计算 ...................................................................................................... 12 8.3 冷凝水管道设计 ............................................................................................................. 14 8.3.1 设计原则: ........................................................................................................... 14 8.3.2管径确定 ................................................................................................................ 14 8.4 水系统安装要求 ............................................................................................................. 14 9 水源热泵机组选择计算 9.1水源热泵机组选型计算 .................................................................................................. 16 9.1.1冷冻水泵的设计计算 ............................................................................................. 17 9.2 膨胀水箱......................................................................................................................... 17 10 地下埋管设计与计算 10.1 确定地下换热器的埋管形式 ........................................................................................ 19 10.2 确定管路连接方式 ....................................................................................................... 19 10.3 选择地下换热器管材及竖埋管直径 ............................................................................ 19 10.3.1钻孔数目的确定 .................................................................................................. 19 10.3.2 地下换热器阻力计算 .......................................................................................... 20 10.4 地下换热器环路水泵选型 ............................................................................................ 21 10.4.1 循环水泵的选择 ................................................................................................. 21 10.4.2 冷冻水泵配管布置 .............................................................................................. 22 10.5 阀门安装 ....................................................................................................................... 23 11 管道保温与防腐 11.1管道保温 ........................................................................................................................ 24 11.1.1 保温目的 ............................................................................................................. 24 11.1.2 保温材料的选用 .................................................................................................. 24 11.1.3 保温经济厚度 ..................................................................................................... 25 11.2 管道防腐 ....................................................................................................................... 25 12 消声减震设计 12.1消声设计........................................................................................................................ 26 12.1.1 管道系统消声设计的步骤 .................................................................................. 26 12.1.2 消声器使用过程中应当注意的几个问题: ....................................................... 26 12.2 减震设计 ....................................................................................................................... 26 参考文献…... ................................................................................................................................. 28 致谢 ................................................................................................................................................ 29 附录A空调冷负荷及新风总量汇总 .......................................................... 错误～未定义书签。43 1 设计依据 1.1 建筑平面图和剖面图 1.2 国家主要规范和行业标准 (1)《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019,2003; (2)《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045,95; (3)《公共建筑节能设计标准》 GB50189,2005; (4)《地源热泵系统工程技术规范》 GB50366,2005; (5)《建筑设计防火规范》 GB50016,2006。 1.3 设计范围 2本设计为***某综合办公楼地源热泵空调设计，建筑面积约1782.2 m，空调面积约 21200。建筑高度约8.1米。各层房间有会议室、休息室及餐厅、酒吧等。其中一层层高为m 4.2米，二层层高为3.7米。 1.4 建筑围护结构的热工性能 该建筑物参与钢筋混凝土框架结构。主要围护结构作法: ?外墙:地上各层墙体为240砖墙。 ?外窗:6mm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; ?外门:参照玻璃幕墙作法; ?屋面:70厚钢筋混凝土板，上置75mm厚加气混凝土，K=1.2。 ?门窗面积尺寸由建筑图上所示确定 其传热性能系数如下: 外墙 δ=240mm, k=1.962w/m2.k, β=0.35，ν=12.9，ε(h)=8.5 内墙 δ=240mm, k=1.962w/m2.k, β=0.35，ν=12.9，ε(h)=8.5 屋顶:K=1.2 衰减系数β=0.397 ε(h)=8.431 窗户:K=3.342 衰减系数β=0.997 ε(h)=0.431 第 1 页 共 44 页 门:K=5.0 1.5 设计原则 由于长沙属于夏热冬冷地区，热泵设计应以夏季降温为主，兼顾冬季供暖，而一般 地下管群的传热量冬季大于夏季，因此夏季能满足要求，冬季一般也能达到要求，故本 装置按夏季工况设计。要求空调系统满足国家及行业有关规范、规定的要求，利用国内 外先进的空调技术和设备，创建健康舒适的室内空气品质及环境。 1.6 设计参数 室内设计参数:各房间与走廊夏季室内设计参数，干球温度为25 ?，相对湿度60%。 第 2 页 共 44 页 2 空调冷负荷计算 3 新风负荷计算 3.1 新风量的确定 空气调节系统得新风量，应符合下列规定: a.不少于人员所需的新风量，以及补偿排风和保持室内正压所需风量两项中较大值; b.人员所需的新风量应按国家现行有关卫生标准的要求，并根据人员的活动和工作性质 3以及在室内的停留时间等因素确定。一般房间以每人每小时30 m新风量计算。 3.2 夏季空调新风冷负荷的计算 Qc.o=Mo(ho—h)1.2 (3-1) r 式中 Qc.o——夏季新风冷负荷,KW; Mo——新风量,kg/s; ho——室外空气的焓值,kJ/kg; h——室内空气的焓值,kJ/kg; r 1.2——余量系数; 各个房间新风总量汇总见附录1。 第 3 页 共 44 页 4 系统选择 4.1 空调系统的选择 4.1.1空调系统设计的基本原则 (1)选择空气调节系统时，应根据建筑物的用途、规模、使用特点、符合变化情况与参数要求、所在地区气象条件与能源状况等，通过技术经济比较确定;当各空气调节区热湿负荷变化情况相似，宜采用集中控制，各空气调节区温湿度波动不超过允许范围时，可集中设置共用的全空气定风量空气调节系统。需分别控制各空气调节区室内参数时，宜采用变风量或风机盘管空气调节系统，不宜采用末端再热的全空气定风量空气调节系统; (2)选择的空调系统应能保证室内要求的参数，即在设计条件下和运行条件下均能保证达到室内温度、相对湿度、净化等要求。 (3)综合考虑初投资和运行费用，系统应经济合理; (4)尽量减少一个系统内的各房间相互不利的影响; (5)尽量减少风管长度和风管重叠，便于施工、管理和测试。 (6)各房间或区的设计参数值和热湿比相接近污染物相同，可以划分成一个全空气系统。对于定风量单风道系统，还要求工作时间一致，负荷变化规律基本相同。 4.1.2空调系统方案的比较 全空气系统: 全空气系统一般选用组合式空调器进行空气处理，室内负荷全部由处理过的空气来负担，系统处理空气量大，所担负的空调面积也较大。因此适用于建筑空间较高，面积较大，人员较多的房间，以及房间温度和湿度要求较高，噪声要求较严格的空调系统。 全空气系统的主要优点为: (1) 使用寿命长; (2) 可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况解能运行调节; (3) 充分利用室外新风,减少与避免冷、热抵消,减少冷冻机的运行时间; (4) 可以严格地控制室内温度和室内相对湿度; (5) 可以有效地采取消省和隔振措施,便于管理和维修。 第 4 页 共 44 页 其主要缺点为: (a)空气比热、密度小,需空气量多,风道断面积大,输送耗能大; (b)空调设备需集中布置在机房,机房面积较大,层高较高; (c)除制冷及锅炉设备外空气处理机组和风管造价均较高; (d)送回风管系统复杂,布置困难; (e)支风管和风口较多时不易均衡调节风量,风道要求保温,影响造价; (f)全空气空调系统一个系统不宜供多个房间的空调。因为回风系统可能造成房间之间 空气交叉污染，另外调节也比较困难; (g)设备与风管的安装工作量大,周期长。 风机盘管加新风系统: 风机盘管加新风系统是目前应用广泛的一种空调系统，它由风机盘管来承担全部室内负 荷，单独设新风机组，向室内补充所需新风。因此，在空调房间较多，面积较小，各房间要 求单独调节，且建筑层高较高，房间温湿度要求不严格的房间，宜采用风机盘管家新风系统。 风机盘管加新风系统的主要优点有: (1)布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用，也可以单独使用; (2)各空调房间互不干扰，可以独立地调节室温，并可随时根据需要开停机组,节省运行 费用，灵活性大，节能效果好; (3)与集中式空调相比不需回风管道，节约建筑空间; (4)机组部件多为装配式、定型化、规格化程度高，便于用户选择和安装; (5)只需新风空调机房，机房面积小; (6)使用季节长; (7)各房间之间不会互相污染。 其缺点为: (a)对机组制作要求高，则维修工作量很大; (b)机组剩余压头小室内气流分布受限制; (c)分散布置敷设各中管线较麻烦，维修管理不方便; (d)无法实现全年多工况节能运行调节; (e)水系统复杂，易漏水; (f)过滤性能差。 第 5 页 共 44 页 \5 空气处理设备的选择 空气处理设备是将室外空气处理到室内要求状态的设备，在本设计中使用的空气处理设备有风机盘管(FP)和新风机组。 5.1 新风机组的选择 此建筑地上共有二层楼，其中一层与二层都各安装一台新风机组，均为吊装，根据所负担房间的新风量与新风负荷确定新风机组的型号。 第一层西区新风机组负担的新风量为 6699.4m/h，新风冷负荷为67.9kw。所选新风机组的性能参数如下: 表5-1 一层新风机组性能参数 3第二层西区的新风冷负荷为104.9kw，新风量为10357m/h，故所选新风机组的性能参数如下: 表5-2 二层新风机组性能参数 机 外形尺寸 供热水压进出、冷凝机组额定风组供冷量水量新风机组水管全压长*宽*高 量 降水口管径kW T/h 型号 量m3/h 形Pa mm kW kpa 径mm mm 式 吊 G-7X2DF 14000 2850×1290×808 390 115.03 166.8 19.8 40 70 25 顶 式 5.2.2 风机盘管的选取 据已经得出的房间冷负荷、风机盘管风量、水压降等选择风机盘管的型号，各房间选取的风机盘管型号及数量列于下表: 表5-3 各房间风机盘管型号及数量 型号 台数 风量供冷量(kw) 供热量水流量水 阻 房间号 (m3/h) (kw) (KG/h) (kpa) 2 700 3950 6800 691.2 13.7 1001[中SCR-400 餐厅] 1 510 3100 5010 568.99 12 1002[西MCW300C 餐厅] 1 500 2940 4400 504 20.3 1003[接FP-5.0 第 6 页 共 44 页 待厅] 5 450 2390 4340 421.2 4.6 1004[泳 池ECR200 +SPA1] 以上风机盘管冷冻水供水温度为7?，回水温度为12?，进、出水管管径皆为 DN20mm。 5.2.3 风机盘管的布置 风机盘管的布置与空调房间的使用性质和建筑形式有关，对于办公室、会议室、工人房间等一般布置在进门的过道顶棚内，并综合考虑房间均匀送风的情况，采用吊顶卧式暗装的形式，采用侧送或上送上回。 风机盘管机组空调系统的新风供给方式采用由独立新风系统供给室内新风，经过处理过的新风从进风总风管通过支管送入各个房间。单独设置的新风机组，可随室外空气状态参数的变化进行调节，保证了室内空气参数的稳定，房间新风全年都可以得到保证。 风机盘管机组的供水系统采用双水管系统，过渡季节尽量利用室外新风，关闭空调机组关闭供水。 第 7 页 共 44 页 7 风系统水力计算 7.1 风管水力计算方法 风管尺寸的计算在系统和设备布置、风管材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础上进行，采用假定流速法,其计算方法如下: (1)确定空调系统风道形式,合理布置风道,并绘制风道系统轴侧图,作为水利计算草图; 2)在计算草图上进行管段编号,并标注管段的长度和风量,管段长度一般按两管件中心( 线长度计算,不扣除管件(如三通,弯头)本身的长度; (3)选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最大的环路; (4)选择合适的空气流速，同前页各管段建议流速和最大流速表中所列; (5)根据给定风量和选定流速，逐段计算管道端面尺寸，并使其符合矩形风道统一规格。然后根据选定了的段面尺寸和风量，计算出风道内的实际流速; 通过矩形风道的风量G可按下式计算: 3 G=3600abv() (7-1) mh/ 式中 a、b——分别为风道断面净宽和净高，m。 (6)计算风道的沿程阻力; (7)计算各管段的局部阻力; (8)计算系统的总阻力; (9)检查并联管路的阻力平衡情况; (10)根据系统的总风量，总阻力选择风机。 说明:本设计的主风道设计最大风速为8m/s;支风道最大风速为4.5m/s，根据式子G=3600abv 并结合《空气调节工程》中表6.1的矩形风道规格确定风道断面规格，具体规格尺寸详 见图纸。 7.2 风管水力计算过程 各层风系统水力计算表如下: 第 8 页 共 44 页 图7.1 一层最不利风管示意图 故逐段计算得管道阻力如下: 表7-1 一层最不利风管水力计算 序风量管宽管高管长动压ν(m/s) R(Pa/m) ?Py(Pa) ξ ?Pj(Pa) ?Py+?Pj(Pa) 号 (m^3/s) (mm) (mm) (m) (Pa) 1 6699.4 630 500 7.9 5.908 0.582 4.597 0.247 20.903 5.163 9.76 2 6249.4 630 500 1.85 5.511 0.513 0.949 0.01 18.189 0.182 1.131 3 4902.8 630 400 0.85 5.404 0.579 0.492 0.02 17.492 0.35 0.842 4 4782.8 630 400 3.15 5.272 0.554 1.744 0.3 16.646 4.994 6.738 5 4024.2 500 400 2.8 5.589 0.691 1.934 0.15 18.709 2.806 4.74 6 3583.2 500 400 4.35 4.977 0.56 2.436 0.3 14.833 4.45 6.886 7 3142.2 500 320 2.9 5.455 0.773 2.241 0.21 17.823 3.743 5.984 8 2108.7 400 250 10.9 5.857 1.17 12.758 0.5 20.548 10.274 23.032 9 1075.2 400 250 1.75 2.987 0.349 0.611 0.2 5.342 1.068 1.679 小36567.9 4820 3420 36.45 46.96 5.771 27.762 1.937 150.485 33.03 60.792 计 第 9 页 共 44 页 图7.2 二层最不利风管示意图 计算得其沿程阻力与局部阻力如下: 表7-2二层最不利风管水力计算 序风量管宽管高管长动压ν(m/s) R(Pa/m) ?Py(Pa) ξ ?Pj(Pa) ?Py+?Pj(Pa) 号 (m^3/s) (mm) (mm) (m) (Pa) 1 10558 800 500 7.2 7.332 0.851 6.126 0.2 31.595 6.319 12.445 2 10418 800 500 1.45 7.235 0.83 1.203 0.072 30.763 2.215 3.418 3 7078 800 400 4.95 6.144 0.725 1.993 0.004 22.187 0.044 2.037 4 7038 800 400 3.05 6.109 0.717 2.187 0.005 21.937 0.11 2.297 5 6918 800 400 1.65 6.005 0.694 1.146 0.07 21.195 1.484 2.63 6 4953.5 630 400 2 5.46 0.645 1.29 0.01 17.523 0.175 1.465 7 4833.5 630 400 1.75 5.328 0.616 1.078 0.2 16.684 3.337 4.415 8 3845 500 400 1.15 5.34 0.695 0.8 0.21 16.761 3.52 4.32 9 3357 500 320 0.75 5.828 0.961 0.721 0.001 19.964 0.02 0.741 10 3237 500 320 1.95 5.62 0.897 1.75 0.15 18.562 2.784 4.534 11 2248.5 400 320 1.35 4.88 0.772 1.042 0.002 13.994 0.028 1.07 12 2128.5 400 320 1.6 4.619 0.697 1.115 0.07 12.54 0.878 1.993 13 1108.5 320 250 0.4 3.849 0.664 0.266 0.15 8.707 1.306 1.572 14 120 120 120 2.75 2.315 0.757 2.082 0.001 3.149 0.003 2.085 小67841.5 8000 5050 32 76.064 10.521 22.799 1.145 255.561 22.223 45.022 计 风管水力平衡的调节，即通过在风管上加阀门进行调节，使各风管路水力趋于平衡。 7.3风管的布置及附件: (1)风管道全部用镀锌钢板制作，厚度及加工方法，按《通风与空调工程施工及验收规范》(GB50243-97)的规定确定，主管和支管的断面尺寸在图中标明; (2)设计图中所注风管的标高，以风管底为准; 第 10 页 共 44 页 (3)穿越沉降缝或变形缝处的风管两侧，以及与通风机进、出口相连处，应设置长度为200,300,,的人造革软接;软接的接口应牢固、严密。在软接处禁止变径。 (4)风管上的可拆卸接口，不得设置在墙体或楼板内; (5)所有水平或垂直的风管，必须设置必要的支、吊或托架，其构造形式由安装单位在保证牢固、可靠的原则下根据现场情况选定，详见国标,616. (6)风管支、吊或托架应设置于保温层的外部，并在支吊托架与风管间镶以垫木，同时，应避免在法兰、测量孔、调节阀等零部件处设置支吊托架; (7)安装调节阀、蝶阀等调节配件时，必须注意将操作手柄配置在便于操作的部位。 第 11 页 共 44 页 8 水系统水力计算 8.1空调水系统的设计 8.1.1空调水系统的设计原则 空调水系统设计应坚持的设计原则是: (1)管路考虑必要的坡度以排除空气; (2)要解决好水处理与水过滤; (3)力求水力平衡; (4)变流量系统宜采用变频调节; (5)防止大流量小温差; (6)注意管网的保冷与保暖效果。 8.1.2空调水系统方案的确定 空调水系统按照管道的布置形式和工作原理，一般分为一下主要几种类型: (1)按供、回水管道数量，分为:双管制、三管制和四管制; (2)按供、回水干管的布置形式，分为:水平式和垂直式; (3)按供、回水在管道内的流动关系，分为:同程式和异程式; (4)按原理分为:开式和闭式; (5)按调节方式分为:定流量和变流量。 系统冷热源的供冷、供热用地源热泵机组供给，房间不需要同时供冷、供热，该设计中管路不与大气接触，在每层水系统的最高点和系统的最高点设排气阀,以排除系统中积存的空气，故选用闭式双管系统，冷水、热水共同使用一个管路，系统简单，初投资较低。干管的布置采用垂直同程式，一级泵、水泵变流量系统。 8.2冷水系统的水力计算 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，计算摩擦阻力和局部阻力; 第 12 页 共 44 页 (4)并联管路的阻力平衡; (5)计算系统的总阻力 图8.1 一层最不利水管环路示意图 表8-1 一层水管水力计算 序负荷(kW) 流量(kg/h) 管径 管长(m) ν(m/s) R(Pa/m) ?Py(Pa) ξ 动压(Pa) ?Pj(Pa) ?Py+?Pj(Pa) 号 1 124.23 21367.6 DN100 11.7 0.673 55.68 651.453 5 226 1131 1782 小1113.4421 191512.1 0 55.7 8.096 836.243 3524.637 20 2387.543 3541.401 7066.038 计 图8.2 二层最不利水管环路示意图 显然二层的最不利环路阻力较大，即二楼最不利环路阻力为8634.915*2=17.27 Kpa。 故最不利管路阻力为2*8.634915+21=38.27(KPA)，故当在一层水管上加阀门进行调节。 第 13 页 共 44 页 8.3 冷凝水管道设计 8.3.1 设计原则: 在风机盘管机组、整体式空调器、组合式空调机组的运行过程中都会产生一定数量的冷凝水，必须及时予以排走，以保证系统安全有效的运行。排放冷凝水管道的设计，一般采用开式、非满流自流系统。冷凝水管道设计应注意以下事项: (1)沿水流方向，水平管道应保持不小于千分之三的坡度，且不允许有积水部位; (2)当冷凝水盘位于机组内的负压区段时，凝水盘的出水口处必须设置水封，水封的高度应比凝水盘处的负压(相当于水柱高度)大50%左右。水封的出口，应与大气相通; (3)冷凝水管道宜采用聚氯乙烯塑料管，不必进行防结露的保温和隔气处理; 4)冷凝水立管的顶部，应设计通向大气的透气管; ( (5)设计和布置冷凝水管路时，必须认真考虑定期冲洗的可能性，并应设计安排必要的设施; (6)冷凝水管的公称直径DN(mm)，应根据通过冷凝水的流量计算确定。 8.3.2管径确定 一般情况下，冷凝水管的管径设计遵循:管段承担冷负荷小于等于7kw时，冷凝管径为DN20，管段承担冷负荷大于7kw小于等于17kw时，冷凝管径为DN25，管段承担冷负荷大于17kw小于等于100kw时，冷凝管径为DN32。 8.4 水系统安装要求 (1)闭式系统热水管和冷水管设有0.003的坡度，当多管再一起敷设时，各管路坡向最好相同，以便采用共用支架。如因条件限制热水和冷水管道可无坡度敷设，但管内水流速不得小于0.25m/s，并应考虑在变水量调节时，亦不应小于此值; (2)闭式系统在热水和冷水管路的每个最高点(当无坡度敷设时，在水平管水流的终点)设排气装置(集气罐或自动排气阀)。对于自动排气阀应考虑其损坏或失灵时易于更换的关断措施，即在其与管道连接处设一个阀门。手动集气罐的排气管应接到水池或地漏，排气管上的阀门应便于操作;自动排气阀的排气管也最好接至室外或水池等，以防止其失灵漏水时，流到室内或顶棚上; (3)与水泵接管及大管与小管连接时，应防止气囊产生。大管需由小管排气时，大管与小管的连接应为顶平，以防大管中产生气囊; 第 14 页 共 44 页 (4)系统的最低点设单独放水的设备(如表冷器、加热器等)的下部应设带阀门的放水管，并接入地漏或漏斗。作为系统刚开始运行时冲刷管路和管路检修时放水之用; (5)空调器、风机盘管等的表冷器(冷盘管)当处于负压段时，其冷凝水的排水管设有水封，且排水管应有不小于0.001的坡度。凝结水管径较大时，最好作圆水封筒; (6)空调机房内应设地漏，以排出喷水室的放水，水泵、阀门可能的漏水和表冷器的凝结水。地面的坡度应坡向地漏，地面应作防水处理。或者将可能有水的地方周围设围堰，围堰内设地漏，地面要防水。 第 15 页 共 44 页 9 水源热泵机组选择计算 9.1水源热泵机组选型计算 整栋大楼的最大冷负荷 Q=295.82KW，考虑风机、风管、水管、冷水管及水箱温升引起的附加冷负荷，修正后:Q=1.15*295.82=340.2KW，该办公楼的总设计负荷为340.2KW。 因此，可以选择1台麦克维尔水源热泵制冷机组，型号为WPS--095.1，制冷量340.5 KW，功率64.5 kw，机组尺寸:A=3574mm,B=793mm,H=1740mm.冷水流量58.65M3/H，冷水压降80KPA，水源水流量43.6 M3/H，水源水压降25 KPA，运输重量2036KG，运行重量2258KG。 注:制冷工况:冷冻水进/出温度:12?/7?;冷却水进/出温度20?/25? 产品名称:麦克维尔WPS单螺杆水源，热泵机组特点: (1) 一机多用，可以实现夏季制冷和冬季制热，还可提供 45?的生活热水 (2)采用温度相对稳定的地下热源，机组运行稳定，高效节能 (3)半封闭单螺杆压缩机设计，先进载荷平衡原理，主轴承设计寿命高达 10 万小时 (4)采用平衡压缩设计，运行噪声和振动极低，机组的应用灵活性更好 (5)多压缩机设计，启动电流小，具有良好的备用功能和优异的部分负荷性能 (6)制冷 / 制热调节方便，根据负荷需求，通过微电脑自动对压缩机进行开停机及增减 载 (7) 应用广泛，可利用多种能源:地下水、地表水、土壤、生活废水、工业废水、深 水湖泊及各种余热排水 (8)全新微电脑控制，标准中文触摸显式屏，操作更加方便简捷，可通过调制解调器对 机组进行远程监视，并可与楼宇自控系统(BAS)联网 (9)机组工厂运行测试保证运行可靠，测试平台通过美国 ARI 认证 (10)机组生产程序获得 ISO9001 认证 而制冷机组的清洗、安装、试漏、加油、抽真空、充加制冷剂、调试等事宜，应严格按照制造厂提供的《使用说明书》进行;同时，还应遵守《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》(JBJ30,96)和《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》(JBJ29,96)以及其它有关规范、标准中的各项规定。 第 16 页 共 44 页 9.1.1冷冻水泵的设计计算 表9-1 设备的阻力 编号 项目 阻力(kPa) 编号 项目 阻力(kPa) 1 80 2 42.87 制冷机组阻力 最不利循环管路 计算得总和为122.87kPa，所需扬程为122.87 *1.1=135.2KPA=13.5MH2O。 循环水流量: G=Q/(1.163*Δt) (9-1) Q—总冷负荷kw; Δt—供水温差?; 所以G=295.8*1.1/(1.163*5)=56.01(m3/h)=15.54 (L/S) 根据计算结果水泵的量程流量留一点余量，查《中央空调设备选型手册》可以选择IS级吸清水离心泵，选用两台，一用一备。性能参数如下: 型号:ISG80-125(I)A 转速:2900r/min 流量:15.54 L/s 扬程:16 m 电机功率:7.5kW 汽蚀余量:4.5 m 重量 :170 Kg 电动机电压:380 V 9.2 膨胀水箱 室外侧水系统和室内侧水系统都应设置膨胀水箱。在常规的开式水箱安装位置受到限制时，可采用密闭式膨胀罐。膨胀水箱的底部标高至少比系统管道的最高点高出1.5m，补给水量通常按系统水容积的0.5-1,考虑。膨胀箱的接口应尽可能靠近循环泵的进口，以免泵吸入口内液体汽化造成气蚀。封闭式空调冷冻水系统，应在高于回水管路最高点1-2m处设膨胀水箱。膨胀水箱设有膨胀管、补水管、溢水管和泄水管，并应设有水位控制仪表或浮球阀。水 [3]系统的注水与补水均应通过膨胀水箱来实现。因此，应将膨胀管单独与制冷机组中的回水总管(或集水器)相接。 膨胀水量: Vp=α×Vc×?t (9-2) 式中水膨胀系数α=0.0006; 查《暖通空调技术措施》得: 水的平均温差:冷水:?t=15?; 2 空调水系统的单位水容量:Vc=1.3L/m 表9-2 膨胀管径 第 17 页 共 44 页 系统冷负荷 ,350 350~1800 1801~3500 3501~7000 ,7000 (Kw) 膨胀管20 25 40 50 70 (DN) 膨胀水量为:Vp=α×Vc×?t=0.006×15×1.3×1240=145.08 L=0.145 m3一般V取1.5Vp，即V=0.145*1.5=0.22 m3; 膨胀管径为:DN20 ; 故所选膨胀水箱为圆形筒体，其内径为800 mm，高度为800 mm，有效容积为0.33，公称容积为0.3 m3。 第 18 页 共 44 页 10 地下埋管设计与计算 10.1 确定地下换热器的埋管形式 地源热泵技术的关键是地下换热器的设计,地下换热器设计是整个设计的重点，也是本系统有别于其他系统之所在。地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，其选择的形式是否合理，设计的是否正确，将关系到整个地源热泵系统能否满足要求和正常使用及系统运 [16]行的经济性。 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 [33]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 [12]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。 10.2 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。 10.3 选择地下换热器管材及竖埋管直径 选择管子直径大小时应从两方面考虑:管径大，能减少循环泵能耗。管径小，能使管内流体处于紊流区，这样流体与管内壁间的换热效果好。目前国外广泛采用高密度聚乙烯作为地下换热器的管材,管径(内径) 通常为20,40 mm,而国内大多采用国产高密度聚乙烯管材。本 [14]设计中地下埋管均采用国产HDPE高密度聚乙烯管材，竖埋管选用管径为DN20的管道。 10.3.1钻孔数目的确定 地下换热器的长度与地质、地温参数及进入热泵机组的水温有关。在缺乏具体数据时,可 第 19 页 共 44 页 依据国内外实际工程经验,按每m 管长换热量35,55 W来确定,参考武汉一些实际工程,取单位管长换热量为38 W/ m ,则地下换热器所需长度L 为: Q1 ,10650m l,q 按埋设深度不同分为浅埋(?30m)、中埋(31,80m)和深埋(>80m),对竖直U型管，一般为中埋，若取埋深为60m,则需打90个圆孔。对于竖埋管，考虑一定的水平间距，尽量减少各埋管单元之间温度场的相互影响。短时间和间歇运行的换热管间距为1(5m较适合，长时间连续运行的间距为3m较适合，所以这里取孔间距为3m，采用钻孔过程产生的泥浆回填。 10.3.2 地下换热器阻力计算 图10-1 地下埋管示意图 由上图可知，其为同程式布管，故取其中一个环路计算即可。所取环路如下: 图10-2 地下埋管示意图环路 地下换热器阻力包括沿程阻力和局部阻力。埋管进出口集管采用直径较大的管子,流速大 第 20 页 共 44 页 小按以下原则选取:对于内径小于50 mm 的管子,管内流速应在0. 6m/ s,1. 2 m/ s 范围内;对于内径大于50 mm 的管子,管内流速应小于1. 8 m/ s。其冷却水沿程阻力计算与局部阻力计算方法与前面的6.3中冷冻水沿程阻力计算与局部阻力计算方法相同。但其中高密度聚乙烯管材的R无法直接查到,可按下式计算 m (10-1) 3式中ρ---为水密度,kg/ m;μ为水黏度,kg/ (m?s); 地下换热器阻力按图7-1中的1,9 环路计算。水的密度与黏度取23 ?时的值,即ρ=997.46 3,3kg/ m ,μ=0.942×10 kg/ (m?s)。 首先确定管中的流速，由下式: 4000Wn=(10-2) 2,,di d,式中n 为钻孔数; W 为机组水流量,L/ s; 为竖埋管管内流速,m/ s , 为竖埋管管内径imm。 可得管中的流速为: 4000W,=(10-3) 2,ndi 首先可以确定U管段的管径为DN20,可以由上式求出其流速，就能得出其流量，然后就能求出其它管段的流量，再由流量和流速来确定其它管段的管径。 表10-1 冷却水管水力计算 ?Py+负荷流量管长R(Pa/?Py(动压?Pj(P序号 管径 ν(m/s) ξ ?Pj(P(kW) (kg/h) (m) m) Pa) (Pa) a) a) 1 329 43.606 DN100 2.5 1.373 215.36 538.40 3.5 940.35 3291.2 3829.6 2 54.8 7.2633 DN50 3 0.915 237.09 711.29 1 417.42 417.42 1128.7 小计 1973.9 261.63 257 45498 44.5 16326. 61824 10.4 地下换热器环路水泵选型 10.4.1 循环水泵的选择 水泵是中央空调的主要设备之一。 水泵的选择原则及注意事项:首先要满足最高运行工况的流量和扬程，并使水泵的工作 第 21 页 共 44 页 状态点处于高效率范围;泵的流量和扬程应有10~20%的富裕量;当流量较大时，宜考虑多台并联运行，并联台数不宜超过3台，并应尽可能选择同型号水泵;供暖和空调系统中的循环水泵，宜配备一台备用水泵;选泵时必须考虑系统静压对泵体的影响，注意水泵壳体和填料的承压能力以及轴向推力对密封环和轴封的影响，在选用水泵时应注明所承受的静压值，必要时有制造厂家做特殊处理。 水泵的形式的选择与水管系统的特点、安装条件、运行调节要求和经济性等有关。选择水泵所依据的流量L和压头P如下确定: 水泵扬程 P=(1.1,1.2)Hmax ，kPa (10-4) 式中Hmax为管网最不利环路总阻力计算值，kPa; 1.1,1.2为放大系数。 3水泵流量 L=(1.1,1.2) Lmax， m/h (10-5) 式中Lmax为设计最大流量 1.1,1.2为放大系数，水泵单台工作时取1.1，多台并联工作时取1.2。 水泵选型所依据的流量W和扬程R确定如下: 经计算, 冷却水最不利环路的阻力为61.83 kPa,设备压力损失为25 kPa; 故总阻力为 :61.83 kPa+25 kPa=86.83 kPa =8.7 mH2O; 3所以水泵所需流量W 为43.6 ,水泵所需扬程为8.7m。根据计算结果水泵的量m/hPh 程流量留一点余量，查《中央空调设备选型手册》可以选择IS级吸清水离心泵，性能参数如下: 型号:ISG65-100(I)A 转速:2900r/min 流量:12.11L/s 扬程:10 m 电机功率:2.2kW 汽蚀余量:3.2 m 重量 :88 Kg 电动机电压:380 V 10.4.2 冷冻水泵配管布置 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 第 22 页 共 44 页 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。 ( 10.5 阀门安装 水系统的阀门可采用闸阀、止回阀、球阀，对于大管路可采用蝶阀，选用阀门时，应和系统的承压能力相适应，阀门型号应与连接管管径相同。 阀门的作用一为检修时关断用，一为调节用。当需定量调节流量时，可采用平衡阀。平衡阀可以兼作流量测定、流量调节、关断和排污用。一般在下列地点设阀门: 1)水泵的进口和出口; ( (2)系统的总入口、总出口;各分支环路的入口和出口; (3)热交换器、表冷器、加热器、过滤器的进出水管; (4)自动控制阀双通阀的两端、三通阀的三端，以及为手动运行的旁通阀上; (5)放水及放气管上; (6)压力表的接管上。 第 23 页 共 44 页 11 管道保温与防腐 11.1管道保温 11.1.1 保温目的 管道保温的目的为:a(提高冷、热量的利用率，避免不必要的冷、热损失，保证空调的设计运行参数。b.当空调风道送冷风时，防止其表面温度可能低于或等于周围空气的露点温度，使表面结露，加速传热;同时可防止结露对风道的腐蚀。 11.1.2 保温材料的选用 保温材料的热工性能主要取决于其导热系数，导热系数越大，说明性能越差，保温效果也越，因此选择导热系数低的保温材料是首要原则。同时综合考虑保温材料的吸水率、使用温度范围、使用寿命、抗老化性、机械强度、防火性能、造价及经济性，可以在本设计中对供回水管及风管的保温材料均采用带有网格线铝箔帖面的防潮离心玻璃棉。 表11-1 离心玻璃棉的特点 项 目 项 目 保温性能 导热系数低 施工性能 轻质易施工 节能效能 最佳 物理/化学性能 稳定、抗震动、耐老化、抗腐 蚀 吸声降噪性 优 经济性能 成本价格低、损耗少、性价比 高、使用寿命长 防火性 A级，不燃，无有毒 烟气 表11-2 保温厚度 保温位置 被保温管径 最小保温厚度 实际保温厚度 19 25 DN15,25 22 30 吊顶内 DN32,80 ?DN100 25 30 续表11-2 第 24 页 共 44 页 32 40 室外 DN15,32 36 40 DN40,80 ?DN100 40 50 9 15 空调房间 凝结水管 13 20 非空调房间 11.1.3 保温经济厚度 关于经济厚度,要考虑以下一些因素: (1)保温材料的类型及造价(包括各种施工、管理等费用); (2)冷(热)损失对系统的影响; (3)空调系统及冷源形式; (4)保温层所占的空间对整个建筑投资的影响; (5)保温材料的使用寿命。 通过对现有大量工程的实际调研，结合实际情况，本设计以下表作为经济厚度的参考， 因此供回水管及风管的保温材料可以选用25mm厚的采用带有网格线铝箔帖面的防潮离心玻 璃棉。 11.2 管道防腐 防腐目的:防止金属表面的外部腐蚀并保护好涂料层。 第 25 页 共 44 页 12 消声减震设计 12.1消声设计 空调过程中主要的噪声来源是通风机、制冷机等，通风机噪声除有风道传入室内外，设备的噪声和震动也可能通过建筑传入室内，因此，当空调房间内要求比较安静时，空调设备除了应满足室内温湿度要求之外，还应满足噪声的有关要求，达到这一要求的重要手段之一就是通风系统得消声和设备的防振。 12.1.1 管道系统消声设计的步骤 a. 根据噪声声源的频谱、管道系统的噪声衰减量和实际的室内容许噪声标准，确定消声器所需的消声量。要特别注意，噪声源的声功率级，噪声自然衰减量，室内容许噪声均应分别按各倍频程确定。 b. 根据给定的管道空气流量，选择适当的流速从而确定消声的有效流通截面积。选择流速时应注意兼顾消声器的消声性能，空气动力性能以及气流再生噪声。一般的说，通过室式消声器的风速不宜大于5m/s;通过消声弯头的风速不宜大于8m/s;通过其他类型的消声器风速不宜大于1 m/s。 12.1.2 消声器使用过程中应当注意的几个问题: a. 消声器宜设置在靠近空调机房气流稳定的管道上，当消声器直接布置在机房内时，消声器检修门及消声器后的风道应具有良好的隔声能力。若主风道内的风速太大，消声器靠近通风机设置，势必增加消声器的气流再生噪声，这时可以 分别在气流速度较低的分支管上设置消声器为宜。 b. 选择消声器时，宜根据系统所需的消声量，噪声源频率特性和消声器的声学性能及空气动力性能等因素，经技术经济比较，分别采用阻性，抗性或复合式消声器。 c. 在消声设计时，一般多选用消声弯头这类阻性消声器。 12.2 减震设计 空调装置产生的震动，除了以噪声形式通过空气传播到空调房间还可能通过建筑物的结构和基础进行传播。在设计隔震时，可以根据工程性质确定其减震标准，然后选择减震材料或减震器。 第 26 页 共 44 页 新风机组、风机盘管及装设管道中间的通风机的吊装，吊脚架上采用弹簧减 震装置，机组与风管的连接处采用帆布或柔性短管。 水泵、热泵机组固定在隔振基座上，以增加其稳定性。隔振基座用混凝土板或型钢加工而成，其质量按经验数据确定，水泵取其自重的1,3倍，水泵的基座采用弹簧复合减震器，接管均应采用柔性连接。对于热泵机组由于自重大，其地基承重能力应大于机组运行重量的1.5倍。可在机座下直，接设置橡胶垫板或减震基座。 第 27 页 共 44 页 参考文献 [1] GBJ19-87《采暖通风与空气调节设计规范》, 北京，中国出版社,1989年 [2] 赵荣义等编,《空气调节》(第三版),北京,中国建筑工业出版社,1994年 [3] 何耀东主编,《暖通空调制图与设计施工规范应用手册》,北京,中国建筑工业 出版社,1998年 [4] 中国电子工程设计院主编,《空气调节设计手册》,北京,中国建筑工业出版社,1993年 [5] 单寄平主编,《空调负荷实用计算法》,北京，中国建筑工业出版社,1989年 [6] 北京制冷学会主编,《制冷与空调设备手册》, 北京，国防工业出版社,1987年 ,机械工业出版社,2007年 [7] 蒋能照主编，《水源.地源.水环热泵空调技术及应用》,北京 [8] 路诗奎、姚寿广主编,《空调制冷专业课程设计指南》,北京，化学工业出版社,1997年 [9] 刁乃仁、方肇洪著，《地源热泵地埋管系统》，山东，中国建筑工业出版社，2006年 [10] 尉迟斌主编,《实用制冷与空调工程手册》,北京,机械工业出版社,1995年 [11] 周邦宁主编,《中央空调设备选型手册》,中国建筑工业出版社,1998 [12] 郭庆堂主编,《简明空调用制冷设计手册》,北京,中国建筑工业出版社,1997年 [13] 邵宗义主编,《建筑通风空调工程设计》,北京,机械工业出版社,2006年 [14] 陈沛霖主编,《空调与制冷技术手册》,上海,同济大学出版社,1990年 [15] 陆耀庆主编,《供暖通风设计手册》,北京,中国建筑工业出版社,1987年 [16]Jeffrey D. Spitler, Xiaobing Liu , Simon J . Rees , Cenk Yavuzturk. Simulation and design of ground source heat pump systems. Journal of Shandong university of Architecture and Engineering, Vol.18 No.1, Mar..2003 第 28 页 共 44 页 致谢 本次毕业设计是在***老师的悉心指导下完成的，在此首先感谢老师的耐心指导。 在这近几个月的时间里，我不仅独立完成了毕业设计，取得了比较令人满意的成果，更全面掌握了大学四年以来所学的专业知识，对本专业有了一个全面深入的认识，而且还在资料查询、数据汇总、信息筛选等诸多方面有了很大的提高，真正熟练掌握了AutoCAD的运用。 第 29 页 共 44 页 第 30 页 共 44 页