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空气源热泵空调系统设计方案

空气源热泵空调系统设计

方案

第1章绪论

改革开放以来，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的大幅度提高，能

源的消耗越来越大，其中建筑能源占相当大的比例。

据统计，我国历年建筑能耗在总能耗的比例是19%〜20%左右，平均值为19.8%。

其中，暖通空调的能耗约占建筑总能耗的85%。

在发达城市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能能量已占建筑物总能耗的40%〜50%o特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。

因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。

热泵空调高效节能、不污染环境，真正做到了“一机两用”（夏季降温、冬季采暖），进入20世纪90年代以来在我国得到了长足的发展，特别是空气源热泵冷热水机组平均每年以20%的速度增长，成为我国空调行业又一个引人注目的快速增长点。

所谓热泵，就是靠电能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。

也就是说，热泵可以把不能直接利用的低品位热能（空气、土壤、井水、河水、太阳能、工业废水等）转换为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能（煤、石油、燃气、电能等）的目的。

类似于人们把水自低水头压送至高水头的机械称为

“水泵”，把气体自低压区送至高压区的机械称为“气泵”（在我国习称气体压缩机），因而把这种输送热能的机械称为“热泵”。

因此，在矿物能源逐渐短缺、环境问题日益严重的当今世界，禾U用低位能的热泵技术已引起人们的关注和重视。

空气源热泵的历史以压缩式最悠久。

它可追溯到18世纪初叶，可以说1824年卡诺循环的发表即奠定了热泵研究的基础。

热泵的发展受制于能源价格与技术条件，所以其历史较为曲折，有高潮有低潮，但热泵发展的前景肯定是光明的。

当前热泵研究的方向是向高温高效发展，即开发高温热泵并最大限度提高COP（性能系数CoefficientofPerformanee）值，同时积极发展吸收和化学热泵等。

空气源热泵热水机组的制造、推广和使用在我国只是最近10年的事，但由于其相对

传统制取热水设备的高效节能、环保、安全、智能化控制、不占用永久性建筑空间等优点而引起了市场日益广泛的关注。

热泵热水机组以清洁再生原料（空气+电）为能源，既不使用也不产生对人体有害的气体，同时也减少了温室效应和大气污染。

目前，在我国电力资源短缺

的前提下，采用热泵热水机组制取热水，既能以最小的电力投入获得最大的供热效益。

将热泵热水机组放在建筑物的顶层或室外平台即可工作，省却了专用锅炉

房。

在设备结构上真正实现了水、电分离，确保了用户的安全。

第2早空调设计方案的确定

综合楼分为五层，一层为大厅，二层为办公室，三、四层是客房，五层是大厅。

2.1空调系统形式

2.1.1空气源热泵空调系统:

热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。

通俗的说，热量总是从高温传向低温。

热泵可以把热量从低温热源传递到高温热源，所以热泵实质上是一种热量提升装置。

热泵的作用就是从周围环境中吸取热量（这些被吸取的热量可以是地热、太阳能、空气的能量），并把它传递给被加热的对象（温度较高的媒质）

热泵热水装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）一压缩一冷凝（放出热量）一节流—再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。

热泵热水机组工作时，蒸发器吸收环境热能，压缩机吸入常温低压介质气体，经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器，高温高压的气体在冷凝器中释放热量来制取热水，并冷凝成低温高压的液体。

后经膨胀阀节流变成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发，低温低压液体在蒸发器中从外界环境吸收热量后蒸发，变成低温低压的气体。

蒸发产生的气体再次被吸入压缩机，开始又一轮同样的工作过程。

这样的循环过程连续不断，周而复始，从而达到不断制热的目的。

热泵原理示意图如下：

距能输入

图1:

空气源热泵工作原理

热泵热水机组是利用热泵技术原理，在热泵系统的工作循环中，将免费能源――空气热能搬运到水中，从而达到加热冷水生产热水的目的的一种高效、环保、节能型热泵产品。

它的最高热效率可达590%，年平均热效率可达360%。

在制取低温（60摄氏度以下）的热能方面，以消耗电能或燃料的化学能这种传统方式已经开始逐步让位给热泵制热方式，因为在这一领域，热泵系统的制热效率可以轻易的超出传统方式数倍以上；因此，制60E热水费用小于太阳能

辅助电加热系统；比电热锅炉节电80%比燃油锅炉节省耗能费用50%;制热水量可以根据需求自动调节。

适应温度范围在-10〜50r的地区。

热泵热水机组适用于宾馆酒店、饭店、度假村、泳池、桑拿浴场、公寓、工厂、大专院校、医院、疗养院等需要热水的单位使用，尤其在燃油越来越紧张的今天，更体现了热泵的优越性。

2.1.2空气源热泵空调优点：

（1）超大水量：

水箱容量根据具体要求量身订做，水量充足，可满足不同客户不同时段需求。

（2）、经济节省：

从空气中获取大量的能源，能效比高达300%〜400%。

（3）、适用范围广：

不受气候影响，在环境温度为-10C〜43C下均能正常工作。

（4）、安全环保：

结构上水电完全分离，且无任何有害有毒气体排放或燃烧，不受台风等自然灾害的影响，绝对安全。

2.2空调末端形式

该综合楼分别为大厅、客房和办公室，所以需要保证室内的卫生要求，维持室内正压，又需要通过新风换气，防止客房产生一些不良气味，所以应该选用风机盘管+新风系统。

风机盘管直接设置在空调房间内，对室内回风进行处理.新风是由新风机组集中处理后通过新风管道送入室内，风机盘管+新风系统的优点：

（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，并可以随时根据需要开、停机组，节省运行费用，灵活性好，节能量大。

（3）与集中式空调相比，不需要回风管道，节省建筑房间。

（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）各房间之间不会互相污染。

第3章空调负荷计算

3.1基本气象参数及空调设计参数

3.1.1

基本设计参数

1）地理位置:

合肥市（北纬:

39.100,东经:

117.160）

2）夏季大气压：

1012.44kPa

3）夏季室外计算干球温度：

35.00C

夏季空调日平均：

31.70C

夏季计算日较差：

6.80C

4）夏季室外湿球温度:

28.20C

5）夏季室外平均风速:

2.60m/s

3.1.2空调设计参数

1）室内空调设计温度：

夏季：

24C;冬季：

18C

2）室内空调设计温湿度：

不作要求。

3.2冷负荷的构成及其计算原理

以505为典型房间计算，该房间为舞蹈培训室。

可容纳人数为120人。

3.2.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算

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逐时冷负荷可按

下式计算：

Q[=F_；W（3--1

式中：

Q1外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W;

F――外墙和屋面的面积，培训室620m2;

K——外墙和屋面的传热系数，屋面0.63W/m2;墙面0.61W/m2

——计算时间，h；

名一一维护结构表面受到周期为24小时谐性温度波作用，温度波传到内表面的时间延迟，5h;

•-；――温度波的作用时间，即温度波作用于维护结构内表面的时间，h;

△t――作用时刻下，维护结构的冷负荷计算温差，C；

表3-1屋面冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

tT£

△仁—£

0.63

620

8203

7812

8203

8593

8984

8593

表3-2南外墙冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

tT£

△t一

0.61

482

530

578

表3-3西外墙冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

tT-S

△仁r

0.61

188

205

222

239

256

239

3.2.2窗户传热形成的冷负荷

1）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

在室内外温差的作用下，玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算：

Q3二Aw・Kw・（tc（）-tn）W（3-4）

式中：

A——窗口面积，m2;

Kw——玻璃的传热系数，3.1W/（m2k）;

tc（）――玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，C；

tn――室内空调设计温度24C；

表3.4南外窗瞬时传热冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

tc（T）

31.5

32.5

33.5

34.5

35.5

34.5

3.1

930

1054

1178

1302

1426

1302

表3.5

西外窗瞬时传热冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

tc（T）

31.5

32.5

33.5

34.5

35.5

34.5

3.1

233

264

295

326

357

326

2）透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷

透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算:

（3-5）

Q4=Ca*AW*CS*Ci*Dj.max*CLQ,W

式中：

A——玻璃窗的面积；

其中，Cs——玻璃窗的遮阳系数，本设计中Cs=0.86;

Ci——窗内遮阳设施的遮阳系数，本设计中Cn=0.5；

Ca——窗的有效面积系数；本设计中Ca=0.75；

Dj.max――日射得热因数的最大值，南外窗302W/m2,北外窗114W/m2,

西外窗599W/m2，

Clq――窗玻璃冷负荷系数，无因次；

表3-6南外窗透入日射冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

Clq

0.47

0.60

0.69

0.77

0.87

0.84

0.74

0.66

0.54

0.38

0.75

0.86

0.5

Dj,max

302

Awm

Q1W

1831

2337

2688

3000

3389

3272

2883

2571

2104

1480

表3-7西外窗透入日射冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

Clq

0.16

0.19

0.21

0.22

0.23

0.37

0.60

0.75

0.84

0.77

0.75

0.86

0.5

Dj,max

599

八2

Awm

Q1W

309

367

406

425

444

715

1159

1449

1623

1487

3.2.3设备散热形成的冷负荷

设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算:

（3--6

Qt二niNX丁

式中：

n1——同时使用系数，可取0.8

N――灯具的安装功率，W，可用设备功率密度15W/m2指标推算,

.-T――从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间，h；

X卫一一■-T时间设备、器具散热的冷负荷系数；

表3-8设备散热形成的冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

0.8

9300

Xt-T

0.77

0.86

0.89

0.91

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

Qc（tW

5729

6398

6622

6770

6845

6919

6994

7068

7142

3.2.4照明散热形成的冷负荷

根据照明灯具的类型和安装方式，其冷负荷计算式为：

荧光灯：

Q5-1000・ni*门2*N*ClqW（3-8）

式中：

°5——灯具散热形成的冷负荷，W；

N――照明灯具所需功率W；可用设备功率密度15W/m2指标推算。

ni――镇流器消耗功率系数，本设计取ni=1.2

n2——灯罩隔热系数，n2=0.8；

CLQ――照明散热冷负荷系数。

表3-9照明散热形成的冷负荷

时间T8:

009:

0010:

0011:

0012:

0013:

0014:

0015:

0016:

0017:

Clq0.600.870.900.910.910.930.930.940.940.95

1.2

0.8

N9300

Q55357776780358124812483038303839283928482

3.2.5人体散热形成的冷负荷

人体显热散热引起的冷负荷计算式为:

（3-9）

式中：

QC（）人体显热散热形成的冷负荷，W;

qs——不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量，培训室qs=145W;n室内全部人数，n=120;

群集系数，'=0.89

Clq人体显热散热冷负荷系数;

人体潜热散热引起的冷负荷计算式为:

Qc=qin门

式中：

Qc人体潜热散热形成的冷负荷，W;

ql---不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量，培训室q=262W;

表3.10人体散热形成的冷负荷

时间T

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

Clq

0.53

0.62

0.69

0.74

0.77

0.80

0.83

0.85

0.87

0.89

145

120

0.89

8208

9601

10685

11460

11924

12389

12853

13163

13473

13783

262

27982

合计

36189

37583

38667

39441

39906

40370

40835

41145

41454

41764

培训室505

表3-11各分项逐时冷负荷汇总表

时间/项目

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

屋顶冷负荷

8203

7812

8203

8593

8984

8953

南外墙冷负荷

482

530

西外墙冷负荷

188

205

222

239

256

239

南外窗瞬时传热冷

负荷

930

1054

1178

1302

1426

1302

南外窗透入日射冷负荷

1831

2337

2688

3000

3389

3272

2883

2571

2104

1480

西外窗瞬时传热冷

负荷

233

264

295

326

357

326

西外窗透入日射冷

负荷

309

367

406

425

444

715

1159

1449

1623

1487

人体散热冷负荷

36189

37583

38667

39441

39906

40370

40835

41145

41454

41764

照明散热冷负荷

5357

7767

8035

8124

8303

8392

8482

设备散热冷负荷

4297

4799

4966

5078

5134

5189

5245

5301

5357

合计总冷负荷

59451

64270

66691

68596

69698

70978

71572

72178

72114

71705

326新风负荷计算

（3-10）

式中：

Qw—新风负荷，KW

3.3热负荷计算

空调热负荷是指空调系统在冬季里,

当室外空气温度在设计温度条件时，为

保持室内的设计温度，系统向房间提供的热量。

对于民用建筑来说，空调冬季的经济性对空调系统的影响要比夏季小。

因此，空调热负荷一般是按稳定传热理论来计算的。

331围护结构形成的负荷计算

Q=K.F・（站一tw）・aW（3-11）

式中：

Q――围护结构的基本耗热量W;

K——围护结构的传热系数W/m2°C；

F——围护结构的面积m2;

tw――冬季室外空调计算干球温度，C；

tn――空调房间冬季设计温度C；本设计取20C。

a――计算温度修正系数。

3.3.2修正基本耗热量

围护结构的基本耗热量是在稳定传热的情况下获得的，由于气象条件建筑物

情况的影响，必须对上述围护结构的基本耗热量进行修正，其中包括朝向修正、风力修正和高度修正，所以其围护结构的耗热量为：

Q1X—X七1X

ich八fg（3-12）

式中：

Q――为围护结构的基本耗热量；

Xch为围护结构的朝向修正；

其中：

北、东北、西北朝向0;西南、东南朝向-15%〜-10%;

东、西朝向-5%;南向-25%〜-15%;

Xf――为围护结构的风力修正；

建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外维护结构热负荷附加率为5%〜10%。

Xg――为围护结构的高度修正。

当房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2%，但最大附加率不超过15%本系统冬季热负荷、采用面积估算法，根据实际工程的经验并保证一定富裕量

3.4湿负荷人体散湿量

人体散湿量可按下式计算：

（3-12）

mw=0.278ng3.610”

式中：

mw——人体散湿量，kg/h;

――群集系数，选取群集系数为0.91

n室内全部人数，培训室n=120

g――成年男子的小时散湿量，391g/h；

表3-12人体散湿量情况表

120

0.91

391

0.07

表3-13505培训室一览表

房间名称

房间类型

面积

人员密度

人/m2

冷负荷w冷指标

W/m2

热负荷W

热指标

W/m2

湿负荷

g/s

506培训室

排练厅

620

0.1

72178117

36580

7.98

套房420

表3-14各分项逐时冷负荷汇总表

时间/项目

10:

11:

12:

13:

14:

15:

16:

17:

南外墙冷负荷

223

245

西外墙冷负荷

229

250

271

292

313

292

南外窗瞬时传热冷负荷

372

422

471

521

570

521

南外窗透入日射

冷负荷

732

935

1075

1200

1356

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