地源热泵中央空调系统的设计Word下载.docx
《地源热泵中央空调系统的设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地源热泵中央空调系统的设计Word下载.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.1土建资料9
3.2设计依据10
3.3空调负荷的计算10
3.4地源热泵系统的选择10
4.空调方案的设计11
4.1确定空调方式11
4.2确定空气处理过程12
4.2.1送风方式的确定12
4.2.2新风负荷的计算12
4.2.3夏季送风状态点和送风量12
4.3冬季送风状态点和送风量13
4.4送风方式的设计13
4.5空调系统的消声减震设计13
4.5.1空调系统消声系统选择原则13
4.5.2空调系统的噪声源13
4.5.3空调系统的减振设计14
5.地源热泵地埋管系统14
5.1确定管路连接方式15
5.2选择地下换热器管材及竖埋管直径15
5.3埋管内工作流体15
5.4地下换热器尺寸的确定及布置16
5.4.1.管材的选取16
5.4.2.PE管确定管径16
5.4.3.垂直地埋管校核管材承压能力16
5.5运行管理和维护17
结束语18
参考文献19
附录20
致谢22
摘要
本文介绍了国内外地源热泵的发展状况，通过比较地源热泵中央空调与传统中央空调的优缺点，按照要求，确定一套地源热泵中央空调系统。
地源热泵是一种利用少量高品位能源，将低品位能源上升为高品位能源的一种装置。
它具有节约能源，保护环境，经济可行的优点，它是利用地下相对稳定的土壤温度，通过媒介质来获取土壤内冷（热）能量的新型装置。
地源热泵不需要人工的冷源热源,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。
另外既能达到节约能源，减少污染的目的，又能提高人们的生活质量。
在本文中，将通过学习有关书籍与资料，在老师的的指导和同学们的帮助下，选择地源热泵系统，设计空调方案，以及地埋管系统。
希望借此机会检验我大学四年所学的成果。
关键词：
地源热泵；
中央空调；
设计。
DesignofGroundSourceHeatPumpcentralAir-conditioningsystem
ABSTRACT
Thispaperintroducesthedevelopmentofthegroundsourceheatpump,throughthecomparisonofadvantagesanddisadvantages,groundsourceheatpumpcentralairconditioningandtraditionalcentralairconditioningsysteminaccordancewiththerequirements,determineasetofgroundsourceheatpumpcentralairconditioningsystem.
Groundsourceheatpumpisauseofasmallamountofhigh-gradeenergy,willrisebylowgradeenergyisadeviceofhighgradeenergy.Ithastheadvantagesofsavingenergy,Protectenvironment,economical,itistheuseofundergroundsoiltemperatureisrelativelystable,themediumtoobtainthesoilwithinthecold（hot）modelofenergy.Groundsourceheatpumpdoesnotneedartificialcoldsourceheatsource,canreplacetheboilerorthemunicipalpipenetworkandothertraditionalheatingandcentralair-conditioningsystem.notonlycansaveenergy,reducepollution,butcanimprovepeople'
squalityoflife.
Inthispaper,bystudyingthebooksandinformation,undertheteacher'
sguidanceandthehelpofmyclassmates,selectionofgroundsourceheatpumpsystem,theschemedesignofair,andtheburiedpipesystem.
KeyWords:
groundsourceheatpump;
Design;
centralairconditioning;
前言
近年来，随着我国社会经济的发展及人民生活水平的不断提高，改善建筑热舒适条件已成为一个比较突出的要求。
随着空调设备的日益普及，建筑耗能量势必将迅猛增加，对大气环境的污染也将日趋严重。
如何在建筑热舒适条件得到改善的条件下把建筑耗能量减下来，减轻对大气环境的污染，成了暖通界人士首要其冲需要解决的问题。
地源热泵作为一种有益环境、节约能源和经济可行的建筑物供暖及制冷新技术越来越受到关注。
它是利用地下相对稳定的土壤温度，通过媒介质来获取土壤内冷（热）能量的新型装置，可一年四季方便地调节建筑内的温度。
由于该制冷供热方式不存在能量形式的转换，几乎是一种能量的“搬运”过程，因而其能量转换效率高、运营成本低。
对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。
国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。
其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统；
1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统；
湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统；
1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。
这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。
从2000年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。
土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。
此次的设计是针对地源热泵中央空调系统的地埋管系统，热泵系统和空调末端系统的选型以及相关的设计计算。
1.绪论
1.1设计背景
热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备，可以把消耗的高品位电能转换为3倍甚至3倍以上的热能，是一种高效供能技术。
热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类。
由于热泵是提取自然界中能量，效率高，没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。
在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视，随着能源及环境压力的增加，人们把目光逐渐投入到地热等清洁能源，加上近年碳汇等因素，使得地热的市场开发变得活跃起来。
地热能是指蕴藏在地球内部距地表skm以内的能量，是一种由于复杂的地质构造活动而形成的巨大的自然能源。
据估算地球蕴藏的地热能约为14.5x1025），折合4948万亿吨标准煤，而全球煤的埋藏量仅为1万亿吨，由此可以看出地热资源的利用前景非常广阔
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。
在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；
在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。
地源热泵空调系统有诸多优点，第一，地下储能丰富，地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。
它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在；
第二，属经济有效的节能技术，地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右；
第三，环境效益显著，地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显；
第四，一机多用，应用范围广，地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；
可应用于宾馆、购物商场、家电电脑办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
1.2国内地源热泵发展简史
我国地热能资源储量大、分布广，以中低温地热资源为主。
据初步评价，我国浅层地热能资源量相当于95亿吨标准煤，年可利用量约3.5亿吨标准煤；
常规地热能资源量相当于8530亿吨标准煤，年可利用量约6.4亿吨标准煤；
增强型地热能理论资源量相当于860万亿吨标准煤，约为2013年全国能源消费总量的20多万倍。
我国最初的地源热泵工程应用，以北京起步最早，发展最快，2006年北京市地源热泵工程应用面积738万㎡，居全国之首。
此后北京虽然每年增长300至500万m2，但沈阳市的地源热泵应用后来居上，2007年跃居全国第一，达到1810万㎡。
此后仍每年新增地源热泵供暖面积1500万㎡以上，2008年达到3585万㎡，2009年已达到5462万㎡。
2008年，沈阳市地源热泵供暖已占全部建筑供暖面积的18%，当年沈阳市大气优良环境的天数达到了330天，环保效益显著，2009年仍然保持了这样的环境效益。
东北重工业城市沈阳的地源热泵供暖为城市环境保护和利用清洁能源闯出了一条新路。
从整体上看，我国地源热泵工程应用每年扩展面积越来越大，2007年增长了近1800万㎡，2008年增长了2400万㎡，2009年更增长了3870万㎡，全国地源热泵总利用面积已达1.007亿㎡。
这个数字在2010年的世界地热大会上，已经使中国地源热泵在世界上的排名跃升至世界第二位。
中国连续两年的年增长率都超过60%，这个中国速度远远超过了世界地源热泵近5年来保持的近20%年增长率。
伴随地源热泵工程应用的快速增长，为适应市场急速膨胀的巨大需求，国内地源热泵生产企业迅速发展。
10年来，我国生产热泵机组的厂商由世纪初的几家，已发展至超过200家，分布在山东、北京、深圳、大连、杭州、苏州、广州等地。
国产品以水－水系统的大机组为主，主流是螺杆式压缩机＋壳管式换热器，也有涡旋式压缩机＋板式换热器或套管式换热器的模块式机组，大型机能达2000-3000kW制热（制冷）量，也有小型适应家庭使用的小于10kW机，但以50-2000kW为主要产品。
除热泵主机外，热泵相关配件和PE管线等的生产厂家还有100多家。
另外，国外知名品牌的热泵公司也陆续登陆中国，建立生产基地或合资企业，产品就地供应中国市场。
同时，设计和施工队伍也迅速扩大，目前全国该行业的设计和施工队伍超过10万人。
1.3国外地源热泵的发展
1.4地源热泵的发展趋势
随着经济的发展和人们生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。
作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。
地源热泵就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。
综合近几十年地源热泵技术的发展，主要有以下几种发展趋势。
（1）市场空间逐渐加大，随着《可再生能源法》、《节约能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《民用建筑节能管理条例》等法律法规的相继颁布和修订，财政部、原建设部两部委对国家级可再生能源示范工程和国家级可再生能源示范城市的逐步推进，奠定了地源热泵在我国建筑节能与可再生能源利用中的重要地位。
（2）覆盖面广，从地源热泵产品的应用来看，使用范围较广，包括商品房、高档别墅、公寓、图书馆、博物馆、体育馆、商场、休闲度假场所等等包括部分工业建筑，几乎都可适用
（3）一体化趋势。
随着新材料和新工艺的开发，将来的地源热泵系统可能将热泵的转换系统与地上散热系统一体化，使采热和传热的效率更高。
1.5地源热泵机组的优点
高效：
地下土壤温度一年四季基本恒定在16℃左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。
节能、省费用：
冬季运行时，COP约为4.2，即投入1kw电能，可得到4kw的热能，夏季运行时，COP可达5.3，投入1kw电能，可得到5kw的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；
并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。
地源热泵空调系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用。
同比传统中央空调节能50%-75%以上，让您永无能源涨价危机与隐忧。
零维护费用：
地埋管部分一旦运行使用，基本不需要任何维修费用的投入。
既减少了人力资源，又节约了大量的资金。
绿色环保：
地热资源垂手可得，地源热泵系统通过密闭水循环与土壤进行能源交换，不破坏地层结构，不利用地下水资源、低噪音，又不排放废气和废弃物，对空气不造成热污染，具备零污染的良好环保品质。
（供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。
）
性能可靠：
主机及系统匹配科学、合理，并选用世界名牌产品，高强度、高密度的聚氯乙烯管材均为进口原料生产，地耦运用新型的PE管，安全无毒，无腐蚀，柔韧性好、断裂伸长率高，采用热熔和电熔系统密封性能好、不泄漏，提供了安全运行的可靠性。
无需除霜:
大地土壤温度一年四季相对保持恒定，冬季也能保持在15℃以上，埋地换热器不会结霜，可节省因结霜、除霜而消耗的能量。
寿命长：
地埋管采用北欧化工原料，加工工艺及设备有很高的技术要求，其寿命为50-70年，主机寿命为20-25年，基本上属于一次性投资终身受益型项目。
一机多用：
地源热泵系统可供暖，制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
可再生：
土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；
夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证大地热量的平衡。
灵活控制、便于运行管理：
自动化程度高，无需专业人员值守、操控，根据需要灵活控制，开关由己，冷暖自知，可以实现机组独立计费，分户分房间控制，方便业主对整个系统的管理。
通过详细对比，我们很容易发现地源热泵中央空调优势非常明显，从这里我们也可以看出，为什么政府会大力推广地源热泵系统，地源热泵的普及不仅关系到家庭用户的切身利益，也很大程度上降低建筑能耗，缓解环境能源压力，优化生态环境。
2.地源热泵系统的分类及本系统类型的选择
根据我国气候变化的差异，同时结合本地水文地质条件来选择空调系统的冷热源来源方式。
地源热泵空调系统的冷热源来源有如下四种方式：
①地下水源热泵——为深井抽、回灌式。
②地表水源热泵——为地表水开式/闭式。
③土壤源热泵——为水平/垂直埋管
④混合式土壤源热泵——为土壤源+辅助散热
2.1地下水式热泵系统
图2—1地下水式热泵系统图
深井回灌式水源热泵系统。
通过建造好的抽水井群将地下水抽出，通过换热器或直接送至水源热泵机组，提取热量后，由回灌井群灌回地下。
此方案初期投资低、运行费用较少。
适应于地下水源充足，地质层为砾砂、中、粗沙层（回灌效果好）地区。
但由于水量水位受季节性影响，会出现波动情况，势必影响井的出水量，而且考虑到回灌因素，很难保证空调负荷运行要求，所以采用地下水方式对本项目不太合适。
2.2地表水式热泵系统
这种方式是通过直接或者间接抽取地表水来换热的方式，利用江、河、湖、水库水以及海水。
此方式系统造价最低，施工较为简单，但运行效率比较低。
并且采用此方式要求地表水有较大的容量，水源保证常年稳定；
地表水温升每摄氏度不能少于240小时。
图2—2地表水式热泵系统图
本工程属处位置没有地表水形式江、河、湖地理条件，因而无法采用地表水。
2.3土壤源热泵系统
图2—3土壤源热泵系统图
水平埋管地源热泵系统和垂直埋管地源热泵系统两种方式都属于土壤源热泵系统。
这一闭式系统的方式，通过中间介质（水或防冻液）来作为冷热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭管道中循环流动，从而实现与土壤进行热交换，来达到换热目的。
本系统适用于冷（热）负荷比例基本平衡的地区，比如长江以北地区，本系统有很好的节能环保效果，系统寿命比较长。
2.4混合式土壤源热泵
本系统属于垂直埋管+辅助散热的方式，将土壤源和辅助热量（喷泉、冷却塔、河水）联合起来使用，作为空调冷热源的系统，对长江以南冷热负荷不平衡地区比较适宜，通过辅助散热来消除地源系统导致的夏储热量过大，冬用热量过小的不平衡问题。
2.5本系统类型的选择
通过上面分析本工程地源热泵室外换热系统采用土壤源热泵系统比较好。
因为地下水式室外换热系统存在着很多制约因素：
长时间使用水井老化问题，在使用一定的年限后会造成地下水水量的不足和回灌的困难的问题，而这些增加了以后的维修的费用甚至需要重新打井，这会大大增加初投资造价；
在已经建设好的设备中，出现了大量的使用地下水会造成所在地的地面下沉；
并且这种系统还存在向地下水资源管理部门交费的问题，增加了运行成本。
而采用土壤源热泵式是一种一劳永逸的换热系统，它没有地下水式换热系统的水井老化、地面下沉以及地下水使用收费的问题。
另外土壤源热泵系统稳定，不需要利用地下水的水量，不受地下水使用政策和季节变化影响，能很大程度的节省地下水资源费，并且该方式不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，因而不会受到国家地下水资源政策的限制。
下面是地埋管换热的“地源热泵空调系统工作原理示意图”。
图2—4土壤源热泵系统工作原理示意图
3.工程概况
3.1土建资料
本工程项目位于湖北省武汉市。
为某别墅地源热泵空调设计，建筑面积约230平方米，建筑高度约6米。
各层房间有卧室、厨房及卫生间、休闲区、阳台等。
每层层高均为3米，门高2米，窗高1.8米。
3.2设计依据
1、《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
2、《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243
3、《给水用聚乙烯（PE）管材》GB/T13633
4、《聚乙烯燃气管道工程技术规程》CJJ63-95
5、《地源热泵供暖空调技术规程》JGJXXX-2005初稿
6、设计参数
（1）室外空气设计参数：
注：
室外计算参数取自《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87（2001年版）
（2）室内设计计算参数：
序号
建筑性质
冬季
夏季
温度（℃）
相对湿度（%）
1
别墅
18～24
－
24～26
＜65
3.3空调负荷的计算
根据本工程的要求，空调负荷如下
建筑类型
建筑面积（m2）
热负荷
冷负荷
热指标（W/m2）
热负荷（kW）
冷指标（W/m2）
冷负荷（kW）
230
65
14.95
68
15.64
3.4地源热泵系统的选择
采用独立机房，230㎡的户型可采用VKC020型机组，室外采用换热孔两个，同时对于业主来说可起到独立控制、运行稳定的优点，但在初投资方面要比集中式机房稍微高点。
单台VKC020机组在标准工况下的性能参数：
型号
VKC020
制冷量
KW
18.5
制冷功率
3.9
制热量
27.5
制热功率
5.1
电源
标准为380V电源，可选作220V/50HZ电源
压缩机型式
进口全封闭式涡旋压缩机
压缩机数量
台
保护功能
高压、低压、防冻、流量、过载却项等
负
荷
侧
进/出水温度
℃
12/7
流量
m3/h
3.18
水压降
kPa
30
进出口管径
DN
Rc1
热
源
30/35
1.68
35
Rc1-1/4
制冷剂
种类
升级会员 