地源热泵毕业设计毕业设计2009.doc
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专科毕业论文（设计）
烟台地区600㎡别墅地源热泵
中央空调系统设计
姓名孙燕军
学院食品工程学院
专业制冷与空调技术
年级09级
学号20092925997
指导教师张淑荣
独创声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
孙燕军
二〇一二年五月十五日
毕业论文（设计）使用授权声明
本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业论文（设计）的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存论文（设计）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文（设计）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）
论文作者（签名）：
孙燕军
二〇一二年五月十五日
毕业设计任务下达书
院（系）食品工程学院专业学号姓名
现将毕业设计任务下达书发给你。
毕业设计任务下达书内容如下：
毕业设计题目
烟台某600㎡别墅地源热泵中央空调系统设计
主要内容
系统流程的设计；系统的热力计算，设备选型；技术经济分析。
撰写设计说明书，绘制相关的设计图，查阅与课题相关的书籍和论文等。
具体要求
1、原始资料:
本建筑为一栋三层别墅，建筑面积600平方米。
构造为钢筋混凝土；设有客厅、卧室、厨房、卫生间等。
气象资料按国家现行设计规范所给定的当地（烟台市）标准气象条件确定室内、外设计计算参数。
2、独立撰写不少于1.5万字的毕业设计说明书，具体内容有：
地源热泵的发展及应用，地源热泵的工作原理及形式、设计依据、设计基本原则、设计计算、设备选型等。
具体书写格式参见鲁东大学毕业设计标准式。
3、图纸部分，要求图面整洁,布局合理,线条粗细均匀,尺寸标注规范。
主要参考文献
1.陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：
中国建筑工业出版社,2004。
2.薛殿华.空气调节[M].北京：
清华大学出版社,2000。
3.吴继红.中央空调工程设计与施工[M].北京：
高等教育出版社。
4.马最良.地源热泵系统设计与应用[M].北京：
机械工业出版社，2007。
进程安排
阶段
起止日期
主要内容
选题
2012.1.25-2012.2.20
查阅资料、构思总体设计方案
定题
2012.2.21-2012.3.28
设计计算
设计
2012.3.29-2012.4.31
设计绘图、撰写设计说明书
结题
2012.5.1-2012.5.30
修改、定稿并装订整理
六、本毕业设计任务下达书于2012年2月日发出。
毕业设计应于2012年5月30日前完成后交指导教师，由指导教师评阅后提交毕业设计答辩委员会。
七、毕业设计任务下达书一式两份，一份给学生，一份留学院（系）存档。
指导教师：
签发于2012年月日
分管院长（主任）：
签发于2012年月日
毕业论文（设计）成绩评定表
学院：
食品工程学院学号：
20092925997
姓名
孙燕军
论文（设计）总成绩：
论文（设计）题目
指
导
教
师
评
语
评定成绩：
签名：
年月日
评
阅
人
评
语
评定成绩：
签名：
年月日
答
辩
小
组
评
语
答辩成绩：
组长签名：
年月日
注：
1、论文（设计）总成绩=指导教师评定成绩（50%）+评阅人评定成绩（20%）+答辩成绩（30%）2、将总成绩由百分制转换为五级制，填入本表相应位置。
鲁东大学专科毕业设计
目录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
1地源热泵系统原理简述 1
1.1地源热泵的定义 1
1.2地源热泵特点 1
1.3地源热泵的优点分析 2
1.4地源热泵中央空调的应用前景 2
1.5地源热泵技术在中国推广过程中可能遇到的问题 3
2设计资料 4
2.1工程概况及暖通空调设计条件 4
2.2烟台地区气象资料 4
2.3地源热泵系统简介 5
2.4初步设计 5
2.4.1地源热泵系统地下换热器型式确定 5
2.4.2空气处理方案与设备选择 5
2.4.3系统划分与气流组织 6
2.4.4设备与管路布置6
2.4.5空调系统控制原理简述6
3负荷计算 6
3.1冷负荷计算 6
3.1.1冷负荷计算说明 6
3.1.2烟台夏季室外气象参数 10
3.1.3各房间逐时冷负荷计算 10
3.1.4各房间冷负荷汇总 11
3.2热负荷计算 11
3.2.1热负荷计算说明 12
3.2.2烟台冬季室外气象参数 13
3.2.3热负荷计算结果汇总 13
4空气处理过程计算及设备选型 14
4.1空气处理过程计算原理 14
4.2室内空气处理过程计算 15
4.3风机盘管选型及校核 20
5气流组织计算 21
5.1侧送下回设计说明 21
5.2气流组织计算 22
6空调设备选择及其空调系统设计 27
6.1末端设备选择 27
6.1.1风机盘管及新风机组的选择 27
6.1.2新风机组选择 28
6.1.3设备制冷工况校核 29
6.2空调系统概述 30
6.2.1冷热源设备 30
6.2.2地下埋管 30
6.2.3风系统 31
6.2.4水系统 31
6.2.5膨胀水箱 31
6.2.6分水器和集水器的选择 32
7冷冻水管路的设计及水力计算 32
7.1冷冻水管路的设计 32
7.2空调冷冻水系统管径的确定 32
7.3冷冻水最不利环路水力计算 34
7.4室内冷冻水环路水泵选型 36
7.5冷冻水系统的膨胀水箱选型 36
8地下埋管设计与计算 37
8.1确定地下换热器的埋管形式 37
8.2确定管路连接方式 37
8.3选择地下换热器管材及竖埋管直径 37
8.4地下换热器尺寸的确定及布置 37
8.4.1确定地下换热器型号 37
8.4.2确定地下换热器换热量 38
8.4.3确定钻孔总长度，孔深及孔数 39
8.4.4地下换热器阻力计算 39
8.4.5地下换热器环路水泵选型 42
8.4.6地下换热器水管承压能力校核 42
9地板辐射设计 43
9.1低温热水地板辐射简介 43
9.2低温热水地板辐射采暖的特点 43
9.3低温热水地板辐射采暖管材及布置形式 44
9.4低温热水地板辐射设计 45
9.4.1供暖热负荷计算 45
9.4.2埋管面积计算 45
9.5低温地板辐射采暖的调试与运行 46
10消声与防振设计 47
10.1噪声控制措施 47
10.2系统隔振措施 47
11空调自控及全年运行要求 48
11.1空调自控 48
11.2风机盘管空调系统的全年运行调节 48
12主要设计技术经济指标分析 48
12.1积极比较分析 48
12.1.1供暖热负荷计算 48
12.1.2风冷热泵机组选型及造价和运行费用 49
12.1.3地源热泵机组造价和运行费用 49
12.1.4水泵造价和运行费用 50
12.1.5地下埋管造价 50
12.1.6适用本项目的几类空调方案的比较 50
12.2方案设计技术经济分析 51
12.2.1技术分析 51
12.2.2经济性分析 52
结语 53
参考文献 54
致 谢 56
摘要
该别墅系一栋集文化娱乐，办公，客房等一体的多功能综合别墅。
该别墅选择地源热泵为空调冷热源,空调系统的室内部分采用风机盘管加独立新风系统，末端设备为风机盘管,新风处理到室内等焓线，过渡季节只供新风,部分房间采用地板辐射供暖。
本论文从地源热泵工作原理出发，详细地进行了地源热泵空调系统设计和特点分析,并与普通空调系统进行了经济上和技术上的比较。
地源热泵地下换热器采用U型竖埋管地下换热器;主卧式采用了低温水地板辐射供暖系统。
关键词：
地源热泵的发展及应用；地源热泵的工作原理及形式；竖直埋管;地板辐射供暖
DesignonGround-SourceHeatPumpAir-ConditioningSystemof600㎡VillainShanghai
Abstract：
Thevillaisasetofculturalentertainment,office,hotelandotheroneofthemulti-functionintegratedvilla.Thevillaground-sourceheatpumpisselectedasthecoldandheatsource,airconditioningsystemoftheindoorpartoffancoilplusfreshairsystemindependent,terminalequipmentforfancoil,freshairtoindoorisenthalpic,transitionseasononlyfreshairsupply,partialroomwithradiantfloorheating.Thispaperfromthegroundsourceheatpumpworkingprinciple,detailedgroundsourceheatpumpairconditioningsystemdesignandcharacteristicanalysisofconventionalairconditioningsystems,andtheeconomicandtechnicalcomparison.GroundsourceheatpumpheatexchangerusingUtypeverticaltubegroundheatexchanger;mastertypeusinglowtemperaturewaterfloorradiantheatingsystem.
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Keywords：
Developmentandapplicationofgroundsourceheatpump,Ground-sourceheatpump'sprincipleofworkandtheform,verticalground-coupledborehole;floorpanelheating
1地源热泵系统原理简述
1.1地源热泵的定义
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。
其节能性能更优于风冷冷水热泵。
地源热泵机组的运行靠少量的电力来驱动，它的工作原理是通过向机房系统内的热泵机组输入一定电能驱动压缩机做功，使机组中的介质反复发生蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，从而将地源系统中的能量提取和传导到用户系统，实现空间上的热量交换和传递转移。
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
地源热泵供暖空调系统主要分三部分：
1）、室外地能换热系统（地源）
2）、水源热泵机组（机房）
3）、室内采暖空调末端系统（用户）
根据地源热泵空调系统的取热（冷）源方式不同可以分土壤源热泵和水源热泵两种形式：
土壤源热泵是以土壤、岩石等为热（冷）源的空调系统。
在此系统中，地下换热器通常采用承压力性能高、耐腐蚀的PE管，在工程安装时人为的向管内注入自来水，水在管内循环，通过管壁把大地的热量与房间热量相互交换。
这种形式的地源热泵系统具有使用寿命长，不受水源限制的优点。
一个地源热泵项目选用应用形式时应从水源、建筑占地面积、初投资、使用寿命、机组效率等几方面仔细比较，选出最适合自身建筑的空调系统。
地源热泵技术的最大优点主要有以下七点：
环保、节能、运行费用低、维护费用少、一机多用、操控安全、空气品质高。
1.2地源热泵特点
环保洁净
1. 没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。
2. 以地表土壤为源体，向其吸收或放出能量，介质水在埋设于土壤中的密闭系统中循环，即不消耗地下水资源，也不会对其造成污染。
3.省去了锅炉房供暖系统和夏季空调运行的冷却塔，节能经济。
4．能源利润率为传统方式的3—4倍，投入1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。
5．灵活安全真正做到“一机两用”。
利用地下土壤热能，热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。
机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。
系统末端亦可作多种选择。
无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。
机组运行自动化程度高，无需专业人员操控。
6．运行可靠机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响（土壤恒温）。
即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。
1.3地源热泵的优点分析
1高效
供热系数可高达4.3（正常为3.5-4.5），即输入1KW电能可产生4KW的热量。
2运行费用低
比燃煤采暖还便宜，因为利用地下土壤、岩层、地下水、江河湖海中的热能占总热量的70-75%。
就是说，机组在制热过程中，有70-75%的燃料是不用花钱的。
每平方米建筑面积供暖运行费只有11.37元，若按22元/m2收费标准计算，1万平方米的建筑，一个采暖期可节省采暖费10万元左右。
3无任何污染
由于该机组在制热过程中无任何燃烧。
１万平方米的建筑物一个采暖期，即可节煤350吨，可减少烟气排放量385万立方米。
4占地面积小
地源热泵机组占地面积为锅炉用地的1/10-1/15。
以一个10万平方米小区为例，机房面积仅100平方米就足够用，而建锅炉房则需占地至少1000平方米。
对3.5万平方米以上的小区，可省出一栋楼的位置，可建2000－5000平方米的住宅，其剩余价值足够安装使用地源热泵供暖系统的费用。
1.4地源热泵中央空调的应用前景
1.本项目是一种利用低位能源（空气、土地、水、太阳能、工业废热等）代替高位能源（煤、石油、电能等）以实现节能目的的高新技术。
由于其所具备的高热能转换效率（1：
4），无污染，运行成本低，便于物业管理，系统使用寿命长等特点，备受世界能源、环保组织和发达国家推崇，并被市场广泛接受。
自八十年代以来，年增长率一直保持在20%以上。
如美国，85年只有14000台水/地源热泵，99年末统计，已安装了400000台。
水/地源热泵系统已占空调总保有量的20%，其中新建筑中占30%。
由此可降低温室气体1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放，年节约能源费用达4.2亿美元。
美国的水/地源热泵研究和应用偏重于住宅和商业小型系统（60KW以下）。
而中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家则偏重于大型机组。
据99年统计，水/地源热泵在新建房屋中的利用率，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。
2.在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。
中国经济在保持较高速度增长的同时,必须考虑环保和可持续发展问题。
所以要求提高能源利用率，要求能源结构调整。
调整能源结构的方向就是从以煤为主转为以燃气、电为主。
国家建设部1999年提出在10年内建筑节能效率要在现有基础上提高50%；北京市政府已明令在四环以内，撤掉所有燃煤锅炉，在三年内改造1000万平方米建筑取暖方式，使用清洁能源。
我国目前集中供暖单位建筑面积平均能耗是气候相近发达国家的2-3倍。
3.据调查统计，我国住宅空调安装率迅速增长。
上海居民住宅空调拥有率已超过60%，北京34%，城镇居民拥有率20%，空调成为冰箱、彩电后普及的又一种主要家电。
这样，对于黄河、长江中下游地区的城市，住宅环境就不再仅仅是采暖问题，而是要满足统一考虑采暖和空调需求的综合性问题。
为此，采用具有诸多优势的地源热泵方式将成为这种需求最具竞争力的建筑供热空调方式。
1.5地源热泵技术在中国推广过程中可能遇到的问题
任何一项新事物的出现总是要受到人们的质疑，对于地源热泵这项新技术同样可能会遇到一些阻力。
首先，中国有关地源热泵的现成技术资料不多，还缺少这方面的设计、安装和维护技术人员，同时，由于在中国生产地源热泵相关设备的厂家少，人们对它还比较陌生，大多抱着观望的态度，这样的情形不利于这项技术在中国的推广。
其次，我国现在还没有出台促进地源热泵技术发展的相关优惠政策，这使部分想采用地源热泵系统的用户由于看不到眼前利益而采用其它的空调系统。
为了鼓励用户采用地源热泵系统，我国可以提供鼓励性补贴和资助给购买地源热泵系统的用户，或者采用调整能源价格的方法，使能源价格合理化，给予这些用户一些实惠，鼓励人们采用地源热泵系统。
还要说明的一点是，世界上热泵技术比较发达的北美、北欧和中欧国家由于气候条件基本上只用于供热，对地源热泵夏季制冷工况研究较少。
而我国幅员辽阔，地处温带，冬季需供暖，夏季需供冷，而且南北地区气象条件差异很大，同样的建筑在不同的地区，其负荷情况可能迥然不同。
因此，我们不能照搬外国的技术成果，必须投入大量的科研经费和研究人员进行研究，使其适合中国的气候特点，这也在一定程度上延缓了这项技术在中国的推广。
但可以相信，地热能具有广泛的应用前景，在不久的将来，地热能将在世界能源利用结构中占有更大的份额。
随着人们环保意识的加强和对“绿色能源”的日益重视，地源热泵系统技术也将得到前所未有的发展。
2.设计资料
2.1工程概况及暖通空调设计条件
本选题涉及的别墅系一栋位于烟台市集文化娱乐，办公，客房等一体的多功能综合别墅。
该建筑物主要平面呈矩形。
它包括地下1层，地上3层，层高3.2米。
各代表性层之建筑设计条件另附蓝图给出。
该建筑物参与钢筋混凝土框架结构。
主要围护结构作法：
1.外墙：
地上各层墙体为240砖墙（《专刊》）。
此外，该层大面积玻璃窗均采用5mm厚白色吸热玻璃幕墙；
2.外窗：
3mm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；
3.外门：
参照玻璃幕墙作法；
4.屋面：
70厚钢筋混凝土板，上置75mm厚加气混凝土，K=1.465,IV型。
5.门窗面积尺寸由建筑图自行确定
2.2气象资料
烟台气象资料表1
夏季
空调计算干球温度℃
30.7
空调计算湿球温度℃
25.8
空调计算日均温度℃
28.2
通风计算干球温度℃
27
平均风速
4.8m/s
大气压力
100.10kpa
冬季
空调计算干球温度℃
-9.0
空调计算相对湿度℃
60%
空调计算日均温度℃
-2.0
通风计算干球温度℃
-6.0
平均风速
4.2m/s
大气压力
102.10kpa
2.3地源热泵系统简介
热泵，就像水泵能把低位水提升到高位一样可以把热从低温端传送到高温端。
它是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间功能转换的机械，实质上是另一种形式的制冷机。
地源热泵（Ground-sourceheatpump）是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温热源向高温热源的转移。
地源热泵系统就是把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下，使其与大地进行热交换，或通过中间介质作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过大地循环流动，从而实现与大地进行热交换的目的；地上部分的空调器传热过程与传统的HVAC一样。
地源热泵系统作为一种“绿色空调”，是以大地为热源对建筑进行空气调节的系统。
冬天，通过热泵将大地中的低位热能提高品味对建筑供暖，同时存储冷量，以备夏用；夏季，通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行供冷，同时存储热量，以备冬用。
这样可保持地温恒定，冷暖负荷平衡，从而达到节能、环保的要求因此地源热泵空调系统可解决空气源热泵系统必需室外机及室外机对周围环境产生热污染等问题,并且冬季运行不存在结霜问题,节省了空气源热泵系统除霜所耗的电能,空调效果不受室外气温的影响,运行稳定可靠,是一种国家鼓励使用的适用于夏热冬冷地区居住建筑的节能环保空调系统。
2.4初步设计
2.4.1地源热泵系统地下换热器型式确定
地源热泵系统中，地下换热器根据埋管方式的不同，可分为水平、与竖直埋两种形式，其循环介质完全被密封在射闭的管路中，不受外界环境干扰：
其中水平埋管型施工简单，在整个地源热泵应
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