毕业设计（论文）

本 科 毕 业 设 计 论 文

题 目 系 别 专 业 班 级 学号 学生姓名 指导老师

摘要

本文的论述意图是，较为系统地审视地源热泵的技术。在介绍地源热泵种类的基础上，探析地源热泵的技术特点，展示出不同热源种类的热泵各自技术的特征。并结合节能与环保概念解析地源热泵的技术特点，透视地源热泵的应用和未来发展。

关键词：地源热泵,热泵技术, 水资源利用, 空调系统

ABSTRACT

This paper is intended to systematically review the ground-source heat pump technology.Introducing the ground source heat pump types, based on the Analysis of the technical characteristics of ground source heat pump, demonstrating the different types of heat pump respective technical characteristics.Combined with the technical characteristics of energy saving and environmental protection concept of the ground source heat pump,Perspective ground source heat pump applications and future development.

KEY WORES:Ground-Source Heat Pump ,

Heat PumpTechnology , Water Resources Utilization , Air-conditioning System

目 录

1 设计依据

1.1 建筑平面图和剖面图 ............................................................................................................ 1 1.2 国家主要规范和行业标准 .................................................................................................... 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 ................................................................................................................ 3 2.2 冷负荷的计算示例 ................................................................................................................ 5 3 新风负荷计算

3.1 新风量的确定 ........................................................................................................................ 9 3.2 夏季空调新风冷负荷的计算 ................................................................................................ 9 4 系统选择

4.1 空调系统的选择 .................................................................................................................. 10

4.1.2空调系统方案的比较 ................................................................................................. 10 4.2 空调系统方案的确定 .......................................................................................................... 12 5 空气处理设备的选择

5.1 新风机组的选择 .................................................................................................................. 13 5.2 风机盘管的选择 .................................................................................................................. 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 ..................................... 14 5.2.2 风机盘管的选取 ........................................................................................................ 14 5.2.3 风机盘管的布置 ........................................................................................................ 16

6 气流组织

6.1 气流组织分布 ...................................................................................................................... 17

6.2 风口布置 .............................................................................................................................. 18 6.3风口选择计算 ....................................................................................................................... 18 7 风系统水力计算

7.1 风管水力计算方法 ............................................................................................................ 19 7.2 风管水力计算过程 .............................................................................................................. 19 7.3风管的布置及附件 ............................................................................................................... 21 8 水系统水力计算

8.1空调水系统的设计 ............................................................................................................... 23

8.1.1空调水系统的设计原则 ............................................................................................. 23 8.1.2空调水系统方案的确定 ............................................................................................. 23 8.2冷水系统的水力计算 ........................................................................................................... 23 8.3 冷凝水管道设计 .................................................................................................................. 25

8.3.1 设计原则： ................................................................................................................ 25 8.3.2管径确定 ..................................................................................................................... 26 8.4 水系统安装要求 .................................................................................................................. 26 9 水源热泵机组选择计算

9.1水源热泵机组选型计算 ....................................................................................................... 28

9.1.1冷冻水泵的设计计算 ................................................................................................. 29 9.2 膨胀水箱 .............................................................................................................................. 29 10 地下埋管设计与计算

10.1 确定地下换热器的埋管形式 ............................................................................................ 31 10.2 确定管路连接方式 ............................................................................................................ 31 10.3 选择地下换热器管材及竖埋管直径 ................................................................................ 31

10.3.1钻孔数目的确定 ....................................................................................................... 31 10.3.2 地下换热器阻力计算 .............................................................................................. 32 10.4 地下换热器环路水泵选型 ................................................................................................ 34

10.4.1 循环水泵的选择 ...................................................................................................... 34 10.4.2 冷冻水泵配管布置 .................................................................................................. 35 10.5 阀门安装 ............................................................................................................................ 35

11 管道保温与防腐

11.1管道保温 ............................................................................................................................. 37

11.1.1 保温目的 .................................................................................................................. 37 11.1.2 保温材料的选用 ...................................................................................................... 37 11.1.3 保温经济厚度 .......................................................................................................... 38 11.2 管道防腐 ............................................................................................................................ 38 12 消声减震设计

12.1消声设计 ............................................................................................................................. 39

12.1.1 管道系统消声设计的步骤 ...................................................................................... 39 12.1.2 消声器使用过程中应当注意的几个问题： .......................................................... 39 12.2 减震设计 ............................................................................................................................ 39 参考文献…... ...................................................................................................................................... 41 致谢 ..................................................................................................................................................... 42 附录A空调冷负荷及新风总量汇总 ................................................................................................ 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

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1200m2。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4.2米，二层层高为3.7米。

21.4 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： ①外墙：地上各层墙体为240砖墙。

②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； 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=1.2。 ⑤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

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门：K=5.0

1.5 设计原则

由于西安属于夏热冬冷地区，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

室外设计参数： 中国西安

经纬度： 东经 108°56' ； 北纬 39°45' 夏季：空调计算干球温度 35.8℃ 空调计算湿球温度 27.7℃ 空调计算日平均温度 32℃ 通风计算干球温度 33.0℃ 大气压力 99.86Kpa 室外平均风速 2.6 m/s 冬季：空调计算干球温度 0℃ 通风计算干球温度 5℃ 大气压力 101.99 Kpa 平均风速 2.8m/s

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%。

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2 空调冷负荷计算

2.1 空调冷负荷的计算

本设计采用冷负荷系数法计算夏季空调冷负荷，通过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。现分项说明如下：

外墙冷负荷与屋面冷负荷

在日射和室内气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的空调冷负荷，可按下式计算：

CL＝F×k（ti-tn） （2-1）

其中：CL——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，m；

k——外墙和屋面的传热系数，w/m·℃； tn——室内设计温度，℃；

t——外墙和屋面的冷负荷计算温度的逐时值，℃。

玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

此建筑物所有塑钢窗及玻璃幕墙传热系数为k＝2.6 w/m·℃，瞬变引起的冷负荷计算公式为CL＝F×k(t-tn)，各符号意义同上式。

透过玻璃窗进入的日射得热引起的冷负荷：

由资料查得本建筑中所有玻璃窗的有效面积系数值为Ca=0.75,故计算公式为

CL=F·Ca·Cz·Djmax·Ccl （2-2）

其中：CL——透过玻璃窗进入室内的日射得热引起的冷负荷，w； F——玻璃窗面积，m； Ca——玻璃窗的有效面积系数；

Cz——窗玻璃的综合遮挡系数；

2222，1，1 Djmax——日射得热因数的最大值，w/m； Ccl——冷负荷系数逐时值；

照明散热引起的冷负荷

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照明散热量属于稳态得热，一般情况下这一得热量是不随时间变化的。建筑物内的照明使用荧光灯，冷负荷计算公式为：

CL=860n1n2NCcl （2-3）

其中：Cl——照明散热引起的冷负荷，w；

N——照明灯具所需功率，kw； n1——镇流器消耗功率系数，取1.0； n2——灯罩隔热系数，取0.6； Ccl——照明散热冷负荷系数，按照不同的空调设备运行时间和开灯时间及开灯后的小时数，空调供冷系统仅在有人时才运行，取Ccl＝1.0；

其中：N＝房间面积×照明功率密度值/1000；

人员散热引起的冷负荷：

此建筑物为综合办公楼，全楼大多属极轻劳动类型，室内设计温度为25摄氏度，在此情况下，查资料得每人散发的显热为65ｗ，潜热为69ｗ，全热为134ｗ。由于室内工作人员既包括男子也包括女子，故取群集系数为0.96。

人体显热散热引起的冷负荷计算式为：

CL1=Qs n1C CL （2-4）

其中：Qs——来自室内全部人体的显热得热 n1——群集系数，0.96；

C CL——人体显热散热冷负荷系数，这一系数取决于人员在室内停留的时间及进出的

时间值，逐时列于下表：

人体潜热散热引起的冷负荷计算式为

CL2=QL* n1 （2-5） 其中：QL——来自室内全部人体的潜热得热 设备冷负荷

热设备及热表面散热形成的计算时刻冷负荷Qτ，按下式计算：

Qτ= qsJE??T[3] （2-6）

式中 ：T—热源投入使用的时刻，点钟；

τ-T—从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间，ｈ； Eτ-T—τ-T时间设备、器具散热的冷负荷系数；

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qs—热源的实际散热量，W。

在此以第五层西南面2001卧室为例，计算该卧室的冷负荷。

2.2 冷负荷的计算示例

A 西外墙冷负荷

查设计手册可知k=1.962(w/m2.c),计算得出面积S=26.16 m2，查空气调节表2-6可知房间类型为中型，围护结构类型为Ⅲ，延迟时间为8.5小时，从文献《空气调节》中查得作用时刻t-时的长沙西外墙负荷温差的逐时值△tt-ε,算出西外墙的逐时冷负荷，计算结果列入表2-1中

表2-1 西外墙各逐时冷负荷 W

计算时刻 △tt-ε 12.77 12.13 11.62 11.27 11.08 11.05 11.16 11.43 11.96 12.84 14.05 15.45 16.84 K F CLQT 655 623 597 579 569 567 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1.962 26.16 573 587 614 659 721 793 865 B 西外窗冷负荷

瞬变传热得热与日光直射等形成冷负荷，查得各计算时刻的负荷温差及照度，计算结果列入表2-2中。

表2-2 西外墙各逐时冷负荷 W

计算时刻 △tt-ε K F 直射面积 辐射照度W/㎡(直|散) CLQT 187 235 274 310 334 505 807 1088 1239 1217 974 207 178 0|89 0|114 0| 127 0| 138 0| 137 109|138 292|127 435|114 486|89 442|65 259|33 0|0 0|0 0 0 0 0 0 2.7 8 5.79 9 6.55 10 7.24 11 12 7.97 8.63 13 9.18 14 9.54 15 9.67 16 9.44 17 9.32 18 8.9 19 8.26 20 7.58 3.34 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 0 0 C 东外墙冷负荷

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表2-3 东外墙逐时冷负荷

计算时刻 △tt-ε K F CLQT 8 9 10 11.1 11 12 11.9 13 13 14.2 14 15.3 15 16.1 16 16.6 17 17 18 17.2 19 17.3 20 17.2 10.9 10.7 1.96 7.77 166 164 169 181 198 216 232 245 253 259 262 263 263 D 南外墙冷负荷 计手册可知k=1.96(w/ m2.c),计算得出面积S=19.65 m2，查《空气调节》表2-6可知房间类型为中型，围护结构类型为Ⅲ，延迟时间为8.5小时，从文献中查得长沙南外墙负荷温差的逐时值△tt-ε,算出南外墙的逐时冷负荷，计算结果列入表2-4中

表2-4 南外墙逐时冷负荷

计算时刻 △tt-ε K F CLQT 351 337 328 324 326 336 8 9 10 8.51 11 12 8.4 8.46 13 8.72 14 9.17 15 9.78 16 10.5 17 11.2 18 11.8 19 12.2 20 12.6 9.1 8.75 1.96 19.65 354 377 404 430 453 471 484 E 南外窗冷负荷

瞬变传热得热形成冷负荷由《空气调节》查得各计算时刻的负荷温差，以及各计算时刻的负荷强度等计算结果列入表2-5中

表2-5 南外窗逐时冷负荷

计算时刻 △tt-ε K F 直射面积 辐射照度W/㎡(直|散) 0|89 0 2.55 0| 114 223 2.55 11| 127 272 2.55 30| 138 335 2.55 36| 137 376 2.55 30| 138 393 8 9 10 7.24 11 7.97 12 8.63 13 9.18 14 9.54 15 9.67 16 9.44 17 9.32 18 8.9 19 8.26 20 7.58 5.79 6.55 3.34 2.55 2.55 11| 127 376 2.55 0| 114 350 0 0 0 0 0 0|89 0|65 0|33 0|0 0|0 CLQT 177 315 287 248 196 168 F 南外门冷负荷

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表2-4 南外墙逐时冷负荷

计算时刻 △tt-ε K F CLQT 8 9 10 12.9 11 12 15.8 17.7 13 18.7 14 18.4 15 16.8 16 15.3 17 14.2 18 12.9 19 10.9 20 9.54 8.76 10.4 4.21 3 111 132 163 200 224 236 233 213 193 180 162 138 120 G 设备照明等所形成的负荷 考虑到卧室的情况，可能有的电视、电脑等，根据有关设计手册规范，取散热负荷为10w/m2，则该房间的设备照明负荷为10ⅹ38=380w。

H 人体散热形成的负荷

人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的，本办公室人员密度按每平方米0.1人估算，则取该方面为4人. 人体散热引起的冷负荷计算式为：

LQ6 = qs·n·n’·CLQ + ql·n·n’ （2-7） 式中：LQ6——人体散热形成的冷负荷，W；

qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；

n——室内全部人数；

n’——群集系数，办公楼群集系数为0.93；

CLQ——人体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数。 查设计手册可知n=4人，CLQ=0.93、qs=74，ql=235 则LQ6=346w I 新风冷负荷

目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，办公楼的新风量取30 m3/h.p。 夏季，空调新风冷负荷按下式计算：

CLW＝1.2·LW·(hW-hN) （2-8） 式中: CLW——夏季新风冷负荷，KW；

LW——新风量，kg/s；

hW——室外空气的焓值，kj/kg； hN——室内空气的焓值，kj/kg。 故查手册并计算得 CLW=1215w

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表5-7 2001卧室房间各时刻冷负荷汇总

计算时刻 南外墙冷负荷 南外窗冷负荷 南外门 东外墙 西外墙冷负荷 西外窗冷负荷 设备冷负荷 人体冷负荷 新风冷负荷 总冷负荷 7 351 177 111 166 655 187 8 337 223 132 164 623 235 9 328 272 163 169 597 274 10 324 335 200 181 579 310 11 326 376 224 198 569 334 12 336 393 236 216 567 505 13 354 376 233 232 573 807 14 377 350 213 245 587 1088 15 404 315 193 253 614 1239 16 430 287 180 259 659 1217 17 453 248 162 262 721 974 18 471 196 138 263 793 207 19 484 168 120 263 865 178 380 346 1215 4347 4414 4503 4629 4727 4954 5275 5559 5719 5733 5521 4770 4778 由计算结果知最大负荷出现在下午五点，其大小是5733W/h。 其它房间夏天冷负荷计算结果在附录1中。

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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 m3新风量计算。

3.2 夏季空调新风冷负荷的计算

Qc.o=Mo（ho—h r）1.2 （3-1） 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 r——室内空气的焓值,kJ/kg； 1.2——余量系数；

各个房间新风总量汇总见附录1。

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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。

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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。

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4.2 空调系统方案的确定

本次设计中的建筑各个房间使用性能差别较大，故应使所选空调系统能够实现对各个房间的独立控制，综合考虑各方面因素，确定选用风机盘管加新风系统。在房间内布置吊顶的风机盘管，采用暗装的形式。

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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

机外形尺寸 供热供冷量 量kW kW T/h kpa mm 量降口管径水水压进出、水3新风机额定风长*宽*高 mm 组形式 吊组型号 量m3/h 机组全压Pa 冷凝水管径mm G-8DF 3000 1810×1340×808 顶式 390 69.79 98.7 12 42.8 50 25 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 供热供冷量量 kW kW T/h kpa 径mm 水量降水口管水压进出、冷凝水管径mm 3新风机组型号 额定风长*宽*高 量m3/h mm 组形式 吊机组全压Pa G-7X2DF 14000 2850×1290×808 顶式 390 115.03 166.8 19.8 40 70 25 第 13 页 共 44 页

5.2 风机盘管的选择 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 其夏季处理过程焓湿图如下： RεfcOLφ=90%φ=100%εSMO－室外空气参数，R－室内设计参数， M－风机盘管处理室内的空气点； S－送风状态点，ε－室内热湿比，εfc－风机盘管处理的热湿比； 新风处理到室内等焓点与机器露点的交点，其不承担室内冷负荷，承担一部分湿负荷。 Qc其中热湿比： ε＝ MW?ML?R (5-1) G??QhR?hS (5-2) 总送风量： 新风量： GW 风机盘管的风量： GF=G-GW (5-3) GWhS?hM?G对于M点焓值的确定： 由于 FhL?hS,故

GW?h?h?(hL?hS)S?MGF???h?h??QMR?GF? (5-4)

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：

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表5-3 各房间风机盘管型号及数量

型号 房间号 1001[中餐厅] 1002[西餐厅] 1003[接待厅] 1004[泳池+SPA1] 1008[3工人房] 1011[更衣] 1012[干蒸右] 1013[干蒸上] 1018[中西厨房] 1019[门厅] 1020[过厅] 1022[会议室] 1023[宴会厅] 2001[卧室] 2002[卫生间按摩池] 2003[休息室1] 2004[露台1] 2005[露ECR200 1 42CF002 2 2 1 1 FP-6.3 1 5 450 1472 2390 5175 4340 9290 421.2 540 续表5-3 TCR800 1 1045 6214 11800 1250 10 4.6 32 1250 1045 1000 630 6930 6214 5660 3670 10500 11800 8350 5510 1194 1250 972 630 22.8 10 32.9 25.9 1 450 230 2390 1920 4340 3373 421.2 330 8 4.6 SCR-400 MCW300C FP-5.0 2 1 1 5 ECR200 1 42CF002 42CF002 1 230 1920 3373 330 8 230 1920 3373 330 8 台数 风量(m3/h) 700 510 500 450 3950 3100 2940 2390 供冷量(kw) 供热量(kw) 6800 5010 4400 4340 水流量(KG/h) 691.2 568.99 504 421.2 水 阻(kpa) 13.7 12 20.3 4.6 FP-12.5 TCR800 FP-10 ECR-200 ECRN-800 第 15 页 共 44 页

1878 950 350 230 350 1600 6380 3290 2100 1920 2790 8700 13500 6960 3150 3373 4710 14420 1450.8 540 360 330 480 1557.24 12.2 15 6.1 8 17 21 台2] 2006[卡拉OK舞池酒吧] 2007[休息室2] 2008[休息室3] 2009[活动室] 2010[露台3] ECRN-1000 1 1 ECRN-400 FP-3.5 42CF002 42CFOO3 MCW1000C 1 1 2 1 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。

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6 气流组织

气流组织又称空气分布，大多数空调与通风系统都需要向房间或被控制区送入和排出空气，不同形状的房间、不同的送风口和回风口形式和布置、不同大小的送风量都影响室内空气的流速分布、温湿度分布和污染物浓度分布。室内气流速度、温湿度都是人体热舒适的要素，而污染物浓度是室内空气品质的重要指标。因此，要想使房间内人群的活动区域成为一个温湿度适宜，空气品质优良的环境，不仅要有合理的系统形式及对空气的处理方案，而且要有合适的空气分布。

6.1 气流组织分布

本次设计中采用上送上回与侧送风的气流组织形式，上送上回便于布置，而侧送风送出的气流为贴附于顶棚的射流。射流下侧吸卷室内空气，射流在近墙下降。工作区为回流区，该模式的通风效率较高，换气效率约为0.6-0.8。侧送风口的安装离顶棚距离越近，且又以15～20度仰角向上送风时，则可加强贴附，借以增加射流。合理地组织气流流线的问题，主要是考虑送风口的位置，回风口的影响较小。

设计侧顶送风口的调节应达到以下的要求： （1）各风管之间风量调节；

（2）射流轴线水平方向的调节，使送风速度均匀，射流轴线不偏斜； （3）水平面扩散角的调节；

（4）竖向仰角的调节，一般以向上10～20度的仰角，加强贴附，增加射程。 风机盘管加独立新风系统使风机盘管暗装于天花板，采用上侧送风的形式。送风气流贴附于顶棚，工作区处于回流区中。送风与室内空气混合充分，工作区的风速较低，温度湿度比较均匀，适用于中小空间的要求舒适性较高的场所。 各管段建议流速和最大流速列于下表：

表6-1 各管段建议流速和最大流速

编号 1 管段 新风入口 建议流速 2.5 最大流速 3.5 续表6-1 第 17 页 共 44 页

4.0 6.5-10 5-6.5 3-4.5 3-3.5 1.5-3.5 5.0 7.5-11 5.5-8 4-6 4-5 2-4 2 3 4 5 6 7 风机入口 风机出口 主风道 水平支风道 垂直支风道 送风口 6.2 风口布置

风口对气流组织有着关键影响，根据送回风量选择合适的风口，均匀分配，同时避免柱和梁的阻挡，最大可能的减少风量扰动对气流产生的负面效应，才能产生良好的气流组织效果，在本次设计中遵循了以下原则：

（1）新风口应尽量靠近风机盘管的送风口，目的让新风与室内回风混合均匀；

（2）送风口尺寸放大。变风量末端在调节时产生的风速变化会使人感到不舒适，这在大风量送风口尤为明显。解决这个问题的最简单方法是加大吊顶风口的尺寸，尽可能减少出风速度，使这种风速的变化带来的影响微乎其微。一般可将送风口的额定流量加大一档；

（3）增强吊顶贴附效应。使吊顶平面保持平整，尽量使吊顶面的凸凹远离送风口。这其中主要包括灯具、水喷淋头和火灾报警探头，两者间须隔开一定的距离。

6.3风口选择计算

送风气流分布设计步骤为首先布置双层百叶风口，送风口布置的原则是： （1）布置时充分考虑建筑结构的特点，送风口下送方向不得有障碍物（如柱）； （2）一般按对称布置或梅花形布置；

（3）每个送风口所服务的区域最好为正方形或接近正方形；如果送风口服务区的长度比大于1.25时，宜选用矩形送风口;如果采用顶棚回风，则回风口应布置在距送风口最远处。

（4）送风气流分布计算，主要选用合适的送风口，使房间内风速满足设计要求。 送风选用双层百叶风口侧送与散流器上送方式，保证工作区稳定而均匀的温度和风速。为保证贴附射流有足够的射程，并不产生较大噪声，所以选送风口风速V=2-5m/s,最大风速不得超过6 m/s,送热风时取较大值。

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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：

G=3600abv（m3/h） (7-1) 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：

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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 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 小计 风量(m^3/s) 6699.4 6249.4 4902.8 4782.8 4024.2 3583.2 3142.2 2108.7 1075.2 36567.9 管宽(mm) 630 630 630 630 500 500 500 400 400 4820 管高(mm) 500 500 400 400 400 400 320 250 250 3420 管长(m) 7.9 1.85 0.85 3.15 2.8 4.35 2.9 10.9 1.75 36.45 ν(m/s) R(Pa/m) △Py(Pa) 5.908 5.511 5.404 5.272 5.589 4.977 5.455 5.857 2.987 46.96 0.582 0.513 0.579 0.554 0.691 0.56 0.773 1.17 0.349 5.771 4.597 0.949 0.492 1.744 1.934 2.436 2.241 12.758 0.611 27.762 ξ 0.247 0.01 0.02 0.3 0.15 0.3 0.21 0.5 0.2 1.937 动压(Pa) 20.903 18.189 17.492 16.646 18.709 14.833 17.823 20.548 5.342 150.485 △Pj(Pa) △Py+△Pj(Pa) 5.163 0.182 0.35 4.994 2.806 4.45 3.743 10.274 1.068 33.03 9.76 1.131 0.842 6.738 4.74 6.886 5.984 23.032 1.679 60.792

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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

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 小计 风量(m^3/s) 10558 10418 7078 7038 6918 4953.5 4833.5 3845 3357 3237 2248.5 2128.5 1108.5 120 67841.5 管宽(mm) 800 800 800 800 800 630 630 500 500 500 400 400 320 120 8000 管高(mm) 500 500 400 400 400 400 400 400 320 320 320 320 250 120 5050 管长(m) 7.2 1.45 4.95 3.05 1.65 2 1.75 1.15 0.75 1.95 1.35 1.6 0.4 2.75 32 ν(m/s) 7.332 7.235 6.144 6.109 6.005 5.46 5.328 5.34 5.828 5.62 4.88 4.619 3.849 2.315 76.064 R(Pa/m) △Py(Pa) 0.851 0.83 0.725 0.717 0.694 0.645 0.616 0.695 0.961 0.897 0.772 0.697 0.664 0.757 10.521 6.126 1.203 1.993 2.187 1.146 1.29 1.078 0.8 0.721 1.75 1.042 1.115 0.266 2.082 22.799 ξ 0.2 0.072 0.004 0.005 0.07 0.01 0.2 0.21 0.001 0.15 0.002 0.07 0.15 0.001 1.145 动压(Pa) 31.595 30.763 22.187 21.937 21.195 17.523 16.684 16.761 19.964 18.562 13.994 12.54 8.707 3.149 255.561 △Pj(Pa) △Py+△Pj(Pa) 6.319 2.215 0.044 0.11 1.484 0.175 3.337 3.52 0.02 2.784 0.028 0.878 1.306 0.003 22.223 12.445 3.418 2.037 2.297 2.63 1.465 4.415 4.32 0.741 4.534 1.07 1.993 1.572 2.085 45.022 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；

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（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200～300ｍｍ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Ｔ616.

（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。

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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；

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（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

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 小计 负荷(kW) 流量(kg/h) 124.23 121.868 120.5421 118.18 117.186 114.824 112.462 110.1 39.45 37.13 32.58 28.69 24.8 11.4 1113.4421 21367.6 20961.3 20733.2 20327 20156 19749.7 19343.5 18937.2 6785.4 6386.36 5603.76 4934.68 4265.6 1960.8 191512.1 管径 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN70 DN70 DN70 DN50 DN50 DN40 0 管长(m) ν(m/s) R(Pa/m) 11.7 1.05 2.85 1.25 2.7 3.8 3.85 4 1.05 3.1 3.05 5.65 3.15 8.5 55.7 0.673 0.66 0.653 0.64 0.635 0.622 0.609 0.596 0.519 0.489 0.429 0.621 0.537 0.413 8.096 55.68 53.684 52.58 50.64 49.835 47.946 46.093 44.275 60.056 53.586 41.942 116.317 88.338 75.271 836.243 △Py(Pa) 651.453 56.368 149.852 63.3 134.553 182.194 177.457 177.102 63.059 166.117 127.924 657.192 278.263 639.803 3524.637 ξ 5 1 1 1 1 1 1 1 1.5 1 1 1.5 1 2 20 动压(Pa) 226 217 212 204 201 193.26 185.391 177.685 134.697 119.32 91.869 193.045 144.245 85.109 △Pj(Pa) 1131 217.699 212.988 204.722 201.293 193.26 185.391 177.685 202.046 119.32 91.869 289.567 144.245 170.218 △Py+△Pj(Pa) 1782 274.067 362.84 268.022 335.846 375.454 362.848 354.787 265.105 285.437 219.793 946.759 422.508 810.021 7066.038 2387.543 3541.401

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图8.2 二层最不利水管环路示意图 表8-2 二层水管水力计算 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 小计 负荷(kW) 171.6 157.15 流量(kg/h) 29515.2 27029.8 管径 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN50 DN50 DN50 DN40 DN32 0 管长(m) 13.2 1 2.75 2.75 1.15 3.75 10.55 0.75 2.1 1.9 5.7 2.7 6.8 55.1 ν(m/s) 0.929 0.884 0.851 0.824 0.807 0.78 0.719 0.708 0.463 0.436 0.363 0.407 0.41 8.581 R(Pa/m) 103.237 93.89 87.209 81.986 78.764 73.801 63.148 61.314 66.95 59.822 42.495 73.432 88.929 974.977 △Py(Pa) 1362.72 93.89 239.824 225.461 90.579 276.755 666.214 45.985 140.595 113.661 242.22 198.267 604.719 4300.89 ξ 3.5 1 1 1 1 1 1 1.5 1 1 1.5 1.5 0.5 16.5 动压(Pa) 431.63 △Pj(Pa) 1510.70 △Py+△Pj(Pa) 2873.42 484.876 601.822 564.844 416.034 580.785 924.414 421.482 247.971 208.863 341.125 322.584 646.686 8634.91 163.321 28091.2 152.162 26171.9 149.007 25629.2 144.019 24771.3 132.721 21.3971 22828 3680.3 390.986 390.986 361.998 361.998 339.383 339.383 325.455 325.455 304.03 258.2 304.03 258.2 130.683 22477.5 20.1476 3465.39 16.7674 2883.99 11.2496 1934.93 250.332 375.497 107.376 107.376 95.202 65.937 82.878 83.935 95.202 98.905 124.317 41.967 8.60742 1480.48 1278.83 219959. 3097.34 4334.02 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。

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；

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（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；

（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。

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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。

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9.1.1冷冻水泵的设计计算

表9-1 设备的阻力

编号 1 项目 制冷机组阻力 阻力（kPa） 80 编号 2 项目 最不利循环管路 阻力（kPa） 42.87 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。水系统的注水与补水均应通过膨胀水箱来实现[3]。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℃；

空调水系统的单位水容量：Vc=1.3L/m2

表9-2 膨胀管径 第 29 页 共 44 页

350~1800 25 1801~3500 40 3501~7000 50 ＞7000 70 系统冷负荷（Kw） 膨胀（DN） ＜350 管20 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。

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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行的经济性[16]。

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热水供应），对冬夏冷暖联供系统使用者很少[33]。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。在各种竖直埋管换热器中，目前应用最为广泛的是单U型管[12]。

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[14]。

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

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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:

l?Q1q ＝10650m

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

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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Rm无法直接查到,可按下式计算

（10-1）

式中ρ---为水密度,kg/ m3;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 kg/ m3 ,μ=0.942×10?3 kg/ (m·s)。 首先确定管中的流速，由下式：

n=

4000W（10-2） 2??di

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 , di 为竖埋管管内径mm。

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

序号 负荷(kW) 329 54.8 51.18 47.52 43.87 40.21 36.56 32.9 29.24 流量(kg/h) 43.606 7.2633 6.7835 6.2984 5.8146 5.3295 4.8457 4.3606 3.8755 管径 管长(m) 2.5 3 3 3 3 3 3 3 3 ν(m/s) 1.373 0.915 0.854 0.793 0.732 0.671 0.61 0.549 0.815 R(Pa/m) 215.36 237.09 207.77 180.07 154.40 130.62 108.87 89.024 265.07 △Py(Pa) 538.40 711.29 623.31 540.21 463.21 391.88 326.62 267.07 795.21 ξ 3.5 1 1 1 1 1 1 1 1 动压(Pa) 940.35 417.42 364.10 313.88 267.52 224.74 185.79 150.45 331.85 △Pj(Pa) 3291.2 417.42 364.10 313.88 267.52 224.74 185.79 150.45 331.85 △Py+△Pj(Pa) 3829.6 1128.7 987.41 854.10 730.73 616.62 512.41 417.53 1127.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 DN100 DN50 DN50 DN50 DN50 DN50 DN50 DN50 DN40 续表10-1

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10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 小计 25.59 21.93 18.28 14.62 10.97 7.31 3.655 54.8 54.8 109.7 164.5 219.3 274.2 329 1973.9

DN40 DN40 DN32 DN32 DN32 DN25 DN20 DN50 DN50 DN70 DN80 DN100 DN100 DN100 3 3 3 3 3 3 123 46 4 4 4 4 4 23.5 257 0.714 0.612 0.67 0.536 0.402 0.47 0.379 0.915 0.915 1.112 1.19 0.915 1.144 1.373 205.10 152.61 217.67 142.1 82.525 160.24 147.30 237.09 237.09 251.44 231.18 97.876 150.98 215.36 615.32 457.84 653.01 426.3 247.57 480.72 18118 10906 948.38 1005.7 924.73 391.50 603.95 5061.0 45498 1 1 1 1 1 1 13 3 1 1 1 1 4 3 44.5 254.17 186.66 224.37 143.52 80.804 110.28 71.856 417.42 417.42 617.30 706.76 417.81 653.18 940.35 254.17 186.66 224.37 143.52 80.804 110.28 934.13 1252.2 417.42 617.30 706.76 417.81 2612.7 2821.0 16326. 869.49 644.51 877.38 569.82 328.37 591.00 19052. 12158. 1365.8 1623.0 1631.5 809.31 3216.6 7882.0 61824 3.3917 2.9066 2.4228 1.9377 1.4539 0.9688 0.4844 7.2633 7.2633 14.539 21.803 29.066 36.343 43.606 261.63 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。

水泵流量 L=(1.1～1.2) Lmax， m3/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：

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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；

所以水泵所需流量W 为43.6m3/h ,水泵所需扬程Ph为8.7m。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，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；

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