大学毕业论文-—地源热泵.doc

浙江商业职业技术学院2012届毕业论文目 录摘要1引言3第一章 DISMY三位一体地源热泵简介4第二章 地源热泵52.1 地源热泵的工作原理5第三章 实例分析73.1 工程概况73.2 室外气象参数和室内设计标准73.3 用冷负荷系数法计算一层客卧冷负荷83.4 用冷负荷系数法计算二层书房冷负荷183.5 用冷负荷系数法计算三层主卧冷负荷273.6 用冷负荷估算法计算其他房间的冷负荷39第四章 空调设备选择404.1中央空调配置方案404.2水管管径的确定414.3 工程报价及材料42总结44参考文献45图纸清单46临安祥和苑DISMY地源热泵摘要：本设计为临安祥和苑别墅地源热泵系统,拟为之设计合理的中央空调系统,为居住提供舒适,环保,健康的生活环境.本设计采用的是地源热泵系统.该系统优点是节能，可以实现一机多用，可实现制冷，地板采暖，生活热水。同时各末端装置和地热有独立的开关和调节功能，各房间的温度可独自调节与控制，且防止了空气的交叉感染。这样可以满足不同功能房间使用时间段人员活动情况的不同要求，布置灵活，控制方便。计内容包括:空调冷负荷的计算；新风量的计算；空调系统的划分与系统方案的确定；空调末端设备及空调主机的选型；布置管道系统及确定管径等。关键词:地源热泵；节能Abstract: the design for the Lingan Peace Garden Villa ground-source heat pump system, intended for the rational design of central air conditioning system for residential, provide comfort, environmental protection, healthy living environment. This design is used in ground source heat pump system. This system has the advantages of energy saving, can realize one machine with multiple functions, can realize the refrigeration, heating, water of life.At the same time, each terminal device and geothermal independent switching and adjusting function, the temperature of the room can be left alone to regulation and control, and prevent cross infection in the air.It can meet the needs of different functional room using the time staff activities of the different requirements, flexible arrangement, convenient control.Projects include: air-conditioning cooling load calculation; the calculation of fresh air; air conditioning system division and system scheme; air-conditioning end equipment and air conditioning host selection; layout piping system and determine the diameter of.Key words: ground source heat pump; energy saving引 言 别墅，是居宅之外用来享受生活的居所，更主要是体现生活品质及享用特点的高级住所。对生活的要求不断的提高，空气的洁净度，湿度，温度，空气的品质，是顾客追求的重中之重，因此，别墅安装中央空调用来提高品质及享用度，是必须的一个过程。但由于资源的紧缺，与环保意识的作用，选择一款地源热泵三合一体机又是当今社会发展的一个趋势，所以，设计意向节能、舒适、健康的地源热泵中央空调是很有实际意义的。 地源热泵系统在冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。地源热泵是一个广义的术语，它包括以地下水、地表水和地下岩土作为热源和热汇的热泵系统。地源热泵系统又可进一步分为地表水热泵、地下水热泵）和地埋管地源热泵系统。第一章 DISMY三位一体地源热泵简介 DISMY三位一体地源热泵可实现制冷、地板采暖、提供生活热水，实现一机多用；一套DISMY三位一体地源热泵空调系统可代替采暖锅炉（或集中供暖）加空调两套系统.地源热泵的分类:地下水热泵系统、地表水热泵系统、地埋管地源热泵系统地源热泵的系统特点:一、优点：（1）地源热泵利用清洁的电能实现供热和空调，废除了污染严重的中小型燃煤锅炉。（2）地源热泵系统机组效率高，节省运行费用。（3）传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。地源热泵既可供冷，又可供暖，一套设备代替了原来的锅炉和制冷机两套系统。热泵机组同时还可提供生活热水，因此一机多用，节省了建筑空间及设备的初投资。从这个意义上说，地源热泵系统特别适合于同时有供热和供冷两种需求的应用场合。（4）由于地埋管地源热泵系统可以取消传统空调系统的锅炉和冷却塔，因此不影响建筑的外观。（5）对于电力系统来说，采用地源热泵技术实现供热和制冷，由于提高了系统的性能系数（特别是与直接电采暖相比），因此可以缓解冬夏两个供电高峰；而且由于冬夏的供热和空调都采用电力，因此电力系统全年的运行效率得到显著提高。这也是在美国地源热泵的研究得到电力公司大力支持的一个原因。二、缺点：( 1 )地埋管地源热泵系统的初投资较高仍然是制约其推广应用的主要障碍。 在硬岩或砾石层等复杂地层中钻孔的费用可以比在土层中钻孔的费用高5-10倍。地埋管换热器的投资可占整个建筑供热空调系统初投资的1/31/2。与传统的锅炉（热网）加冷水机组的供热空调系统相比，或与空气源热泵系统相比，地埋管地源热泵系统的初投资稍有增加，约10-40%。而与单纯的集中供热或燃气锅炉供热系统相比，地埋管地源热泵系统的初投资就要高出1-2倍。( 2 ) 设置地埋管换热器需要一定的土地。( 3 ) 地源热泵系统对系统全年冷热负荷的平衡有一定的要求。第二章 地源热泵2.1 地源热泵的工作原理 在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。地源热泵将室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13以下的冷风的形式为房供冷。 在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。 地源热泵将地下的热量不断转移至室内的过程中，以35以上热风的形式向室内供暖。第三章 实例分析3.1 工程概况本工程地处临安市，地处杭州市管辖。为一幢三层楼的别墅。该建筑一层有玄关,客厅,餐厅,厨房,保姆房,客卧,棋牌室.二层有休息区,父母房,父母卫,书房,女儿房.三层有主卧,主卫,阳光房.建筑面积为529m2，空调面积为302m2，层高2.9m。该建筑物的有关资料如下：1、屋面结构与中央空调设计实训教程表1-6（b）中序号1相同，保温材料为沥青膨胀珍珠岩，厚度=50mm。2、外墙红砖墙，=240mm，墙外表面为水泥砂浆抹灰加浅色喷浆，墙为70mm厚的加气混凝土保温层，内粉刷加油漆。3、外窗单层钢窗，玻璃为5mm厚普通玻璃，挂有浅蓝色窗帘。4、照明设备由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为15W/m2。 4、空调每天使用时间一、 二、三层都为14小时，8:0022:00。3.2 室外气象参数和室内设计标准1、临安市所处位置查中央空调设计实训教程表1-1，确定杭州地区的经纬度及海拔为：杭州市的经度为东经12016杭州市的纬度为北纬3014杭州市的海拔为41.7m2、室外空气计算参数查中央空调设计实训教程表1-1，确定杭州地区的室外空气计算参数为：夏季室外大气压为1000.5kPa夏季空调计算日平均温度tp=31.5夏季空调计算干球温度tw=35.7夏季通风干球温度tg=33.0夏季空调计算湿球温度tws=28.5夏季外平均风速v=2.2m/s冬季室外大气压为1020.9kPa冬季空调计算干球温度tw=-4.0冬季通风计算干球温度tg=4.0冬季最低日平均温度tp=-6.0冬季室外平均风速v=2.3m/s3、室内空气设计标准根据“采暖通风与空气调节设计规范”，确定本建筑的夏季室内空气设计标准：夏季室内空气温度tN=26夏季室内空气相对湿度40%N50%夏季室内风速v0.25m/s3.3 用冷负荷系数法计算一层客卧冷负荷 一层客卧面积为 F=12（m2）， 1、东外墙瞬变传热引起的冷负荷由中央空调设计实训教程（以下所查表格及公式都根据此书）中计算公式（1-1）得：LQ1=FK（tl,n-tn）W其中tl,n=（tl,n+ td）kak根据建筑图计算面积减去窗户面积：F=3.2*2.9=9.28-2.32=6.96（m2）查中央空调设计实训教程表1-6（a）得此外墙为型，其传热系数为K=1.19W/（m2K）；查表1-7（b）（型外墙冷负荷计算温度）得此外墙冷负荷计算温度的逐时值tl,n，见表3-1； 根据表1-8（a）查的杭州的东外墙地区修正值td=2.1。由于杭州地区的夏季室外平均风速v=2.2 m/s，按公式(1-3)得aw=3.852.2+8.95=17.42kcal/ m2h=20.2W/（m2K）查表1-9（外表面放热系数修正值）的ka=0.98。根据外墙外表面为浅色，查表1-10得k=0.94。将查得的结果及计算结果列入表3-1中。28表3-1 东外墙冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tl,n37.837.336.836.335.935.535.234.934.834.834.935.335.836.537.3td2.1ka0.98k0.94tn26tl,n36.836.335.835.43534.634.434.1343434.134.534.935.636.3tl,n-tn10.810.39.89.498.68.48.1888.18.58.99.610.3F6.96K1.19LQ189 85 81 78 75 71 70 67 66 66 67 70 74 80 85 2、东外窗瞬变传热引起的冷负荷计算公式（1-5）：LQ2=FK（tl-t n）W根据建筑图计算得面积：（窗高默认2m）：F=1.16*2=2.32（m2）玻璃窗内表面换热系数an一般取8.7W/（m2K），aw=20.2 W/（m2K）。查表1-11（a）得：单层玻璃窗的传热系数为K=6.09 W/（m2K）。根据表1-12查得：玻璃窗传热系数修正值为1.0。根据表1-13查得：玻璃窗冷负荷计算温度逐时值tl，见表3-2。根据表1-14查的：修正值td=3。将查得的数值及计算结果汇总于表3-2中。表3-2 东外窗冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tl26.927.92929.930.831.531.932.232.23231.630.829.929.128.4td3tn26tl29.930.93232.933.834.534.935.235.23534.633.832.932.131.4tl-tn3.94.966.97.88.58.99.29.298.67.86.96.15.4F2.32K6.09LQ255 69 85 97 110 120 126 130 130 127 122 110 97 86 76 3、 透过东外窗进入室内的日射传热引起的冷负荷计算公式（1-7）：LQ3=FCzDj,maxCLQ W根据表1-15查得单层钢窗有效面积系数Ca=0.85。窗的有效面积F=2.32（m2）。根据表1-16查得遮挡系数Cs=0.93。根据表1-17查得遮阳系数Cn=0.6。由公式Cz =CsCn得综合遮阳系数Cz =0.930.6=0.558。杭州地区的纬度为北纬3014，根据表1-18查得杭州地区东向日射得热因素最大值Dj,max=463 W/ m2。根据表1-19（b）查得该地区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值CLQ。计算结果列入表3-3中。表3-3 东外窗进入室内的日射传热引起的冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00CLQ0.140.170.180.190.20.340.580.560.720.830.770.530.110.10.09Dj,max463Cz0.558F2.32LQ384 102 108 114 120 204 348 336 432 497 462 318 66 60 54 4、西内墙瞬变传热引起的冷负荷计算公式（1-4）：LQ4=FK（tls -tn）W其中tls =tp+ tls查取杭州地区夏季空调室外计算日平均温度tp =31.5。 根据中央空调设计实训教程第一章内墙维护结构冷负荷的计算说明，选取相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值tls =2。又根据建筑图计算得面积约：F=3*2.9=8.7（m2）墙体传热系数为K=1.19W/（m2K）。将查得的结果及计算结果列入表3-4中。表3-4 西内墙冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tp（）31.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.5tls（）2tls（）33.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.5tls-tn8.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.5F（m2）8.7K（W/m2K）1.19LQ488 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 5、北内墙瞬变传热引起的冷负荷计算公式（1-4）：LQ5=FK（tls -tn）W其中tls =tp+ tls查取杭州地区夏季空调室外计算日平均温度tp =31.5。 根据中央空调设计实训教程第一章内墙维护结构冷负荷的计算说明，选取相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值tls =2。又根据建筑图计算得面积约：F=3.8*2.9=11.02（m2）墙体传热系数为K=1.19W/（m2K）。将查的的结果集计算结果列入表3-5中。表3-5 北内墙冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tp（）31.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.5tls（）2tls（）33.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.5tls-tn8.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.5F（m2）11.02K（W/m2K）1.19LQ5111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 6、南内墙瞬变传热引起的冷负荷计算公式（1-4）：LQ5=FK（tls -tn）W其中tls =tp+ tls查取杭州地区夏季空调室外计算日平均温度tp =31.5。 根据中央空调设计实训教程第一章内墙维护结构冷负荷的计算说明，选取相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值tls =2。又根据建筑图计算得面积约：F=3.8*2.9=11.02（m2）墙体传热系数为K=1.19W/（m2K）。将查得的结果及计算结果列入表3-6中。表3-6 南内墙冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tp（）31.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.531.5tls（）2tls（）33.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.533.5tls-tn8.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.58.5F（m2）11.02K（W/m2K）1.19LQ6111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 7、人体散热引起的冷负荷计算公式（1-10）：LQ5= qsnnCLQ+ qLnn Wqs指成年男子显热散热量。qL 指成年男子潜热散热量。主卧为休息，根据表1-22查得室温为26时，每人散发的显热和潜热量分别为63 W和45 W。根据表1-23查得：群聚系数n=0.93。根据室内人员按每天有14个小时的停留时间，根绝表1-21查得人体显热散热冷负荷系数逐时值CLQ，见下表3-7。人数约为1人。计算结果列入表3-7中。表3-7 人体散热引起的冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00 CLQ00.580.660.720.720.800.830.850.870.890.900.920.930.940.97qs63qL45n1n0.93LQ742 76 81 84 84 89 90 92 93 94 95 96 96 97 57 8、照明设备散热引起的冷负荷计算公式：LQ6= n1n2NCLQ W照明设备为安装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，则取n1=1.0，n2=0.6，照明功率为N=15*12=180W。取空调设备运行时数为14小时，开灯时数为10小时，根据表1-20查得：照明设备逐时冷负荷系数CLQ，见表3-8。计算结果列入表3-8中。表3-8 照明设备散热引起的冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00CLQ0.580.750.790.80.80.810.820.830.840.860.870.390.350.310.28N180n11n20.5LQ85268717272737475767778353228259、电子设备引起的冷负荷设备和用具的散热量引起的冷负荷，由（1-11）LQ9=QCLQ+QqQ= n1n2n3N/ n4计算结果列入表3-9中。表3-9 电子设备引起的冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00CLQ0.330.460.550.620.680.720.760.790.810.840.600.480.390.330.28n10.90.90.90.90.90.90.90.90.90.90.90.90.90.90.9n20.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.40.4n30.80.80.80.80.80.80.80.80.80.80.80.80.80.80.8n40.60.60.60.60.60.60.60.60.60.60.60.60.60.60.6N175175175175175175175175175175175175175175175Q175175175175175175175175175175175175175175175LQ9203 214 221 227 232 235 239 241 243 246 225 215 208 203 199 10、客卧总冷负荷客卧总冷负荷由上述各类冷负荷组成，将各项逐时冷负荷汇总于表3-10。表3-10 客卧逐时冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00LQ189 85 81 78 75 71 70 67 66 66 67 70 74 80 85 LQ255 69 85 97 110 120 126 130 130 127 122 110 97 86 76 LQ384 102 108 114 120 204 348 336 432 497 462 318 66 60 54 LQ488 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 LQ5111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 LQ6111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 LQ784152161168168177181183186188189192193194197LQ8526871727273747576777835322825LQ9203 214 221 227 232 235 239 241 243 246 225 215 208 203 199 小计8771000103710661087119013481343144315111453125098096194611 .新风冷负荷查表1-28,卧室的新风指标取30/(h.人)，则新风量为Lw=1*30=30/h根据室内外参数(即tN=26，N=50%, tw=35.7, tws=28.5)，查h-d图得hw=92.4KJ/kg,hN=50.4KJ/kg.则新风冷负荷LQW = GW(hW-hN) =1.2*60*(92.4-50.4)/3600=0.42KW12、 客卧空调总冷负荷将表3-10中冷负荷逐时值及新风冷负荷累加得客卧的空调冷负荷，见表3-11。表3-11 空调总冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00小计877100010371066108711901348134314431511.14531250.980961946新风负荷420总计129714201457148615071610176817631863193118731670140013811366从表3-11可以得到，最大冷负荷出现在17：00，其值为1931W。单位负荷在161W/。3.4 用冷负荷系数法计算二层书房冷负荷二层主卧面积为 F=10.6（m2）1、东外墙瞬变传热引起的冷负荷由中央空调设计实训教程（以下所查表格及公式都根据此书）中计算公式（1-1）得：LQ1=FK（tl,n-tn）W其中tl,n=（tl,n+ td）kak根据建筑图计算面积减去窗户面积：F=3.2*2.9=9.28-2.32=6.96（m2）查中央空调设计实训教程表1-6（a）得此外墙为型，其传热系数为K=1.19W/（m2K）；查表1-7（b）（型外墙冷负荷计算温度）得此外墙冷负荷计算温度的逐时值tl,n，见表3-12；根据表1-8（a）查的杭州的东外墙地区修正值td=2.1。由于杭州地区的夏季室外平均风速v=2.2 m/s，按公式(1-3)得aw=3.852.2+8.95=17.42kcal/ m2h=20.2W/（m2K）查表1-9（外表面放热系数修正值）的ka=0.98。根据外墙外表面为浅色，查表1-10得k=0.94。将查得的结果及计算结果列入表3-12中。 表3-12 东外墙冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tl,n37.837.336.836.335.935.535.234.934.834.834.935.335.836.537.3td2.1ka0.98k0.94tn26tl,n36.836.335.835.43534.634.434.1343434.134.534.935.636.3tl,n-tn10.810.39.89.498.68.48.1888.18.58.99.610.3F6.96K1.19LQ189 85 81 78 75 71 70 67 66 66 67 70 74 80 85 2、东外窗瞬变传热引起的冷负荷计算公式（1-5）：LQ2=FK（tl-t n）W根据建筑图计算得面积：（窗高默认2m）：F=1.16*2=2.32（m2）玻璃窗内表面换热系数an一般取8.7W/（m2K），aw=20.2 W/（m2K）。查表1-11（a）得：单层玻璃窗的传热系数为K=6.09 W/（m2K）。根据表1-12查得：玻璃窗传热系数修正值为1.0。根据表1-13查得：玻璃窗冷负荷计算温度逐时值tl，见表3-13。根据表1-14查的：修正值td=3。将查得的数值及计算结果汇总于表3-13中。表3-13 东外窗冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:00tl26.927.92929.930.831.531.932.232.23231.630.829.929.128.4td3tn26tl29.930.93232.933.834.534.935.235.23534.633.832.932.131.4tl-tn3.94.966.97.88.58.99.29.298.67.86.96.15.4F2.32K6.09LQ255 69 85 97 110 120 126 130 130 127 122 110 97 86 76 3、透过东外窗进入室内的日射传热引起的冷负荷计算公式（1-7）：LQ3=FCzDj,maxCLQ W根据表1-15查得单层钢窗有效面积系数Ca=0.85。窗的有效面积F=2.32（m2）。根据表1-16查得遮挡系数Cs=0.93。根据表1-17查得遮阳系数Cn=0.6。由公式Cz =CsCn得综合遮阳系数Cz =0.930.6=0.558。杭州地区的纬度为北纬3014，根据表1-18查得杭州地区东向日射得热因素最大值Dj,max=463 W/ m2。根据表1-19（b）查得该地区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值CLQ。计算结果列入表3-14。表3-14 东外窗进入室内的日射传热引起的冷负荷