某地源热泵毕业设计secret.docx
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某地源热泵毕业设计secret
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1782.2m
,空调面积约1200
。
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。
1.4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=0.397ε(h)=8.431
窗户:
K=3.342衰减系数β=0.997ε(h)=0.431
门:
K=5.0
1.5设计原则
由于长沙属于夏热冬冷地区,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%。
2空调冷负荷计算
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30m
新风量计算。
3.2夏季空调新风冷负荷的计算
Qc.o=Mo(ho—hr)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;
hr——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。
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。
(f)过滤性能差。
\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
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
新风机组型号
额定风量m3/h
外形尺寸
长*宽*高
mm
机组形式
机组全压Pa
供冷量kW
供热量
kW
水量T/h
水压降kpa
进出、水口管径mm
冷凝水管径mm
G-7X2DF
14000
2850×1290×808
吊顶式
390
115.03
166.8
19.8
40
70
25
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:
表5-3各房间风机盘管型号及数量
房间号
型号
台数
风量(m3/h)
供冷量(kw)
供热量(kw)
水流量(KG/h)
水 阻(kpa)
1001[中餐厅]
SCR-400
2
700
3950
6800
691.2
13.7
1002[西餐厅]
MCW300C
1
510
3100
5010
568.99
12
1003[接待厅]
FP-5.0
1
500
2940
4400
504
20.3
1004[泳池+SPA1]
ECR200
5
450
2390
4340
421.2
4.6
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。
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(
)(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:
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
风量(m^3/s)
管宽(mm)
管高(mm)
管长(m)
ν(m/s)
R(Pa/m)
△Py(Pa)
ξ
动压(Pa)
△Pj(Pa)
△Py+△Pj(Pa)
1
6699.4
630
500
7.9
5.908
0.582
4.597
0.247
20.903
5.163
9.76
2
6249.4
630
500
1.85
5.511
0.513
0.949
0.01
18.189
0.182
1.131
3
4902.8
630
400
0.85
5.404
0.579
0.492
0.02
17.492
0.35
0.842
4
4782.8
630
400
3.15
5.272
0.554
1.744
0.3
16.646
4.994
6.738
5
4024.2
500
400
2.8
5.589
0.691
1.934
0.15
18.709
2.806
4.74
6
3583.2
500
400
4.35
4.977
0.56
2.436
0.3
14.833
4.45
6.886
7
3142.2
500
320
2.9
5.455
0.773
2.241
0.21
17.823
3.743
5.984
8
2108.7
400
250
10.9
5.857
1.17
12.758
0.5
20.548
10.274
23.032
9
1075.2
400
250
1.75
2.987
0.349
0.611
0.2
5.342
1.068
1.679
小计
36567.9
4820
3420
36.45
46.96
5.771
27.762
1.937
150.485
33.03
60.792
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
风量(m^3/s)
管宽(mm)
管高(mm)
管长(m)
ν(m/s)
R(Pa/m)
△Py(Pa)
ξ
动压(Pa)
△Pj(Pa)
△Py+△Pj(Pa)
1
10558
800
500
7.2
7.332
0.851
6.126
0.2
31.595
6.319
12.445
2
10418
800
500
1.45
7.235
0.83
1.203
0.072
30.763
2.215
3.418
3
7078
800
400
4.95
6.144
0.725
1.993
0.004
22.187
0.044
2.037
4
7038
800
400
3.05
6.109
0.717
2.187
0.005
21.937
0.11
2.297
5
6918
800
400
1.65
6.005
0.694
1.146
0.07
21.195
1.484
2.63
6
4953.5
630
400
2
5.46
0.645
1.29
0.01
17.523
0.175
1.465
7
4833.5
630
400
1.75
5.328
0.616
1.078
0.2
16.684
3.337
4.415
8
3845
500
400
1.15
5.34
0.695
0.8
0.21
16.761
3.52
4.32
9
3357
500
320
0.75
5.828
0.961
0.721
0.001
19.964
0.02
0.741
10
3237
500
320
1.95
5.62
0.897
1.75
0.15
18.562
2.784
4.534
11
2248.5
400
320
1.35
4.88
0.772
1.042
0.002
13.994
0.028
1.07
12
2128.5
400
320
1.6
4.619
0.697
1.115
0.07
12.54
0.878
1.993
13
1108.5
320
250
0.4
3.849
0.664
0.266
0.15
8.707
1.306
1.572
14
120
120
120
2.75
2.315
0.757
2.082
0.001
3.149
0.003
2.085
小计
67841.5
8000
5050
32
76.064
10.521
22.799
1.145
255.561
22.223
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;
(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。
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;
(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
负荷(kW)
流量(kg/h)
管径
管长(m)
ν(m/s)
R(Pa/m)
△Py(Pa)
ξ
动压(Pa)
△Pj(Pa)
△Py+△Pj(Pa)
1
124.23
21367.6
DN100
11.7
0.673
55.68
651.453
5
226
1131
1782
小计
1113.4421
191512.1
0
55.7
8.096
836.243
3524.637
20
2387.543
3541.401
7066.038
图8.2二层最不利水管环路示意图
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=17.27Kpa。
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;
(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。
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340.5KW,功率64.5kw,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43.6M3/H,水源水压降25KPA,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。
9.1.1冷冻水泵的设计计算
表9-1设备的阻力
编号
项目
阻力(kPa)
编号
项目
阻力(kPa)
1
制冷机组阻力
80
2
最不利循环管路
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:
15.54L/s扬程:
16m
电机功率:
7.5kW汽蚀余量:
4.5m
重量:
170Kg电动机电压:
380V
9.2膨胀水箱
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