住宅区地源热泵系统风机盘管新风系统.docx
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住宅区地源热泵系统风机盘管新风系统
摘要
本设计为珠海市某临海小区地源热泵系统,设计对象小区共7层,每层高3m,总建筑面积2135㎡。
设计中假设每层楼布局一样,负一层的机房放置热泵机组。
本设计利用了风机盘管外加新风系统共同对空气进行调节。
新风经过处理,使其到达室内空气焓值后排入室内,新风机组每层单独设置以保证风量。
在水系统方面采用两管制,在减少管路的同时降低布置成本。
本设计不需要设立单独的冷却塔,而是通过地埋管把热量、冷量排入地下。
设计内容包括:
建筑图纸、物性参数的收集;房间冷、热负荷和湿负荷的计算;空调系统方案的确定及计算;末端装置、新风机组的选型;管路布置和水力计算;地埋管尺寸设计和水力计算;相关设备选型等。
关键字:
住宅区;地源热泵系统;风机盘管;新风系统
Abstract
ThisdesignisagroundsourceheatpumpsysteminacoastalareaofZhuhaiCity.Thedesigntargetareahas7floors,eachflooris3mhigh,andthetotalconstructionareais2135squaremeters.Inthedesign,itisassumedthatthelayoutofeachflooristhesame,andtheheatpumpunitisplacedinthemachineroomonthenegativefloor.Thisdesignusesthefancoilandthefreshairsystemtoadjusttheairtogether.Thefreshairistreatedsothatitreachestheindoorairenthalpyvalueandisdischargedintotheroom.Eachlayerofthenewfangroupissetseparatelytoensuretheairvolume.Tworegulationsareadoptedinthewatersystem,whichreducesthepipingcostandlayoutcost.Thisdesigndoesnotneedtosetupaseparatecoolingtower,butdischargesheatandcoldintothegroundthroughundergroundpipes.Thedesigncontentincludes:
architecturaldrawings,physicalparametercollection;roomcooling,heatloadandwetloadcalculation;airconditioningsystemplandeterminationandcalculation;terminaldevice,newfangroupselection;pipelinelayoutandhydrauliccalculation;Dimensionaldesignandhydrauliccalculation;selectionofrelatedequipment,etc.
Keywords:
residentialarea;groundsourceheatpumpsystem;fancoil;freshairsystem
1绪论
1.1
地源热泵含义
1.2
地源热泵空调系统的发展
2建筑资料
本次设计建筑主体为珠海某临海小区,建筑地点是在广东省珠海市香洲区。
该地处于北纬21°48'至22°27',东经113°3'至114°18'之间,属于低纬度亚热带季风区,全年降雨量均匀,年平均气温适中,全年1、2月份气温最低,进入4月温度渐升,5-9月气温相对较高且雨量增多,年平均降雨量1700-2300毫米。
东风为常向风,夏以东南风为主,冬以东北风为主,台风等天气常在夏季出现。
2.1气象参数
表2-1珠海市室外气象参数
纬度
北纬21°48′~22°27′
经度
东经113°03′~114°19′
大气压力
夏季100450pa、冬季101950pa
相对湿度
夏季83%、冬季70%
夏季室外干球温度
33.5℃
夏季室外湿球温度
27.7℃
室外平均风速
夏季1.8m/s、冬季2.4m/s
冬季空调计算温度
5℃
2.2工程概况及设定
本次设计对象是珠海市临海小区,建筑高7层。
负一层为地下车库和制冷机房,每一户需要满足制冷的区域有客厅和3个独立房间,层高3m.。
整个小区建筑面积为2135
,空调设计面积为1984
。
该建筑物相关资料如下:
1)屋面
表2-2珠海市屋面热工性能表
材料
厚度mm
传热系数(
)
碎石,卵石混凝土
40
1.28
白灰砂浆
10
0.81
卷材防水层
2
1
水泥砂浆
20
0.93
粉煤灰陶粒混凝土
80
0.44
聚苯乙烯泡沫塑料
40
0.042
钢筋混凝土
100
1.74
屋面传热系数(
)
0.903
2)外墙
表2-3珠海市外墙热工性能表
材料
厚度mm
传热系数(
)
水泥砂浆
20
0.93
普通混凝土空心砌块墙(单排孔)
190
0.86
石灰,砂,砂浆
20
0.81
外墙传热系数(
)
2.294
3)外窗
铝合金无色透明玻璃,厚度5mm,内有白色布窗帘作为内遮阳(内遮阳系数0.5),窗高1.2m和1.8m,传热系数为6
。
4)内墙
材料与外墙相同,传热系数2.294
。
5)内门
金属框单层实体门,传热系数6.5
。
6)照明
明装荧光灯,客厅功率密度11
,卧室功率密度7
,通风系数和同时使用系数0.8。
7)设备
电脑,电视等设备(设备无保温,无局部通风),功率密度20
,安装系数、同时使用系数和通风保温系数取0.8。
图2-1房间平面图
2.3初步方案
本建筑需要制冷房间较多,应该考虑节能和经济效率。
初步设定此住宅区采用风机盘管加新风系统,空调冷水机组24小时运行,设计制冷量要满足满负荷工况下的运行。
一般情况下,每个套房按4人计算。
每一层单独设立一个新风系统,空气处理方式是先把新风冷却去湿处理到室内新风空气的焓值,新风则不需要承担室内冷负荷。
维护结构、人员散热、电器散热等形成的冷负荷由风机盘管承担。
为了保证新风可以顺利的进入室内完成气体交换,需要在洗手间安装排气扇使得室内形成负压。
此外,对于稀释房间内有害气体浓度和祛除房间异味有一定作用。
小区建筑负一层为专用机房,因此可以把冷水机组放置在负一层。
3夏季冷负荷
3.1房间冷负荷的计算依据
夏季空调冷负荷采用逐时冷负荷系数法[]。
1)外墙和屋面瞬变传热形成冷负荷的计算方法
在室外温度和日照的综合作用下形成的逐时冷负荷计算:
2)内围护结构冷负荷
相邻房间之间传热形成的冷负荷通常可以根据公式计算。
同理,通过内墙或者上下楼板之间传递的热负荷也可计算。
当相邻房间有一定的温差引起热量传递并且空调区域与相邻房间之间的夏季温差大于3℃时,内围护结构之间为隔断墙,地板,内窗,内门等因温差产生的冷负荷,可视为稳态传热,不会随时间变化,计算如下:
表3-1附加温升
邻室散热量(W/
)
(℃)
很少(如办公室、走廊)
0~2
<23
3
23~116
5
3)外窗玻璃传热形成的冷负荷
在室内和室外温差作用下,通过外玻璃窗传递的热量可按下式计算:
4)玻璃窗由于日照形成的冷负荷
日照通过玻璃窗对室内环境形成的热量计算式如下:
5)设备散发的热量计算
a.设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算:
b.空调区电器设备的散热量
可按下式计算:
表3-2电器设备的功率密度
建筑类别
房间类型
功率密度(
)
宾馆建筑
普通客房
20
高档客房
13
会议室
5
其他
5
6)因灯光等照明工具的散热量计算
考虑电压稳定的情况,灯具每小时所产生的热量是不变的,热量产生的方式主要是对流和辐射。
这里采用相对的冷负荷系数进行计算:
7)人体散热形成的冷湿负荷计算
a.人体显热散热量的计算公式为:
b.人体潜热引起的冷负荷计算公式:
c.人体散湿量可按下式计算:
8)夏季新风冷负荷
3.2冷负荷计算结果
3.2.1单个房间冷负荷详细计算结果
以1001房间为例,该房间面积14.57
,高3m。
为了满足人员的舒适性,设定室内温度24℃,相对湿度60%,假设每个房间只有1人,照明功率为102W,其他设备功率290W,每个单独房间需要的新风量按人员数量确定为30
[]。
图3-1房间平面图
时间
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
南内墙
负荷值
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
206.3
西外墙
435.8
432.4
429.1
422.5
415.8
409.2
402.5
392.5
385.9
379.2
375.9
372.6
369.3
北外墙
208.6
206.4
206.4
204.2
199.8
197.6
195.4
193.2
191.1
191.1
191.1
191.1
191.1
东内墙
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
283.5
东内门
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
82.8
西外窗
33.3
44.2
55
62.9
69.5
108.4
201.1
291
317.9
244.4
100.3
49.1
43.5
北外窗
75.4
98.9
100.4
115.2
123.4
127
121.9
131.1
114
110.3
75.4
49.1
43.5
楼板
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
344.8
照明
13.7
11.7
10.8
9.8
8.8
7.8
6.9
5.9
4.9
3.9
3.9
65.6
69.5
设备
3.7
44.5
50.5
54.2
57.2
60.1
61.6
63.1
64.6
66.1
26.7
21.5
17.8
新风
显热
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
88.8
全热
333.5
331.4
325.4
316
303.8
289.8
275
260.4
247
235.7
227.1
221.7
219.9
湿负荷
0.34
0.34
0.33
0.32
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.2
0.19
0.18
0.18
人体
显热
11.2
8.6
7.3
5.9
5.3
4.6
4
3.3
3.3
2.6
2.6
2
2
全热
45.8
43.2
41.8
40.5
39.9
39.2
38.6
37.9
37.9
37.2
37.2
36.6
36.6
湿负荷
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
总计
2167.59
2227.89
2233.28
2237.77
2230.05
2250.23
2313.51
2384.89
2373.07
2276.95
2046.64
2015.73
1999.63
表3-31001房间各项逐时相加冷负荷(单位:
W)
3.2.2住宅小区各个房间负荷计算结果
该住宅小区每一层基本布局一致,负荷计算方法也相同,故以第一层建筑为例统计整栋楼的冷负荷计算结果。
表3-4一楼所有房间冷湿负荷计算
房间
房间面积
工程负荷最大值时刻(14点)的各项负荷值
房间最大负荷
总冷负荷
新风冷负荷
总湿负荷
新风湿负荷
总冷指标
新风冷指标
总湿指标
新风量
m2
W
W
kg/h
kg/h
W/m2
W/m2
kg/hm2
m3/h
W
1001[卧室]
14.5
2130
331
0.39
0.3
146
22
0.03
30
2292.4
1002[卧室]
16.4
2390
331
0.39
0.3
145
20
0.02
30
2544.3
1003[卧室]
10.9
1667
331
0.39
0.3
152
30
0.04
30
1688.5
1004[客厅]
37.2
5032
1325
1.71
1.3
135
35
0.05
120
5067.9
1005[厨房]
13.6
1385
0
0
0
101
0
0
0
1391.1
1006[客厅]
37.3
5018
1325
1.71
1.3
134
35
0.05
120
5054.1
1007[厨房]
13.6
1403
0
0
0
102
0
0
0
1415.7
1008[卧室]
13.0
1833
331
0.39
0.3
140
25
0.03
30
1853.2
1009[卧室]
11.2
2089
331
0.39
0.3
185
29
0.03
30
2089.8
1010[卧室]
17.0
2274
331
0.39
0.3
133
19
0.02
30
2297.2
1011[卧室]
17.0
2274
331
0.4
0.3
133
19
0.02
30
2297.2
1012[卧室]
11.2
1845
331
0.39
0.3
163
29
0.03
30
2003.4
1013[卧室]
13.0
1829
331
0.39
0.3
140
25
0.03
30
1848.5
1014[厨房]
13.6
1334
0
0
0
97.7
0
0
0
1335.8
1015[客厅]
37.3
5043
1325
1.71
1.3
135
35
0.05
120
5077.7
1016[厨房]
13.6
1409
0
0
0
103
0
0
0
1421.1
1017[客厅]
37.2
5032
1325
1.71
1.3
135
35
0.05
120
5067.9
1018[卧室]
10.9
1667
331
0.39
0.3
152
30
0.04
30
1688.5
1019[卧室]
16.4
2606
331
0.39
0.3
158
20
0.02
30
2606.4
1020[卧室]
14.5
2343
331
0.39
0.3
160
22
0.03
30
2343.9
表3-5建筑总冷湿负荷计算
房间面积
工程负荷最大值时刻(14点)的各项负荷值合计
房间最大负荷
总冷负荷
新风冷负荷
总湿负荷
新风湿负荷
总冷指标
新风冷指标
总湿指标
新风量
m2
W
W
kg/h
kg/h
W/m2
W/m2
kg/hm2
m3/h
W
2592.2
355127.8
64960.2
80.47
66.1
137
25.1
0.03
5880
355127.8
图3-2建筑各时段冷负荷
图上表明,该建筑在下午14时出现最大冷负荷,为355130W,且在中午时间段维持在一个较高的冷负荷。
4冬季热负荷
4.1冬季热负荷的计算公式
建筑物的通风采暖设计规范表明:
常见的一般建筑,在冬季的热负荷主要包括通过外墙或者屋面等围护结构传递进来的冷量和冷风通过门窗缝隙带来的冷量。
通常,房间维持正压,并且热量门窗之间的缝隙渗入房间的冷空气消耗量可能无法计算。
还可能因为高度、朝向、风力等原因还可能带来附加的热量消耗,造成室内温度降低。
1)墙、屋面等围护结构的耗热量
基本的耗热量计算公式如下:
2)因高度等原因带来的附加热量消耗
a.朝向修正率
由于建筑物朝向直接影响着日照角度,进而影响房间接受到的热量。
因此,需要修改不同方向的建筑物。
修正率可从规范中得知,如下表所示:
表4-1不同朝向耗热量修正率
朝向
修正值%
北、东北、西北
5
东、西
-5
南
-20
东南、西南
-13
表中修正率为负表示改朝向由于得到太阳的热量而使耗热量减少。
b.风力附加
根据规定,对于高地,河流,海岸和荒野中不受风遮挡的建筑物,垂直围护结构的热负荷将增加5%至10%,并且向该建筑物添加了7%的风力附加。
c.门开启次数引起的附加
外门开启时冷空气会进入室内影响温度,对于单层外门,可选65%的外门附加率来抵消这部分冷量引起的温度变化。
d.高度附加
在距离水平面越远的楼层,维持相同的温度需要消耗更多的热量。
根据规定:
民用建筑的净高度超过4m时,每增加1m,附加费率为2%,但最大附加费率不超过15%。
(与其它附加热负荷不同的是,因为高度产生的负荷需要在计算其它负荷总和上进行附加)
冬季室内设定温度为20℃,湿度60%。
以1001为例,计算热负荷并总结到表4-2。
表4-21001热负荷详尽表
负荷源
传热
系数
温差修正
系数
耗热量修正
总热负荷
名称
面积计算
朝向
风力
K
α
Xch
Xf
Q1
长m
高(宽)m
面积㎡
W/㎡·℃
W
南内墙
2.2
3.0
6.7
1.86
1.00
0.00
0.07
74.3
西外墙
5.0
3.0
15.0
0.54
1.00
-0.05
0.07
123.9
北外墙
3.3
3.0
9.9
0.54
1.00
0.05
0.07
89.8
东内墙
3.5
3.0
10.4
1.86
1.00
0.00
0.07
116.5
东内墙
1.5
3.0
4.56-1.4
1.86
1.00
0.00
0.07
35.3
东内门_嵌
0.7
2.0
1.4
6.50
1.00
0.00
0.07
54.6
南内墙
1.1
3.0
3.2
1.86
1.00
0.00
0.07
36.2
下楼板
3.3
5.0
14.6
0.59
1.00
0.00
0.07
36.1
上楼板
3.3
5.0
14.6
0.59
1.00
0.00
0.07
36.1
地面
3.3
5.0
14.6
0.55
1.00
0.00
0.07
120.2
新风
297.3
北外窗
0.7
2.0
1.4
6.00
1.00
0.05
0.07
141.1
西外窗
0.7
2.0
1.4
6.00
1.00
-0.05
0.07
128.5
表4-3第一层所有房间热负荷计算表
楼层
房间
房间面积
各项负荷值
热负荷
新风热负荷
户间传热
总热负荷
总湿负荷
热指标
湿指标
新风量
m2
W
W
W
W
kg/h
W/m2
kg/hm2
m3/h
1层
1001[卧室]
14.57
937.1
297.3
72.2
1306.6
-0.19
89.7
-0.01
30
1002[卧室]
16.48
1026.4
297.3
81.7
1405.3
-0.19
85.3
-0.01
30
1003[卧室]
10.93
649.1
297.3
54.2
1000.5
-0.19
91.5
-0.02
30
1004[客厅]
37.21
1514.8
1189.1
184.4
2888.3
-0.77
77.6
-0.02
120
1005[厨房]
13.61
643.6
0
67.5
711
0
52.2
0
0
1006[客厅]
37.35
1501.7
1189.1
185.1
2875.9
-0.77
77
-0.02
120
1007[厨房]
13.65
639.3
0
67.6
707
0
51.8
0
0
1008[卧室]
13.04
736.2
297.3
64.6
1098
-0.19
84.2
-0.01
30
1009[卧室]
11.29
717.7
297.3
56
1070.9
-0.19
94.9
-0.02
30
1010[卧室]
17.03
889
297.3
84.4
1270.7
-0.19
74.6
-0.01
30
1011[卧室]
17.03
889
297.3
84.4
1270.7
-0.19
74.6
-0.01
30
1012[卧室]
11.29
695.8
297.3
56
1049
-0.19
92.9
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