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地源热泵空调系统设计(详细)


张海军 2011年5月

目录
一、地热能交换系统简介 二、水源热泵机组的选择 三、空调负荷计算

四、中央空调水系统设计
五、中央空调风系统设计 六、地埋管的设计

一、 地热能交换系统简介

主要的地热能交换系统形式
1.地埋管
1.1水平埋管 1.2

垂直埋管

2.地表水 3.地下水

1.地埋管
1.1水平埋管
优点: ? 室外施工费用相对较低 缺点: ? 室外占地面积较 大 一般适用于小型的而且具有足 够占地面积的地方。

1.地埋管
1.2垂直埋管 ? ? ? ? ? ? ? ? 优点: 运行及维护费用低 占地面积较小 冬季无需辅助热源 不产生任何污染 节能效果明显 缺点: 初投资费用稍高

2.地表水
与其他地源热泵系统的比较:

优点: ? 运行及维护费用低 ? 无需占用土地 ? 室外施工费用低 ? 冬季无需辅助热源 ? 不产生任何污染 缺点: ? 需临近较大面积水域 ? 系统效率低于其他方式

3.地下水
与其他地源热泵系统的比较:
优点: ? 运行及维护费用低 ? 室外施工费用较低 ? 冬季无需辅助热源 ? 无需占地,受建筑周围环境影响 小 ? 不产生任何污染 ? 换热效率高,节能效果明显 缺点: ? 打井受政策限制 ? 系统易受地下水源状况影响

二、 地源热泵机组的选择

WFI地(水)源热泵机组型式
1.GSG水源螺杆机组 2.VKC水-水机组 3.PS\PH水-风机组

GSG水源螺杆机组
特点及适用场合
单机冷量大,效率高,可以分段调节或无级调节,可用于夏季制冷冬 季制热。适用于影剧院、酒店、办公楼、商场等大型场所.。

R22 制冷量:134KW~3192KW R134a 制冷量:144~956KW

注: 地下水式可采用大温差小流量设计。

VKC水-水机组
特点及适用场合
机组主要优点是结构紧凑、体积小、重量轻、运行平 稳、管理方便.而且采用模块化设计,可以进行自动增卸 载调节能量。 具有热回收功能,可提供免费生活热水。 其中全热回收型机组, 制 冷 具有制冷,制热,制冷+热水, 量 : 制热+热水,热水五种模式, 真正“一机三用”功能。
8~296KW

主要用于中、小型 宾馆、办公、医院、药 厂、等场所.

PS/PH水-风机组
特点及适用场合
? 方便独立计费,免除物业管理纠纷 ? 各户独立操作,实现自由制、制热, 达到传达四管效果 ? 具有回收建筑物内余热功能 ? 系统具有灵活的扩展能力

? 系统布置紧凑、灵活
? 省掉中央机房,减低公共部分管道 的占用空间 ? 无需一次投入主机,分散投资压力

主要办公、宾馆、医院等场所 .

三、负荷计算

空调负荷估算指标
在没有掌握具体空调房间的面积、性质、使用对象等情况下,仅知 道整个建筑的面积,可通过建筑面积来估算确定空调负荷。

按建筑面积估算

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

房间名称 冷负荷指标(W/m 2 ) 1. 上述指标为总建筑面积的冷负荷指
旅馆 办公室 图书馆 医院 商店 体育馆 计算机房 数据处理 剧院 80~90 85~100 35~40 80~90 105~125 200~350 190~380 320~400
2. 3. 4. 5. 标,建筑物总面积小于5000m2时,取上 限值.大于10000m2时,取下限值. 按照上述指标确定的冷负荷,即是制 冷机容量,不必再加系数. 博物馆可参考图书馆,展览馆可参考 商店.其他建筑物可参考类似的建筑 . 由于地区差异较大,上述指标以北京 地区为准.南方地区可按上限采取. 全年用空气调节系统冬季负荷可按 下述方法估算:北京地区为夏季冷负 荷的1.1~1.2倍,广州地区为夏季冷 负荷的1/3~1/4.

注:

120~160
摘自《暖通空调.动力 》

空调负荷估算指标
在需要进行工程方案的初步设计及报价时, 可通过下表对空调负荷进行估 算,以下为部分WFI常用单位面积空调负荷估算指标。
顺序 1 2 3 4 5 6 7 旅 游 旅 馆 中餐厅、宴会厅 会议室 中厅、接待室、商店、小卖部 建筑类型及房间名称 客房(标准层) 西餐厅、咖啡厅 酒吧 大 中 小 冷负荷指标(w/m2) 120~160 200~250 250~300 350以上 300~350 200~250 200

8
9 10 11 12 13 14 15 16 17

理发、美容
健身房、保龄球 弹子房、棋牌室 室内游泳池

180~200
100~200 180 200~320 一般 领导 120~180 200 250~400 首层 350 300 250

办公室
舞厅、夜总会

商场、百货大楼

二层 三层及以上

按空调面积估算

空调负荷估算指标
顺序 18 建筑类型及房间名称 病房 医 院
冷负荷指标(w/m2)

110~160

19
20 21 22 23 24 25

一般手术室
洁净手术室 X光、CT、B超诊断 观众席 休息厅 化妆室 比赛馆

180~250
300~500 150~200 200~400 180~250 160~200 200~350

影 剧 院
体 育 馆

26
27 28 29 30 31

休息厅
贵宾室 展览厅、陈列室 图书阅览 科研、办公 公寓、住宅

180~250
200 130~200 120~160 160~200 120~200

空调负荷估算指标
以下为《技术措施》部分具有代表性的单位面积空调负荷估算指标。
按空调面积估算

序号 建筑物类型及房间名称 冷负荷指标( W / m 2 )
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 旅游旅馆:客房标准 西餐厅 中餐厅、宴会厅 小会议室(允许少量吸烟) 图书阅览室 舞厅(交谊舞) 办公 公寓、住宅 医院:高级病房 影剧院:观众席 餐馆 80~110 160~200 180~350 200~300 75~100 200~350 90~120 80~90 80~110 180~350 200~350

11

摘自《暖通空调· 动力》

空调负荷详细计算
在做施工设计时,必须进行详细的负荷计算,且详细的负 荷计算有利于准确确定空调的初投资和保证良好的运行效果。 所以详细的负荷计算在设计时是非常有必要的。空调负荷详 细计算通常由以下几部分组成:
空调负荷

通过 围护 结构 传入 的热 量

透过 外窗 进入 的太 阳辐 射热 量

人体 散热 量

照明 散热 量

设备 等其 他内 部热 源的 散热 量

食品 或物 料的 散热 量

渗透 空气 带入 的热 量

伴随 各种 散湿 过程 产生 的潜 热量

空调负荷详细计算
首先我们对由于围护结构传热产生的冷负荷进行计算,建 筑的围护结构一般分为内围护和外围护结构,与室外空气接 触的围护结构被称为外围护结构,顾名思义,内围护结构就 是与建筑内其他相邻房间的间隔结构。这两项在负荷计算中 要分别进行计算!

1.外墙冷负荷 要计算通过外墙的传热负荷通常要知道外墙的结构类型、 外表面颜色、传热系数以及其朝向。具体可按当地的节能 标准取数。

空调负荷详细计算
2.外窗冷负荷 外窗冷负荷与外墙冷负荷不同,它包含两部分,由于温差传热形成的负 荷与由于太阳辐射所形成的负荷。 ? 1)温差传热负荷 ? 计算公式:Qc=K?F?Δ t ? K-窗的传热系数 W/m? ?с ? F-窗的面积 m? ? Δ t-计算时刻的负荷温差 ?с ? 计算时需确定的原始参数为: 窗的面积,窗的传热系数。 ? ? ? ? 2)太阳辐射负荷 Q=F?Xg?Xd?Jwt Xg-窗户的构造修正系数 Jwt-计算时刻下,透过无遮阳 设施外窗的太阳总辐射强度 W/m? ? 地点修正系数 计算时需确定的原始参数为:窗 的种类,窗玻璃遮挡系数,窗 玻璃内遮阳系数,窗的阴影面 积。

空调负荷详细计算
3.人体冷负荷 人体散热形成的冷负荷和散湿量按下式计算:
?

? ? ? ? ? ?

?

1)人体散热冷负荷 CLr=n?(q1?C+q2)?Cr CLr-人体散热形成的冷负荷 n-空气调节房间内的人数(人) q1-每个人散发的显热量(W) q2-每个人散发的潜热量(W) C-人体显热散热冷负荷系数 该系 数取决于人员在室内的停留时间及由进入 室内时算起至计算时刻的时间。对于人员 密集的场所,如电影院,剧场,会堂,体 育馆等,可取1;24h内室温不能保持恒定 (夜间停止使用),取1。 Cr-群集系数

? ? ? ?

2)Wr=n?W?Cr n-空气调节房间内的(人) W-每个人的散湿量 g/h Cr-群集系数

空调负荷详细计算 4.照明冷负荷
照明散热形成的冷负荷可根据照明器材的类型及安装方式的不同,按 下式计算: ? 1).白炽灯 ? CL1=N?N1?Ccl1 ? 2).明装荧光灯(镇流器安装在空调房间内) ? CL1=(N1+N2)?n1?Ccl1 ? 3).暗装荧光灯(灯管安装在顶棚的玻璃罩内) ? CL1=N1?n1?n2?Ccl1 ? 式中 CL1-照明散热形成的冷负荷(W) ? N-白炽灯的功率(W) ? N1-荧光灯的功率(W) ? N2-镇流器的功率(W),一般取荧光灯功率的 20%; ? n1-灯具的同时使用系数 ? n2-考虑灯罩玻璃反射,顶棚内通风等情况,当 荧光灯 上部有小孔时,取 n2=0.5-0.6,灯罩上无孔时, 视顶棚通风情况取0.6-0.8。 ? Ccl1-照明散热形成的冷负荷系数

空调负荷详细计算
室内照明及人员密度估算指标
房间名称 旅馆客房 商店营业厅(首层) 室内人数(人/m2) 0.1~0.15 1.0~1.2 照明负荷(W/m2) 16~20 35~45

商店营业厅(其他层)
精品商场 餐厅、宴会厅 一般办公室 会议室

0.5~0.8
0.3 0.5~1.0 0.1~0.23 0.4~0.5

35~45
34~45 12~20 18~23 18~23

注:摘自全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调.动力》

空调负荷详细计算
5.渗透空气冷负荷 通过外门开启及围护结构缝隙渗入室内的空气量按可按下述方法计算:
? ? ? ? ? ? (1)、由于外门开启而渗入的空气量G1按下式计算: G1=n*Vm*γ w 式中G1——由于外门开启而渗入的空气量(kg/h); n——每小时的人流量(人次/h); Vm——外门开启一次(包括出入各一次)的空气渗入量[m3/(人次.h)],按下表选用; γ w——室外空气密度(kg/ m3 )。 Vm值[m3/(人次.h)] 普通门 单扇 3.0 3.0 3.0 一扇以上 4.75 4.75 4.75 单扇 2.50 2.50 2.25 带门斗的门 一扇以上 3.50 3.50 3.50 单扇 0.80 0.70 0.50

每小时通过的 人数 100 100-700 700-1400

转门 一扇以上 1.00 0.90 0.60

1400-2100
?

2.75

4.00

2.25

3.25

0.30

0.30

(2)、通过围护结构、门、窗渗入室内的空气量G2可按换气次数估算: 注:摘自全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调.动 G2=V*Φ *γ w 力》 式中G2——围护结构、门、窗缝隙渗入室内的空气量(kg/h); Φ ——每小时的换气次数,与房间容积和门、窗的多少有关,一般可按下表 估算; γ w——室外空气密度(kg/ m3 )。 换气次数Φ 值

容积V
Φ

500以下
0.70

500-1000
0.60

1000-1500
0.55 动力》

1500-2000
0.50

2000-2500
0.42

2500-3000
0.40

3000以上
0.35

注:摘自全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调.

四、中央空调系统水系统设计

下面以一个简单的水系统流程图来介绍什么是中 央空调的水系统及其原理
冷媒循环 水循环 室 内 末 端

压 缩 机

冷凝器

蒸发器

节 流 装 置

地 埋 管
源侧 水系 统

负荷 侧水 系统

原理图(流程图)

由上图可知,地源热泵空调水系统通常 由以下几部分组成 一.水源热泵机组 二.末端设备 三.水系统附属设备
Ⅰ.水泵 Ⅱ.冷却塔 Ⅲ .集、分水器(无系统分区时无此设备)

Ⅳ.膨胀水箱(高位及落地式两种) Ⅴ.水处理装置
Ⅵ.全自动软化装置

四.水系统(负荷、源侧)管路及其附件

(一)水源热泵机组
1.根据建筑的空调面积和房间功能进行空调冷负荷计算。 2.统计建筑空调总冷负荷Q。 3.大部分建筑需要考虑房间的同时使用率,一般建筑的同时使用率为 85~90%,特殊情况需根据建筑功能和使用情况确定。 4.制冷机组冷负荷=建筑空调总冷负荷*同时使用率。根据计算的制冷机 冷负荷即可选择制冷主机。制冷主机用在政府会堂等重要建筑时,应 考虑备用。 5.当实际工况与水源热泵机组额定工况不同时,应进行修正后再做校核。

(二) 末端设备选择
风机盘管的选择
风机盘管有两个主要参数:制冷(热)量和送风量,故选择风机盘管有如下 两种方法: (1)房间循环风量=房间面积*层高(吊顶后)*房间换气次数。 利用循环风量对应风机盘管中速风量,即可确定风机盘管型号。 若产品未提供不测风速下的额定值数据时,可参考下表进行换算

额定值类别

高档风速

中档风速

低档风速

风量
供冷量、供热量

1.00
1.00

0.85
0.90

0.70
0.80

(2)房间所需冷负荷=房间的计算瞬时最大冷负荷(估算时 房间单位 负荷*房间面积) 利用房间冷负荷对应风机盘管中速风量时的制冷量即可确定风机 盘管型号。确定型号以后,还需确定风机盘管的安装方式(明装 或暗装),送回风方式以及水管连接位置(左或右)等条件。 当出风管较长时,选型时要注意校核机外余压是否能满足工程实际需要。

注:风机盘管冷量测定工况:干球温度27?C,湿球温度19.5?C,进出水温差5?C 热量测定工况:干球温度21?C,进水温度60?C 对于一般的住宅和办公建筑,房间面积较大时应考虑使用多个风机盘管;房间单位面积负荷较 大,对噪音要求不高时可考虑使用风量和制冷量较大的风机盘管。

(二) 末端设备选择
空气处理机组的选择
空气处理机组主要用于处理室内空气和供新风,一般有回风工况和新风工况两种工作 状态。

空气处理机形式
一般有吊顶式和落地式两种。落地式包括立式和卧式两种。另外机组的送回风方式也 有多种情况。根据建筑情况和建筑业主的要求进行最终的确定。

空气处理机选型步骤
空气处理机组的选择一般由下列几个主要参数决定:风量、冷量、机外余压和噪声 1.先根据系统需要的风量确定空气处理机组的型号 2.然后根据需要提供的冷量来决定其排管数。 3.根据系统需要的余压要求确定余压 4,根据环境的噪音值与室内之差,做好防噪措施.

(三) 水系统附属设备
Ⅰ.水泵及其选型
命名方式: SLS 200 - 250 叶轮名义直径

泵进出口公称直径
SLS单级单吸立式离心泵

Ⅰ.水泵及其选型
一般来说,空调水系统采用的均为离心式水泵,因为其压头和流量都比较 容易满足水系统的要求.安装形式上分为立式泵及卧式泵.从水泵构造上 分单吸泵及双吸泵.

卧式泵
卧式泵是目前最常用的空调 水泵,其结构简单,造价相对 低廉,运行的稳定性好,噪音 较小,减振设计方便,维修比 较容易.缺点是占用一定面 积.

卧式离心泵

Ⅰ.水泵及其选型
立式泵
当机房面积较为紧张时,立式泵体现
出其占地面积较小的优势,通常其电 机设于水泵的上部.运行稳定性不如

卧式泵,减振设计相对困难.另外,维
修难度也比卧式泵大一些.

Ⅰ.水泵及其选型
第一步:水泵流量的确定
◇冷冻水水流量:为所对应的冷水机组的冷冻水流量,计算水泵流量应

附加5%~10%的裕量,或根据如下公式进行计算。

Q
L=

Δtx1.163

X(1.15~1.2)

其中: L为冷冻水水流量,m3/h; Q为乘以同时使用率后的总冷负荷,kw; △t为冷冻水进出水温差,℃,一般取4.5~5。

Ⅰ.水泵及其选型
◇冷却水水流量:为所对应的冷水机组的冷却水流量,计算水泵流量应附加

5%~10%的裕量,或根据如下公式进行计算。 Q1+Q2 L= X(1.15~1.2) Δtx1.163 其中: L为冷却水水流量,m3/h; Q1为乘以同时使用率后的总冷负荷,kw; Q2为机组中压缩机耗电量,kw; △t为冷却水进出水温差,℃,一般取4.5~5。
◇补水水量:补水量为系统水量的1%~2%

第二步:水泵扬程的确定
冷冻水泵扬程的确定

Ⅰ.水泵及其选型

1.制冷机组蒸发器水阻力:一般为5~7mH2O;(具体值可参看产品样本) 2.末端设备(空气处理机组、风机盘管等)表冷器或蒸发器水阻力:一 般为4~6mH2O;(具体值可参看产品样本) 3.回水过滤器阻力,一般为3~5mH2O;

4.分水器、集水器水阻力:一般一个为3mH2O;
5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失:沿程阻力一般为比摩阻(100~ 300Pa/m)每乘以管道长度.局部阻力为沿程阻力的50%. 综上所述,冷冻水泵扬程为上述阻力之和。

冷却水泵扬程的确定
扬程为冷却水系统阻力+冷却塔积水盘至布水器的高差+布水器所需压力

补水泵扬程的确定

扬程为定压点与最高点距离+水泵吸水端和出水端阻力+3~5mH2O的富裕扬程。

水泵并联运行情况
水泵 台数 1 2 3 流量 100 190 251 流量的 增加值 / 90 61 5% 16% 与单台泵运行比较 流量的减少

4
5

284
300

33
16

29%
40%

由上表可见:水泵并联运行时,流量有所衰减;当并联台数超过3台时,衰减尤 为厉害。故建议: 1.选用多台水泵时,要考虑流量的衰减,一般附加5%~10%的裕量. 2.水泵并联不宜超过3台,即进行制冷主机选择时也不宜超过三台。 3. 大中型工程应分别设置冷,热水循环泵. 一般,冷冻水泵和冷却水水泵的台数应和制冷主机一一对应,并考虑一台备 用。补水泵一般按照一用一备的原则选取。

Ⅱ.冷却塔及其选型
冷却塔的形式及其特点

圆形逆流冷却塔

方形横流冷却塔

冷却塔按形式分为逆流式,横流式,引射式及蒸发式(闭式)冷却塔.按外 形分为圆形与方形.

常用冷却塔的工作原理图

常用冷却塔的工作原理图

冷却塔及其特点
1.逆流式冷却塔
(1)进风与出风口具有较大的高差,因而进出风不易短流,能保证吸入空气温 度较低. (2)逆流塔的热交换效率是最高的. (3)圆形逆流塔的进风百叶可沿圆周布置,方形塔也可在四周布置,因此进风 较均匀,冷却效果好. (4)外形尺寸上,圆形塔直径比同样性能的方形塔大,边长也更大一些,由于 这些原因,受占地面积限制圆形塔的使用场合受到一定影响.

2.横流式冷却塔
横流式冷却塔的热交换效率不如逆流塔.进风与出风口的高差也比逆流塔小 得多,如果出风口处受到某种气流或其他物体的影响和阻碍,会使进风与出风 出现短流现象.另横流塔进水口一半在塔体顶部,因此通常要求塔上方有水平 干管,管道布置稍有困难.

冷却塔及其特点
3.引射式冷却塔
取消了冷却风机,而采用高速的水通过喷水口射出,从而引射一定量的空气进入塔内进 行热交换而冷却.没有风机等运转设备,可靠性高,稳定性好,噪声比其他类型的冷却塔 低.缺点是设备尺寸偏大,造价相对较贵.同时,由于射流流速的要求,它需要较高的进塔 水压.

4.蒸发式冷却塔(闭式冷却塔)
冷却水系统为一全封闭系统,对水质的保证性能较好,不易被污染,杂质也不会进入冷却 水系统中,另一个优点就是在室外温度较低时(过渡季节)可以把它当成一个蒸发冷却式

制冷设备,使冷却水直接当做空调系统的冷却水使用.从而减少机组的运行时间.但其电
耗大,进塔水压要求较高.

冷却塔的设计选型
1、冷却塔台数与制冷主机的数量应一一对应,可以不考虑备用; 2、冷却塔的能力大多数为标准工况下的出力(湿球温度28,冷却水 量32?C/37?C),由于地区差异,夏季湿球温度会不同, 应根据厂家样册 提供的曲线进行修正.湿球温度可查当地气象参数获得. 3、当无冷却塔修正曲线时,可以按冷却水流量附加一定余量。如冷却塔的水流
量 = 冷却水系统水量?(1.2~1.5);

4、冷却塔与周围障碍物的距离应为一个塔高。

举例:假设空调系统冷却水量为160m3/h,当地湿球温度 28℃,冷水进出温度32?C/37?C,那么冷却塔的冷却水量 =160 ?1.2=192 m3/h,根据就近原则,选择冷却塔参数 表中冷却水量为200m3/h 的冷却塔。

Ⅲ.集、分水器
多于两路供应的空调水系统,宜设置集分水器。 对于小型风冷模块工程,水环路无需分区的工程,不用设置集分水器。

对于中大型工程,水环路需要分区的工程,需要设置集分水缸。

集、分水器的直径应按总流

量通过的断面流速(0.5-1.0m/s)
初选,并应大于最大接管开口 直径的2倍

Ⅳ.膨胀水箱及其选型
高位膨胀水箱+电子水处理仪
此套设备应用于所在地水质比较好,系统比较简单,要求造价比较低的方 案。但冬天需要对膨胀水箱采取保温措施。

软化水装置+闭式膨胀水箱+电子水处理仪
此套设备应用于系统比较复杂的水系统,也是比较常见的补水装置。

闭式膨胀水箱主要起系统定压作用
闭式膨胀水箱

膨胀水箱的选择
高位膨胀水箱的选择(开式)
膨胀水箱的有效容积为膨胀水量Vp与调节水量Vt之和.即 V=Vp+Vt 45 ℃ 1.0% 膨胀水量:Vp=a?Vc?△t 50 ℃ 1.2% a-水的膨胀系数,取0.0006. 60 ℃ 1.7% Vc-系统的水容量(L) △t-水的平均温差,冷水取15,热水取45. 估算膨胀水量Vp:冷水约0.1L/KW,热水约0.3L/KW. 调节水量Vt为补水泵3min的流量,且保持水箱调节水位不小于200mm. 最低水位应高于系统最高点0.5m以上. 空调水系统的单位面积水容量(L/m2) 空调方式 供冷时 热水锅炉 热交换器 全空气系统 0.40~0.55 1.25~2.00 0.40~0.55 水-空气系统 0.70~1.30 1.20~1.90 0.70~1.30

供暖时

膨胀水箱的选择
落地式膨胀水箱的选择(闭式)
1)总容积: V=Vt/(1-β ) Vt-调节水量,同开式膨胀水箱(m3) β -系数,一般β =0.65~0.85,当P2允许时,尽可能取小值. 2)工作压力: a)补水泵启动压力P1(mH2O),大于系统最高点0.5m.

b)补水泵停止压力P2(mH2O),P2=(P1+10)/ β -10 P2取值应保证系统不超压. c)电磁阀开启压力P3=P2+(2~4)m d)安全阀开启压力即膨胀罐最大工作压力P4=P3+(1~2)m ,且不超过系统中 设备的允许工作压力.

Ⅴ.水处理装置
产品主要形式

“Y”形过滤器

电子水处理仪

电子水处理仪按实际计算流量选择

“Y”形过滤器按其所在管段的管径选择.

Ⅵ.全自动软化装置
当工程所在地水质较硬或 是系统较大的时候,系统的循 环水和补水最好是软化水,该 空调系统必须配置水软化装置, 一般选用全自动软化水装置; 全自动软化水装置的选用 一般按照系统补水量进行选择。 补水装置可以根据实际情况来 选(装置小,系统补水时间长; 装置大,系统补水时间短)。 软化水经处理后储存在软化水 箱内,软化水箱的容积通常取 补水泵0.5~1.0小时的水量.

(四)水系统管路及其附件
空调水系统中,常用水管有焊接钢管,无缝钢管,镀锌钢管及PVC塑料管几种.
焊接钢管与无缝钢管通常应用于空调冷,热水及冷却水管路,在使用之前,管道用进行除锈 及刷防锈漆的处理.焊接钢管造价便宜,但其承压能力相对较低,一般常用于工作压力不 大于1.6MPa的水系统中.无缝钢管价格略贵于焊接钢管,其承压较高,可采用不同的壁厚 来满足水系统对工作压力的要求.

镀锌钢管从使用功能上可以满足冷冻水与冷却水系统的压力要求,所以在这些系统中大
量使用。 空调冷凝水管也可采用近年新推出的PVC管材,其内表面光滑,流动阻力小,施工安装方 便,也是一种值得推广的管材.

常用钢管的规格按公称直径排列如下:
? DN15,DN20,DN25,DN32,DN40,DN50,DN65,DN80,DN100,DN125,DN150,DN200,DN 250,DN300,DN350, DN400,DN450,DN500,DN550,DN600,DN650,DN700

注:冷媒(水、盐水、乙二醇水溶液)系统管道DN<50时采用焊接钢管或镀锌钢 管,DN≥50时采用无缝钢管.

(四)水系统的管路及其附件
空调水系统附件主要包括:
(1) 阀门:蝶阀、截止阀、平衡阀、球阀、闸阀。起调节作用的有截止阀和平衡阀,起关断 作用的起调节作用的球阀、闸阀和蝶阀。 (2) 水过滤器:在水系统中的孔板、水泵、换热器等设备的入口管道上,均应安设过滤器。 (3) 软接头:为了防止振动,在机组与进出口接管处和末端的进出水管处设置,通常采

用金属软连接。
(4) 补偿器:在水系统中,消除管道热胀冷缩产生的应力,通常为金属波纹管 (5) 自动排气阀:排除水管路系统中的空气,一般采用全铜的自动排气阀,且在其前面加球

阀和闸阀。
(6) 压力表:测试水系统压力,位于机组、水泵的进出水端和过滤器的进出水端 (7) 温度计:测试水系统温度,主机、换热器、末端、分集水器上.

以上介绍了水系统中主机、末端及附属设备的选 型,下面介绍一下水系统中水管路的设计
一.关于水系统
Ⅰ.水系统的分类 Ⅱ.水系统的分区

Ⅲ.水系统的平面设计

二.水管管路设计

(一)关于水系统
Ⅰ.水系统分类
空调水系统的划分方式:
(1)按系统定压方式划分,可分为开式系统(不常用)、闭式系统
(2)按冷热水管道的设置方式划分,可分为双管制、三管制、四管制系统 (3)按水量特性划分,可分为定流量、变流量系统

(4)按水的性质划分,可分为冷冻水、冷却水、热水系统、冷凝水系统
(5)按各末端设备的水流程划分,可分为同程式、异程式系统

Ⅰ.水系统分类
下面主要介绍同程式、异程式系统的原理及形式

同程及异程式系统的特点
水流通过各末端的路程相同的水管路系统. 特点:各末端水阻力接近, 有利 于水力平衡,减少系 统初调 试工作量,但初投 资高. 水流经每个末端的流程是不相同的. 特点:节省管道及其占用空 间,对投资较为有利. 异程式系统 同程式系统

Ⅱ.水系统的分区
按压力分区
为了减少投资及减少对建筑本身的影响,空调系统通常以 1.6MPa作为工作压力的划分界限,使水系统内所有设备和附 件的工作压力都处于1.6MPa之下.考虑到水泵扬程大约在 40m左右,因此,水系统的静压应在120m以下,对于目前的建筑 来说,这相当于大约室外高度100m左右的建筑(地下室-10m 左右),当建筑高度较高,使得水静压大于1.2MPa时,水系统宜 按竖向进行分区以减少设备承压.

Ⅲ.水系统的平面设计
按使用性质分区
各区域在使用时间,使用方式上有较大区别,这一点在综合 建筑中较为明显,如酒店建筑中的客房与公共部分,办公建 筑中的办公与公共部分等.公共部分本身象餐饮,商场,娱 乐等在使用时间上也存在一定的区别.

按负荷性质分区

按负荷固有性质分区
负荷的固有特性当然与房间使用性质有一定关系,但影响 更多的则是朝向及内外区方面. 从朝向上来说,南北朝向的房间由于日照不同,在过渡季 节时的要求有可能不一致,东西朝向的房间由于出现负荷 最大值的时间不一致,在同一时刻也会有不同的要求. 从内外分区上看,外区负荷随室外气候的变化较为明显,

而内区的负荷相对稳定,全年的供冷的时间较多.

(二)水管管路设计
冷冻水管管径计算
由选取的各管段合适的水流速,并根据各管段水流量算出管径,并根据 计算管径选取靠近的标准管径作为该段水管的管径。 d=
管径㎜ 闭式系统 开式系统 管径㎜ 闭式系统 开式系统 15 0. 4~0.5 0.3~0.4 100 1.3~1.8 1.2~1.6 20 0.5~0.6 0.4~0.5 125 1.5~2.0 1.4~1.8

4L ?v
25 0.6~0.7 0.5~0.6 150 1.6~2.2 1.5~2.0 32 0.7~0.9 0.6~0.8 200 1.8~2.5 1.6~2.3

L --- 水流量m3/s d --- 水管内径 m ? --- 水流速 m/s
40 0.8~1.0 0.7~0.9 250 1.8~2.6 1.7~2.4 50 0.9~1.2 0.8~1.0 300 1.9~2.9 1.7~2.4 65 1.1~1.4 0.9~1.2 350 1.6~2.5 1.6~2.1 80 1.2~1.6 1.1~1.4 400 1.8~2.6 1.8~2.3

摘自《民用建筑空调设计 注: 此管径计算方法只能粗略估算,管径的计算需要水力计算。 》

(二)水管管路设计 水管压力损失的计算
1. 管道的摩擦压力损失(沿程阻力)

L V2ρ △P=λ d 2
λ---摩擦系数 d----管道直径 V----水流速度 ρ---水的密度 L---管道长度

2. 局部压力损失(局部阻力)

V2ρ △P=£ 2

£---管道局部阻力系数

3. 水管压力损失=沿程压力损失+局部压力损失

(二)水管管路设计
冷凝水水管径确定
冷凝水管路布置原则:
(1)空调冷凝水管应独立布置,不能与污水管相连; (2)水平向冷凝水管的坡度应不小于0.01,并尽量缩短其长度,当长度较长 时,根据实际情况设置悬挂结构,防止冷凝水管下垂; (3)对于冷凝水盘位于空调机组内负压区时,在连冷凝水管时必须设置存水 弯;

(4)采用集中排水方式时,应遵循“就近原则”,并尽量减少同一冷 凝水水管所连接的空调机组的数量。
(5)由于冷凝水管路太长无法实现坡度时,可引入下层冷凝水管中 排水,但要注意,引入管要斜插入下层冷凝管中。

(二)水管管路设计
连接空调末端的冷凝水水管径为末端自身的冷凝水水管径,汇流后的管 径根据汇流管所连接的末端设备的总制冷量选择。

汇流后冷凝水水管径可参考下表选择:
冷负荷 kw ≤42 43~230 231~400 401~1100 1101~2000 2001~3500 3501~15000 >15000 管道公称直 DN25 DN32 DN40 DN50 DN80 DN100 DN125 DN150 径(mm)
摘《采暖通风与空气调节设计规范》

例如:空调末端A机组冷负荷为25kw,B机组冷负荷为30kw,试确定 A、B冷凝水汇总管管径。

则:机组A和B的总负荷为55kw,根据以上的表格,可查得冷 凝水水管径为DN32

五、中央空调负系统设计

中央空调风系统的设计
送风量的确定
送回风形式的确定 风口形式及其选择 风管尺寸的计算 风管的形式及特点 新风系统的设计

(一)送风量的确定
房间的送风量可以根据房间的冷负荷

和空气处理前后的焓差值计算得出
式中: Gw:房间所需风量,kg/s
Qw:房间冷负荷,kw

Gw =Qw /(iq-ih)

iq:空气处理前焓值,kJ/kg ih:空气处理后焓值,kJ/kg

通常在设计过程中,根据房间送风量来选择适当风 量的末端装置。

(二)送回风形式的确定
与一些精度要求较高的工业建筑相比,高层民用建筑
属于舒适性空调要求,其气流组织设计时一般不强调精度 要求。但应注意以下三点: 1.尽可能保证室内参数的均匀性(特别是温度) 2.防止送、回风空气短流导致空调效果不良。

3.防止夏季时直接对人体吹冷风。
下面介绍几种典型的气流组织

几种典型的气流组织形式
此方式为高层民用 建筑常用的一种空调气 流组织方式,适合于全 吊顶的房间。通常送风 口采用散流器或条形风 口,回风口采用百叶式 风口或条形风口。

房间

上送上回方式

几种典型的气流组织形式
以冬季送热风为主的 空气调节系统,当空气 调节房间层高较高时, 宜采用此方式。

房间

上送下回方式

特点

上送下回方式在气流组织上比上送 上回方式更为合理,室内空气参数均 匀,不存在送、回风短流问题,也适 用于净高较高的场所。但将占用一定 的建筑面积,有时较困难。

几种典型的气流组织形式
侧送是另一种较多 用于高层民用建筑的送 风方式,通常都属于贴 附射流,送风口采用条 形或百叶式风口。

房间

侧送方式

特点

侧送风气流组织较好,人员基本 处于回流区,因此舒适感好,但要 求一个房间内有两个不同高度的吊 顶(或通过走道与房间隔墙上的风 口送入)。

(三)风口形式及选择
确定了送风量和气流组织,下一步则需设计风口尺寸、个数 及位置。
Ⅰ. 风口选型受到很多因素的制约:
(1) 室内装修。 (2) 空调房间的气流组织。 (3) 风口的安装和连接形式。

Ⅱ. 风口的类型和适用场所(主要介绍三种风口) 1. 百叶式风口
(1)固定式百叶风口 :风口叶片固定为某一个角度,此角度大于 45度,用于空调回风口。

(2)单层百叶式风口

(三)风口形式及选择
叶片可调的风口,既可作回风口,也可作送风口,用作送风 口时,根据房间气流组织的要求可进行两个方向上的出风角度调 整,可垂直或吊顶安装。 (3)双层百叶风口

当作为送风口时,可进行四个方向上调整出风气流的角度, 其风量的调整范围也远远大于单层百叶风口。
(4)自垂式百叶风口 靠风口两端的空气压差打开或关闭,只能用于垂直安装。 要求必须保持一定的风速,如风速过小则打开角度太小, 阻力系数过大,一般用在楼梯间正压送风。

(三)风口形式及选择
2. 散流器
(1)圆盘散流器
风阻系数较大,射程流程略小,气流组织属于 平送贴附流型,比较适合于一些要求较高的房 间的空调送风。

(2)斜片散流器
属于平送流型,贴附射流,其射流轴心速度衰 减较慢,流程较长,可控制的范围较大。

3. 喷口
高大空间的空气调节场所,如会堂、体育场、

影剧院等,可采用侧送或顶送。有球型喷口、鼓型喷
口、固定式喷口等。

(三)风口形式及选择
Ⅲ. 风口尺寸、个数的确定 ? 实际工程设计中,对于风口尺寸和个数的确定,都是参照厂家

提供的风口性能表来选择风口尺寸和确定个数的。一般按照风
量、射程、颈部风速来确定。例如:
双层百叶风口性能表 120x120 160x120 200x120 风口规格mmxmm 颈部风速 (m/s) 吹出 全压损失 风量 射程 风量 射程 风量 射程 (pa) m m m 动压 角度 m3 /h m3 /h m3 /h (pa) A 1.9 1.74 2 2.24 B 2.01 0.95 1.09 1.22 1 52 69 86 C 2.32 0.88 1.02 1.14 D 2.85 0.62 0.72 0.8

确定风口的个数时,在风口性能表中可查得适合参数的 风口,比如射程、动压等,并且已知总的送风量,即可 确定风口的个数。风口之间的间距一般在3~6米之间。 ? 通过气流组织计算来校核风口尺寸和个数。

(四)风管尺寸的计算
合理采用管内的空气流速以确定风管截面尺寸.主要公式 如下:

S=G/V
S-风管的截面积 m2(矩形风管S=长?宽,圆形风管S=лr2) G-风道内的风量(m3/s) V-风道内截面风速(m/s) 风道的宽高比一般为7,不超过10,也可根据实际情况而定。 例:某工厂风管内风量10000m3/h,该风管为低速送风系统的总管。试确 定该风道的尺寸。 风管内风速查下表,查得总管和总支管V=6~9m,取7m,带入以上公 式,得S=0.396m2.再根据常用风管规格表,确定风管尺寸800?500。

(四)风管尺寸的计算

根据噪声和风管本身的强度,并考虑到运行费用进行设定.常用的 风管的风速(见下表). 风管和设备内的风速

推荐值(m/s)

最大值(m/s) 工厂
5.0 8~12 6~9 4~5 4

位置
风机吸入口 风机出口 干 管 支 管 从支管上接出的风管

住宅
3.5 5~8 3.5~4.5 3 2.5

公共建筑
4.0 6.5~10 5~6.5 3~4.5 3~3.5

住宅
4.5 8.5 4~6 3.5~5 3.25~4

公共建筑
5.0 7.5~11 5.5~8 4~6.5 4~6

工厂
7.0 8.5~14 6.5~11 5~9 5~8

(四)风管尺寸的计算
钢板制矩形风管规格表
120*120 160*160 250*160 320*160 400*200 400*250 400*320 160*120 250*120 200*200 250*250 320*250 320*320 630*250 200*120 200*160 250*200 320*200 500*200 500*250 500*320

400*400
500*500 630*500 630*630 1250*400 1250*500 1250*630 1250*800 1250*1000 1600*1000 2000*1250

500*400
630*400 1000*320 1000*400 1000*500 1000*630 1600*500 1000*1000 1600*800 2000*1000

630*320
800*320 800*400 800*500 800*630 800*800 1000*800 1600*630 2000*800 1600*1250

(五)风道阻力的计算
1. 管道的摩擦压力损失(沿程阻力)

L V2ρ △P=λ 4Rs 2
λ---摩擦系数 Rs----管道水力半径(m),RS=f/p (横截面/湿周) V----空所气流速(m/s) ρ---空气的密度(Kg/m3) L---管道长度(m)

2. 局部压力损失(局部阻力)

V2ρ △P=£ 2

£---管道局部阻力系数

3. 风管压力损失=沿程压力损失+局部压力损失

(五)风道阻力的计算
4.简略的估算法
对于一般通风系统,风管压力损失值⊿P=(Pa)可按下式估算 ⊿P=Pm L(1+K) 式中 Pm——单位长度风管的摩擦压力损失,Pa/m(一般为 0.8~1.5Pa/m); L——到最运送风口的送风管总长度加上到最运风口的风管 的总长度,m; K——局部压力损失与摩擦压力损失的比值。 弯头三通少时,取K=1.0~2.0; 弯头三通多的场合,可取到K=3.0~5.0

(五)风管的形式及特点
钢板制风道
可分为镀锌钢板与普通钢板. 通常镀锌钢板的 厚度不能太厚,一般不超过1.2mm.可在现场进 行加工也可定制,施工方便.

无机玻璃钢风道
耐腐蚀,使用寿命长,强度较高的优点.其综合造 价与钢板制风道基本相同,但使用时很难保证 风道要求,选择时要慎重。

硅酸盐板风道
防火性能好,但综合造价较高,大范围的使用受 到一定限制.

(五)风管的形式及特点
复合玻璃纤维风道
风道与保温材料合二为一,重量较轻,使用寿命长, 消声性能好.但当尺寸较大时,强度不够,风道阻力 也很大.另外如施工不好,漏风量较大.

软风道
施工简单,灵活方便,但其风阻力较大,容易损 坏,对施工管理要求较高.

引言

(六) 新风系统的设计

对空调房间送入必须的新风量,是保 证工作人员身体健康的重要措施.根据 对某些空调房间的调查,有些空调房间 由于新风量不足,工作人员的患病率显 著的增加.因此设计时必须加以注意.

新风量的确定
1、对于普通场合,可以根据每人占用面积来计算新风量
计算公式:必要风量(m3/h)=A?面积/人均占有面积 A表示人均新风量(m3/h)根据房间功能级别不同,可 参考下页表中数据

一般室内人均占有面积估算值
室内人员密度估算指标 房间名称 室内人数(人/m2 ) 0.1~0.15 旅馆客房 商店营业厅(首层) 1.0~1.2 商店营业厅(其他层) 0.5~0.8 精品商场 0.3 餐厅.宴会厅 0.5~1.0 0.1~0.23 一般办公室 0.4~0.5 会议室

摘《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB50019-2003)

注:新风量不应小于循环风量的10%

新风量的确定
民用建筑主要房间人员所需的最小新风量[m /(h.人)]
建筑类型 一级 客房 二级 三级 一级 餐厅 宴会厅 二级 多功能厅 三级 四级 一级~二级 商业,服务 三级~四级 一级~二级 大堂、四季厅 美容理发室,康乐设施 3~5星级 客房 1~2星级 影剧院、音乐厅、录像厅(室) 游艺厅、舞厅(包括卡拉OK歌厅) 酒吧、茶座、咖啡厅 体育馆 商场(店)、书店 饭馆(餐厅) 办公室 住宅 小学 教室 初中 高中 新风量 50 40 30 30 25 20 12 20 10 10 30 30 20 20 30 10 20 20 20 30 30 11 14 17 依据 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB50189-93 GB9663-1996 GB9663-1996 GB9663-1996 GB9664-1996 GB9664-1996 GB9668-1996 GB9670-1996 GB1615-1996 GB/T18883-2002 GB/T18883-2002 GB/T17226-2002 GB/T17226-2002 GB/T17226-2002
3

旅游旅馆

旅店 文化娱乐场所

学校

摘《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB50019-2003)

新风量的确定
2、对于一些废气量大的场合或者一些工艺型场合,新风 量应根据有害物质浓度进行计算,资料不足时,可根据换 气次数来估算新风量。
计算公式:必要风量(m3/h)=换气次数?房间容积
部分场所换气次数推荐值
场合 一般民居 房间类型 起居室,客厅 浴室 厨房 厕所 饭店 宴会厅 客房 舞厅 洗衣房 办公室 会议室 车床间 发电间 换气次数(1/hr) 6 6 10 15 6 10 5 8 15 6 12 10 15

餐饮场所 旅馆 商用建筑 工厂

注:对于一般性场合,如无特殊要求且室温波动范围在±1℃则可选用换 气次数为5次/小时。新风量不能小于循环风量的10%

新风负荷的计算
空调新风负荷计算公式: Qw=Gw(iw-in) 式中:
QW:新风负荷,kW GW:新风量,kg/s iw:室外空气焓值,kJ/kg in:室内空气焓值,kJ/kg

室内外空气焓值 可由焓湿图查取
如宁波:

室外空气干球温度34.5℃,湿球温度 28.5℃,焓值92.08KJ/kg.℃
室内空气干球温度25℃,相对湿度 55%,焓值52.92KJ/kg.℃

1m3/h新风=12.84W冷量

新风系统的平面设计
中央空调新风的平面设计等同于一般的风系统平 面设计,但包括两套风管路系统(小型工程,如靠自然排 风或卫生间排风能满足要求的可不单独设置排风系统) 包括管道尺寸的确定,送、排风口形式及尺寸的确定.应 注意以下几点:
1.新风进口的位置:应设置在比较洁净的地方.尽量在排风口的上风 侧,且应低于排风口,并尽量保持不小于10m的间距.进口底部距室外

地面不宜少于2m,当进风口布置在绿化带时,则不宜少于1m. 2.新风进口处宜装设可严密开关的风阀,严寒地区应装设保温风 阀,有自动控制时,应采用电动风阀.进风面积应满足新风量随季节 变化时最大风量的需要.
3.新风入口处应有防雨措施。

六、地埋管设计

地埋管设计
一、地埋管形式选择 地热换热器的埋管方式主要有两种形式, 竖直埋管和水平埋管. 选 择哪种方式主要取决于场地大小、当地岩土类型及挖掘成本. 如果 场地足够大且无坚硬岩石, 则水平式较经济. 当场地面积有限时,适 合采用竖直埋管方式, 很多情况下这是惟一选择. 水平埋管就是将塑料管水平敷设在离地面1~ 2m 的地沟内. 水平埋 管的地热换热器受地表气候变化的影响, 效率较低, 而且占地的面 积比较大, 在国内建筑物比较密集的情况下, 它的使用受到一定的 限制. 竖直埋管就是在地层中垂直钻孔, 孔的深度一般在30~ 150 米. 在竖直埋管方式中, 由于地下深层土壤温度比较恒定, 占地面积小, 因此在地源热泵工程中得到了广泛的应用.

地埋管设计

地埋管设计

地埋管设计
二、地埋管管材与传热介质 1.地埋管管材 地源热泵系统地埋管管材应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、 流动阻力小的塑料管材及管件,宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或 聚丁烯管(PB),不宜采用聚氯乙烯(PVC)管。管材与管件应为相 同材料。由于处理热膨胀和土壤移位的压力能力弱,所以不推荐在地 埋管换热器使用PVC管。 地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力 及使用温度应满足设计要求,且管材的公称压力不应小于1.0Mpa。地 埋管的管材及壁厚规范如下表:

聚乙烯(PE)管外径及公称壁厚 (mm)

地埋管设计
聚乙烯(PE)管外径及公称壁厚 (mm)
公称外径 dn
20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 180 200 225 250 平均外径 最小 最大 20.0 25.0 32.0 40.0 49.9 63.0 75.0 90.0 110.0 125.0 140.0 160.0 180.0 200.0 225.0 250.0 20.3 25.3 32.3 40.4 50.5 63.6 75.7 90.9 111 126.2 141.3 161.5 181.7 201.8 227.1 252.3 1.0Mpa — — — — — 4.7+0.8/PE80 4.5+0.7/PE100 5.4+0.9/PE100 6.6+1.1/PE100 7.4+1.2/PE100 8.3+1.3/PE100 9.5+1.5/PE100 10.7+1.7/PE100 11.9+1.8/PE100 13.4+2.1/PE100 14.8+2.3/PE100 公称壁厚/材料等级 公称压力 1.25Mpa — 2.3+0.5/PE80 3.0+0.5/PE80 3.7+0.6/PE80 4.6+0.7/PE80 4.7+0.8/PE100 5.6+0.9/PE100 6.7+1.1/PE100 8.1+1.3/PE100 9.2+1.4/PE100 10.3+1.6/PE100 11.8+1.8/PE100 13.3+2.0/PE100 14.7+2.3/PE100 16.6+3.3/PE100 18.4+3.6/PE100 1.6Mpa — — 3.0+0.5/PE100 3.7+0.6/PE100 4.6+0.7/PE100 5.8+0.9/PE100 6.8+1.1 /PE100 8.2+1.3/PE100 10.0+1.5/PE100 11.4+1.8/PE100 12.7+2.0/PE100 14.6+2.2/PE100 16.4+3.2/PE100 18.2+3.6/PE100 20.5+4.0/PE100 22.7+4.5/PE100

地埋管设计
2、传热介质 传热介质应以水为首选,也可选用符合下列要求的其它介质: 安全,腐蚀性弱,与地埋管管材无化学反应; 较低的冰点; 良好的传热特性,较低的摩擦阻力; 易于购买、运输和储储藏。 传热介质安全性包括毒性、易燃性及腐蚀性。良好的传热特性和较低的 摩擦阻力损失是指传热介质具有较大的导热系数和较低粘度。可采用的 其它传热介质包括氯化钠溶液、氯化钙溶液、乙二醇溶液、丙醇溶液、 丙二醇溶液、甲醇溶液、乙醇溶液、醋酸钾溶液及碳酸钾溶液。
在传热介质(水)有可能冻结的场合,传热介质应添加防冻液。应在充 注阀处注明防冻液的类型、浓度及有效期。为了防止出现结冰的现象, 添加防冻液后的传热介质的冰点宜比设计最低运行温度低3~5℃。

地埋管设计

①以甲醇为对照物(甲醉为100)

地埋管设计
乙烯乙二醇水溶液浓度与相应凝固点及沸点
质量 (%) 乙二醇 0 5 10

15
13.6

20
18.1

25
22.9

30

35

40

45

50

55

60

体积 (%)

0

4.4

8.9

27.7

32.6

37.5

42.5

47.5

52.7

57.8

沸点 (100.7KPa)(℃)

100

100.6

101.1

101.7

102.2

103.3

104.4

105

105.6

-

-

-

凝固点(℃)

0

-1.4

13.2

-5.4

-7.8

-10.7

-14.1

-17.9

-22.3

-27.5

-33.8

-41.1

48.3

地埋管设计
三、连接方式 地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种,串联系统管径 较大,管道费用较高,并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管 径较小,管道费用较低,且常常布置成同程式,当每个并联环路之间流 量平衡时,其换热量相同,其压降特性有利于提高系统能力。因此,实 际工程一般都采用并联同程式。

地埋管设计
四、水平连接集管 分、集水器是传热介质(水或防冻液)从热泵到地热换热器各并联环 路之间循环流动的调节控制装置,设计时应注意各并联环路间的水力 平衡及有利于系统排除空所。与分、集水器相连接的各并联环路的多 少,取决于竖直U形埋管与水平连接管路的连接方法、连接管件和系 统的大小。

地埋管设计
五、地下换热器长计算 详见下一部分 六、地热换热器系统的水力计算 传热介质不同,其摩擦阻力也不同,水力计算应按选用的传热介质的水 力特性进行计算。国内已有的塑料管比摩阻均是针对水而言,对添加防 冻剂的水溶液,目前尚无相应数据,为止,地埋管压力损失宜按以下方 法进行计算。 1.确定流量G(m3/h),公称直径和流体特性。 2.根据公称直径,确定管子的内径dj(m)。 3.计算管子的断面面积A(m2):

4.计算流速V(m/s):

地埋管设计
5.计算管子的雷诺数(Re),Re应该大于2300以确保紊流: 6.计算单位管长的摩擦阻力损失Pd(Pa/m) Pd=0.158?ρ0.75?μ0.25?dj-1.25?V1.75 PY= Pd?L 式中:PY:计算管段的沿程阻力损失,Pa; L:计算管段的长度,m。 7.计算管段的局部阻力损失Pj(Pa) Pj= Pd?Lj 式中Lj:计算管段中局部阻力的当量长度,m。 8、计算管段的总阻力损失PZ(Pa) PZ= PY+ Pj

地埋管设计
管件当量长度表

弯头的当量长度(m)

T形三通的当量长度(m) 旁流三 通 0.8 0.9 1.2 1.5 2.1 2.4 3.1 3.7 4.6 5.5 6.4 7.6 9.2 12.2 直流三 通 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.5 3.1 4.0

名义管径
3/8" 1/2" 3/4" 1" 5/4" 3/2" 2" 5/2" 3" 7/2" 4" 5" 6" 8" DN10 DN12 DN20 DN25 DN32 DN40 DN50 DN63 DN75 DN90 DN110 DN125 DN160 DN200

90° 标准型
0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.3 2.7 3.1 4.0 4.9 6.1

90° 长半径 型 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8 2.0 2.5 3.1 4.0

45° 标准型
0.2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 2.0 2.4 3.1

180° 标准型
0.7 0.8 1.0 1.3 1.7 1.9 2.5 3.1 3.7 4.6 5.2 6.4 7.6 10.1

直流三 通后缩 小1/4 0.4 0.4 0.6 0.7 0.9 1.1 1.4 1.7 2.1 2.4 2.7 3.7 4.3 5.5

直流三 通后缩 小1/2 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.3 2.7 3.1 4.0 4.9 6.1

地埋管设计
地下换热器长计算

地热换热器的长度直接影响到热泵机组的性能和系统的初投资, 因 此合理确定地热换热器的长度是地源热泵系统经济运行的关键. 地热换 热器的设计主要包括以下内容: 地热换热器的长度的确定; 地热换热器结 构的设计以及管路的连接方式.目前, 确定地热换热器的长度有两种方法:

一、估算法
所谓估算法就是首先根据建筑物的峰值冷负荷或热负荷确定出地热换热 器的放热量或吸热量, 然后确定地热换热器的布置方式, 再根据手册中给定的 单位管长或单位埋管深度的放热量即可求出所需地热换热器的长度.

二、计算机模拟法
计算机模拟法是根据建立的地热换热器的传热模型编制出相应的计算 软件, 通过输入土壤的热物性参数和建筑物的负荷来确定地热换热器的长 度.

一、估算法主要步骤
(一)建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算 建筑物冷热负荷计算与常规空调系统冷热负荷计算方法相同,可参 考本PPT第二部分计算。 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸 收的热量。可以由下述公式[1]、[2]计算: 夏季换热量 冬季换热量 kW kW (1) (2)

式中 Q1‘ ——夏季向土壤排放的热量,kW ;Q1——夏季设计总冷负荷,kW Q2‘ ——冬季从土壤吸收的热量, kW ;Q2——冬季设计总热负荷,kW COP1——设计工况下水源热泵机组的制冷系数 COP2——设计工况下水源热泵机组的供热系数 一般地,地源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热 量以及制冷系数、供热系数,计算时应从样本中选用设计工况下的 COP1、COP2 .若 样本中无所需的设计工况,可以采用插值法计算。

地埋管设计
地热换热器的长度直接影响到热泵机组的性能和系统的初投资, 因此合理确定地热换热器的长度是地源热泵系统经济运行的关键. 地 热换热器的设计主要包括以下内容: 地热换热器的长度的确定; 地热 换热器结构的设计以及管路的连接方式.目前, 确定地热换热器的长度 有两种方法:

一、估算法
所谓估算法就是首先根据建筑物的峰值冷负荷或热负荷确定出地热换热 器的放热量或吸热量, 然后确定地热换热器的布置方式, 再根据经验或测试中 的单位管长或单位埋管深度的放热量即可求出所需地热换热器的长度.

一、公式计算法

二、计算机模拟法
计算机模拟法是根据建立的地热换热器的传热模型编制出相应的计算 软件, 通过输入土壤的热物性参数和建筑物的负荷来确定地热换热器的长 度.

(二)确定竖井埋管管长 地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材 外,还需要有 当地的土壤技术资料,如地下温度、传热系数等.在实际工程 中,可以利用 管材“换热能力”来计算管长.换热能力即单位垂直埋管深 度或单位管长 的换热量, 此值一般需通过“土壤热物性测试”得出,一般 为30~80W/m(井深 (注:此数值由于经验限制,不同的文献或厂家 L= Q ’?1000÷q 可能存在不同) . 若为双U,则换热能力增加约10-20%。 具体计算公式如下:

其中 L —— 钻孔总长,m Q ’—— 地埋管热负荷,kW q —— 单位钻孔深度的换热量,W/m

(三)确定竖井数目及间距 在国外,竖井深度多数采用50~150m,设计者可以在此范围内选择 一个竖井深度H,代入下式计算竖井数目:

N= L/H
其中 N——竖井总数,个 L——竖井总长,m H——竖井深度,m 然后对计算结果进行圆整,若计算结果偏大,可以增加竖井深度, 但不能太深,否则钻孔和安装成本大大增加。 关于竖井间距,有资料指出:U型管竖井的水平间距宜为3-6米,一般 为4-4.5m。

二、计算机模拟法主要步骤

输入:
?建筑负荷 ?土壤热物性 ?热泵参数 ?场地尺寸和地 质情况

输出:
?根据项目的特点 完成各种设计参 数的输出

地埋设计软件GLD5.1


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