地源热泵中央空调系统方案-建筑资讯

地源热泵中央空调系统方案

一项目简介

项目名称：中央空调及热水工程；

建筑面积：434M²；

工程简述：本次设计将完成中央空调制冷、制热及生活热水功能。

二、气象参数：

1、室外气象设计参数

根据《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87提供的气象参数,确定室外空气计算参数：

A、空气调节室外计算干球温度

冬季：TWK= 0.7℃

夏季：TWK= 34.3℃

B、夏季空气调节室外计算湿球温度：TWS=26.4℃

C、冬季空气调节室外计算相对湿度（最冷月月份平均相对湿度）=64%

2、室内设计参数

夏季空调室内设计温度26±2℃，相对湿度为≧40%

冬季空调室内设计温度20±2℃，相对湿度为≧40%

三、设计依据

1、《采暖通风及空气调节规范》GBJ19-87.

2、《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243-98.

3、机械制冷ANSLB9.1安全规范.

4、国家防火协会标准90A.

5、国际电工IEC规范.

6、《通风与空调工程质量检验评定标准》T613 GB50045-95

7、《建筑设计防火规范》

8、甲方提供的图纸及空调要求

四、户式中央空调系统设计

4.1 空调系统的确定

根据甲方对本空调的具体要求

1）空调系统不需要另加冷热源即能冬季制热夏季制冷，一年四季能提供55℃生活热水

2）空调在运行中能效比高，运行费用低。

综合甲方的要求，经过认真分析当地的地质情况，本工程采用地源热泵（全热回收）空调+生活热水系统。

4.2 室内空调系统的确定

1）充分考虑到各个房间便于控制，每个房间都设置风机盘管，考虑到室内送风均匀，采用风管送入，其送风形式为:①侧送上回②上送上回。

2）室内负荷及主机形式的确定

考虑到此建筑为高档别墅户式住宅楼，根据使用的实际特点，夏季建筑冷负荷取104W/㎡，冬季热负荷取80 W/㎡；室内冬季采暖采用两套方案：风机盘管加地板辐射采暖，地板辐射采暖冬季热负荷取60W/㎡

根据业主介绍，本游泳池25吨热水恒温28℃，热源采用地源热泵制热系统。

1、 空调系统冷(热)负荷确定

楼层	功能	面积（平米）	制冷负荷（W/平米）	总冷量W	风机盘管型号	数量
二楼	标房四	12	150	1800	SFP-34WA	1
	标房三	18	150	2700	SFP-68WA	1
	主屋	32	150	4800	SFP-136WA	1
	起居室	40	200	8000	SFP-102WA	2
	楼梯间	47	200	9400	SFP-136WA	2
	装饰柜间	11	200	2200	SFP-51WA	1
一楼	标房一	23	150	3450	SFP-85WA	1
	标房三	23	150	3450	SFP-85WA	1
	客厅	70	200	14000	SFP-102WA	4
	门厅	58	250	14500	SFP-136WA	3
	吧台	40	200	8000	SFP-102WA	2
	配餐台	20	200	4000	SFP-102WA	1
		3个34		76300

根据空调设计手册，考虑到室内各区域同时使用系数，通常空调主机冷热负荷配备为末端设备负荷的80％～90％，

㈠室内末端空调系统：各房间空调方式：全部采用风机盘管水系统，该方案特点：

①布置灵活，根据业主要求及现场情况和装潢决定风机盘管的位置及吊装；

②运行节能，每个房间可以独立控制开、停，而且三速调节，避免全风系统一开全开的弊病，因而运行费用节省；

③安装方便，风机盘管的连接为水管，体积小，可以不事先预留孔，穿墙、过梁非常方便，和消防系统、照明系统矛盾很少；

④送风方式采用风机盘管侧送风，下回风，送风组织非常理想。

新风供给采用窗式微量通风器和建筑装潢统筹考虑。

⑤冬季采暖采用目前最为时尚的地板辐射采暖系统，节能、舒适。

㈡空调主机选择方案：

方案一：选择目前世界最节能环保的地源热泵冷热水机组—美国辛普森生产技术由江苏辛普森七彩新能源有限公司生产的出口机型；

水源热泵冷热水机组。型号：SDR-440S/W 数量：1台

制冷量：44.8KW/台制热量：48KW/台额定功率：8.8KW

完全能满足冷热负荷。

该方案需提供地下冷却系统，根据业主实际状况：

A、可以提供地下井水源，流量5吨/小时，

B、采用地下埋管系统：埋管深度63M，埋管材料用φ32×2.0PE管道连成U 型管，U 型管数量为10个，距地面1.5米处用φ50×2.5PE管同程连接至空调主机，施工结束后地表面依然可以进行绿化、道路施工等。

C、空调方案特点优势：

1) 环保节能。空调主机模块化设计，可以根据建筑物冷热负荷自动调节空调主机的开启，运行更为节省，室内采用的空调方式为独力式风机盘管水系统，开关随意，大大节省了能源；

2) 能效比高。空调压缩机选用世界名牌涡旋式空调压缩机，能效比高；

3) 夏季运行可以免费使用生活热水；过渡季节可以提供生活热水洗浴；

4）使用寿命长。室外地下埋管系统无腐蚀，使用寿命可达50年以上，空调主机由于机组运转环境理想，比常规空调主机使用寿命更长，与风冷形式例如VRV空调相比、没有制冷系统管路总长度的限制，不存在弯曲阻力、垂直管回油困难易造成机组烧毁问题，不会产生制冷系统管路渗漏等不利因素的影响制冷/供热效果。因此使用寿命可达25年以上。

5）方案性价技术来源：空调系统方案来自上海瀚初暖通有限公司热泵工程经验。热泵产品为辛普森公司制造。产品及技术上符合中美两国倡导的“高效、节能、环保” ，可以为用户节约40～60％能源。

2、根据现有条件，考虑到机组运行费用及投资费用，结合本别墅热水空调主机选择方案：

① 根据现有数据及业主要求,选用辛普森公司风冷热泵主机一台,型号：SFR-750S/W 数量：1台

制冷量：75KW/台制热量：83.6KW/台额定功率：16.4KW 该机器包括向25吨游泳池提供恒温热水.

3）空调生活热水的确定

可以根据甲方实际生活需求量来设置热水箱。热水箱可以设置设备间，亦可设置在楼顶，设置在楼顶的好处在于生活热水使用侧无需外加动力源，利用高位水的压差，给室内用水点提供生活热水。

4）室外换热器的确定

① 计算地下负荷

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

根据以下公式计算：

Q₁’^、= Q₁×（1+ ）= 43040×（1+ ）=51648W

其中：Q₁’：夏季向土壤排放的热量， W

Q₁：夏季设计总冷负荷， W

COP：设计工况下地源热泵机组的制冷系数

因为夏季向土壤中排放的热量远大于冬季从土壤中吸取的热量。所以以夏季向土壤排放的热量Q₁’进行计算。

② 地埋埋管管长

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。根据我们实际工程中经验，可以暂先利用管材“换热能力”来计算管长（可根据实际试验数据调整）。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，竖直埋管为70～80W/m（单U管DE32按照70 W/m计算，双U管DE25按照80 W/m计算管长）左右。

设计时可取换热能力的下限值，即70W/m（管长），具体计算公式如下：

其中 ——竖井埋管总长，m　　 ——夏季向土壤排放的热量，kW

分母“70”是夏季每m管长散热量，W/m =737（米）

③ 确定竖孔个数、孔间距及横埋管布置。

根据以往的工程经验，每个竖孔暂定为80米（可根据现场的具体情况调整）。孔径为∮110，孔间距为4.5m～6m。根据下式计算竖孔数目:

其中 ——竖孔总数，个

——竖井埋管总长，m

——每口竖孔的长度，m

竖孔个数不能太多，否则施工难度和施工成本大大增加。

= =10（个）

考虑到整个系统运行可靠性，

考虑到整个系统的热力平衡及运行可靠性，圆整后取10个。

孔位及横埋管位置布置待定（根据工程实际情况确定）

④ 管材的选取

一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。根据地源热泵施工规范要求选择了SDR11高聚乙烯PE管。额定承压能力为1.25MPa。

⑤ 确定管径

在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1）管道要大到足够保持最小输送功率；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流（流体的雷诺数Re达到3，000以上）以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，63mm管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH₂O/100m当量长度以下。该项目竖埋管采用PE管为d32，横管最大采用为d63。

⑥ 计算管道压力损失

考虑到系统的水力平衡，本项目全部采用同程式。在同程式系统中，选择压力损失最大的热泵机组所在环路作为最不利环路进行阻力计算。可采用当量长度法，将局部阻力件转换成当量长度，和管道实际长度相加得到各不同管径管段的总当量长度，再乘以不同流量、不同管径管段每100m管道的压降，将所有管段压降相加，得出总阻力。

⑦ 水泵选型

根据上述计算最不利环路所得的管道压力损失，再加上末端机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，确定水泵的扬程，需考虑一定的安全裕量。根据系统总流量和水泵扬程，选择满足要求的水泵型号及台数。

⑧ 校核管材承压能力

管路最大压力应小于管材的承压能力。若不计竖井灌浆引起的静压抵消，管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和，即：

其中 ——管路最大压力，Pa

——建筑物所在的当地大气压，Pa

——地下埋管中流体密度，kg/m³

——当地重力加速度，m/s²

——地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，m

——水泵扬程，Pa

杭州夏季大气压力＝100500 Pa，水的密度＝1000 kg/m³，

当地重力加速度＝9.8 m/s²，高度差＝60 m

重力作用静压＝588000 Pa

水泵扬程一半0.5 ＝20 mH₂O＝98000Pa

因此，管路最大压力＝696500Pa（约0.70Mpa）

一般品牌高聚乙烯PE80（SDR11）额定承压能力为1.25MPa，管材满足设计要求。

地源热泵产品介绍

地源热泵（Ground Source Heat Pump）技术是利用大地作为低位热源，通常是利用地球表面浅层土壤、水源并应用热泵原理，对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。

　　地球表面浅层吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且温度一般都相对稳定。地源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源或土壤中蓄存起来，而冬季，则从水源或土壤中提取能量供给建筑物使用。
　　地源热泵的名称最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中[1]，但真正意义的商业应用也就十几年的历史，但发展相当迅速。如美国，截止1985年全国共有14,000套地源热泵，而1997年就安装了45,000套，到目前为止已安装了400,000套，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。
　　中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，采用地下埋管（埋深<400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射采暖或提供生活热水。据1999年的统计，家用供热装置中，地源热泵所占比例较高，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。
　　在我国，地源热泵的应用才起步较晚，但发展潜力十分巨大。一方面，随着城市环境问题的日益重视和能源结构的调整，北方地区新建小区一般不能使用燃煤锅炉房供热，以何种方式解决这些新建小区的供热问题成为目前住宅建设中的大问题。另一方面，近年来我国住宅空调安装率迅速增长。上海居民住宅空调拥有率已超过60％，北京也达到34％，城镇居民住宅平均拥有率已达20％，并且目前家用空调拥有率仍在飞速增长。这样，对于我国的广大地区，住宅环境就不再仅仅是采暖问题，而是要统一考虑供暖和制冷的需求。借鉴发达国家的经验，采用地源热泵方式可能成为满足这种要求的最佳方式。
地源热泵是由水循环系统、热交换系统、水源热泵机组和控制系统组成，是一套节能无污染，既能取暖又能制冷的设备从能源角度来说，它是利用常温下土壤热量。所以，这是一种用之不尽的可再生能源。
地源按照室外换热方式不同可分为三类：(1)土壤埋管系统，(2)地下水系统，(3)地表水系统。