某宾馆中央空调及空气源热泵热水系统设计.doc

某宾馆中央空调及空气源 热泵热水系统设计 学生姓名： xxxxx 专 业：建筑环境与设备工程 班 级： xxxxx 指导教师： xxxxx 能源与机械工程学院年 月摘 要 针对某宾馆中央空调系统及空气源热泵热水型系统设计，通过对比各种中央空调系统的优缺点，在建筑节能的基础上选择合适的系统类型，并加强空气源热泵的工作原理与其他热泵设备优缺点认识。 关键词：中央空调系统 空气源热泵 建筑节能 目 录第1章 绪论4第2章 正文52.1中央空调系统52.1.1 设计流程62.1.2 系统对比82. 2空气源热泵102.2.1工作原理及优缺点102.3建筑节能在暖通领域应用14参 考 文 献16iv第1章 绪论上个世纪90 年代以来,随着地球温暖化进程的加速和全球异常气候出现周期的缩短,在人口不断膨胀,地球环境被破坏,资源估竭等问题困扰人类的今天,可持续发展这一课题引起全世界范围的关注。“可持续性”这一定义的广泛引用来源于1987 年联全国环境与开发世界委员会报告“人类共通的地球”:所谓可持续的开发就是指在不损害将来人类社会经济利益的基础上,能够满足现在需要的开发。”这一定义所昭示的开发便是一种有节制低能耗的开发。可持续发展理论的提出,使人们开始反思此前的建筑发展历程,尤其是工业革命之后的短短一百多年间,人类所从事的活动中,建筑业对环境产生影响是巨大的。建筑业是个耗能大户,据统计,全能量的50 %消耗于建筑，而暖通空调所占的建筑能中的30%50%，并且随着人们对于生活质量要求的提高而逐年的增加。在可持续设计的过程中，在各种各样金融危机能源危机的影响下，人们以减低新风量，减小空调运行功率，降低循环风机风量等等措施来降低建筑的能耗。但是，在能耗降低的同时，也把人们的舒适程度降低到了最下限。能耗下降了,但新的问题又产生了,那就是空气品质的恶化。随着建筑业的发展,人们的认识水平不断提高,暖通设计师们逐渐明白,要把节能和保护环境有机地统一起来,因此,以最少的能耗,创造健康、舒适的室内环境,并保护大气环境,这也正是绿色建筑对暖通专业的要求。绿色建筑就是充分利用可再生的材料和能源,亲和自然,尽量不破坏环境和文化传统,保护居住者的健康,充分体现了可持续发展的理念 。绿色建筑对室内环境品质给予特别的重视。室内环境品质包括声、光、热等诸多环境物理因素以及室内空气品质中的诸多物理、化学因素 。绿色建筑的室内环境应与地球生物圈的生态环境协调、融合。“以人为本”的室内环境首先要满足人的生物特性,即节能和环保并不是以影响居住者的健康和降低居住者的工作效率为代价。因此,绿色建筑是资源和能源的有效利用、保护环境、亲和自然、舒适、健康、安全的建筑。在实际的工程设计中,人们已经能够从制冷方式和空调方式出发采取许多降低能耗和提高能源利用效率的措施,然而绿色建筑对暖通空调提出了更高的要求,强调了对可再生能源的利用。如何平衡能耗和室内空气品质之间的关系,也是在绿色建筑的设计中需要着重考虑的问题。第2章 正文 2.1中央空调系统2.1.1设计流程主要流程： 1 确定设计对象建筑物 2 根据设计对象所处地区，确定室外空气冬、夏设计参数3 根据设计对象的使用功能，确定室内空气冬、夏设计参数 4 确定设计对象的建筑热工参数、在室人员数量、灯光负荷、设备负荷、工作时间段等 5 计算设计对象在最不利条件下的空调热、湿负荷 6 根据计算的空调热、湿负荷以及送风温差确定冬、夏送风状态和送风量 7 根据设计对象的工作环境要求，计算确定最小新风量 8 确定空调系统方式 9 结合i-d图的分析,根据各空调设备处理空气的特点 10 确定空调系统的空气处理方案以及空气处理设备的容量 11 根据空气处理设备的容量及送风量进行空调设备选型设计计算 12 进行气流组织设计，根据送、回风量，确定送、回风口型式 13 布置空调风管道，进行风道系统设计计算，确定管径、阻力等 布置空调水管道，进行水管路的水力计算，确定管径、阻力等 14 确定风机和水泵的流量、风压及型号 15 根据空气处理设备的容量确定冷源（制冷机）或热源（锅炉）的容量及型号 中央空调具体设计步骤： 1确定空调系统风道形式，合理布置风道，并绘制风道系统轴测图，作为水力计算草图。 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多得环路。 4根据造价和运行费用的综合最经济的原则，选择合理的空气流速。根据经验总结，风管内的空气流速可按p111表6.3确定。 5根据给定风量和选定流速，逐段计算管道断面尺寸，并使其符合表6.1所列的矩形风管统一规格。然后根据选定了的断面尺寸和风量，计算出风道内实际流速。 通过矩形风管的风量g可按下式计算： g=3600ab (m3/h) 式中 a，b分别为风管断面净宽和净高，m。 6计算风管的沿程阻力 根据沿程阻力计算公式：py=pyl 查风管单位长度沿程压力损失计算表求出单位长度摩擦阻力损失py，再根据管长l，计算出管段的摩擦阻力损失。 7计算各管段局部阻力 根据局部阻力计算公式： pj=2/2 查局部阻力系数计算表取得局部阻力系数值，求出局部阻力损失。 8计算系统的总阻力，p=（pyl +pj ）。 9检查并联管路的阻力平衡情况。 10根据系统的总风量、总阻力选择风机主要介绍常规中央空调系统设备的设计选型 1.水冷机组空调系统 2.风冷机组空调系统 主要设备有 （1）主机 （2）冷却塔 （9）末端装置（空气处理机组、风机盘管等） 一、制冷主机的选择 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 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7080%，特殊情况需根据建筑功能和使用情况确定。 4.制冷机冷负荷为建筑空调总冷负荷与同时使用率的乘积。根据计算的制冷机冷负荷既可选 建筑物冷负荷估算指标二、水泵的选择 第一步：水泵流量的确定 为制冷主机制冷量 开新窗口浏览1.冷却水流量：一般按照产品样本提供数值选取，或按照如下 公式进行计算，公式中的q2.冷冻水流量：在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组，可根据产品样本提供的数值选用或根据如下公式进行计算。如果考虑了同时使用率，建议用如下公式进行计算。公式中的q为建筑没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。 第二步：水系统水管管径的计算 在空调系统中所有水管管径一般按照下述公式进行计算： 流速的确定：一般，当管径在dn100到dn250之间时，流速推荐值为1.5m/s左右,当管径小于dn100时,推荐流速应小于1.0m/s,管径大于dn250时，流速可再加大。进行计算是应该注意管径和推荐流速的对应。 目前管径的尺寸规格有： dn15、dn20、dn25、dn32、dn40、dn50、dn70、dn80、dn100、dn125、dn150、dn200、dn250、dn300、dn350、dn400、dn450、dn500、dn600 注意：一般，选择水泵时，水泵的进出口管径应比水泵所在管段的管径小一个型号。例如：水泵所在管段的管径为dn125,那么所选水泵的进出口管径应为dn100。 第三步：水泵扬程的确定 以水冷螺杆机组为例： 冷冻水泵扬程的组成 1.制冷机组蒸发器水阻力：一般为57mh2o；（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57mh2o； （据体值可参看产品样本） 3.回水过滤器阻力，一般为35mh2o； 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：一般为710mh2o； 综上所述，冷冻水泵扬程为2635mh2o，一般为3236mh2o。 注意：扬程的计算要根据制冷系统的具体情况而定，不可照搬经验值！ 冷却水泵扬程的组成 1.制冷机组冷凝器水阻力：一般为57mh2o；（具体值可参看产品样本） 2.冷却塔喷头喷水压力：一般为23mh2o 3.冷却塔（开式冷却塔）接水盘到喷嘴的高差：一般为23mh2o 4.回水过滤器阻力，一般为35mh2o； 5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失： 一般为58mh2o； 综上所述，冷冻水泵扬程为1726mh2o，一般为2125mh2o。 补水水泵扬程的计算： 补水水泵扬程为系统最高点距补水泵接管处的垂直距离和 补水管路的沿程阻力损失和局部阻力损失。 沿程阻力损失和局部阻力损失一般为35mh2o。 5、水泵并联运行情况 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。故强烈建议：1.选用多台水泵时，要考虑流量的衰减，留有余量。2.空调系统中水泵并联不宜超过3台，即进行制冷主机选择时也不宜超过三台 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。 三、冷却塔的选择 1、冷却塔的主要形式 主要有圆形逆流冷却塔和方形横流冷却塔,当然冷却塔的分类形式还有很多种，在这里就不一一列举了。 2、冷却塔的结构略 3、冷却塔设计选型 1、冷却塔台数与制冷主机的数量一一对应，可以不考虑备用； 2、冷却塔的水流量 = 冷却水系统水量1.2； 四、电子水处理仪、水过滤器的选择 空调水系统中使用到的电子水处理仪和水过滤器一般都按照设备所在管段的管径进行选择。 冷却水系统属开式系统，必须使用电子水处理仪； 冷冻水系统属闭式系统，要求不是那么严格，可以在冷冻水系统管路中或膨胀水箱进水管路中安装电子水处理仪。 五、全自动软化水装置的选择 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）。 六、膨胀水箱的选择 膨胀水箱一般按照冷冻水系统管路总水容量的23%选择 一般，一万平方米左右建筑空调水系统膨胀水箱的容积为24立方。七、末端设备的选择 1、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，故有风机盘管的选择有如下两种方法： （1）根据房间循环风量选：房间面积、层高（吊顶后）和房间换气次数三者的乘积即为房间的循环风量。利用循环风量对应风机盘管高速风量，即可确定风机盘管型号。 （2）根据房间所需的冷负荷选择：根据单位面积负荷和房间面积，可得到房间所需的冷负荷值。利用房间冷负荷对应风机盘管的高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（明装或安装），送回风方式（底送底回，侧送底回等）以及水管连接位置（左或右）等条件。 对于一般的住宅和办公建筑，房间面积在20m2以下，可选用fp-3.5,25m2左右的选用fp-5.0，30m2左右的选用fp-6.3,35m2左右的选用fp-7.1。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。 2、空气处理机的选择 空气处理机组主要用于处理室内空气和供新风，一般有空调工况和新风工况两种工作状态。 空气处理机组的选择一般由三个主要参数决定：风量、表冷器排管数和机外余压。 先根据系统需要的风量确定空气处理机组的型号，然后根据需要提供的冷量来决定其排管数，如此便可确定。根据系统需要的余压要求确定余压。 空气处理机组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不同。徐根据建筑情况和建筑业主要求进行最终的确定。 注意：空调工况的制冷（热）量比新风工况时要小。八、工程概算 1.设备费（除膨胀水箱、软化水箱、阀门管道和管件以外，全部为设备费，设备费的准确度应比合同最终签订价高8%10%左右）。 2.设备运杂费（运输、包装费等）一般取设备费的1%2%（根据设备的产地和使用地的距离来确定）。 3.设备安装费：一般取设备的5%8%，（除散件设备，如：冷却塔的安装费：取冷却塔设备费的10%15%）。 4.设备运行调试费：一般取设备费的0.5%1%。 5.管道制作、安装、保温等费用，一般为设备费的20%40%。（根据系统的复杂程度来确定）。 6.电气费、土建费用（应另行计算）。 7.工程设计费，取以上所有费用合计的2.5%3%。 8.工程的其他费用（包括各种税费、工程临时设施费、冬雨季施工费、利润等），一般取以上所有费用合计的5%8%。 上述所有费用之和即工程总造价。 一般，使用水冷冷水机组，末端为风机盘管没有新风的情况下，建筑空调造价为200元/m2左右，末端为风机盘管加新风的为250元/m2左右。使用风冷冷水机组，末端为风机盘管没有新风的情况下，建筑空调造价为300元/m2左右，末端为风机盘管加新风的为350元/m2左右。2.1.2系统对比中央空调系统设计的优缺点对比分析水冷（风冷）机组 + 风机盘管优点： 技术成熟； 负荷大时能效比高； 经济可靠。缺点： 容量调节相对较差； 安装空间要求高些；需要机房。vrv空调系统优点： 舒适美观； 容量调节灵活； 节省空间；部分负荷时能效比高。缺点： 初投资高； 冷媒泄漏不易发现， 维修保养困难： 负荷大时能效比低； 安装要求高， 系统对配管中的水分杂质要求高； 管道长时间能量衰减大。能效比冷水机组技术成熟， 已有 100 多年历史， 经过不断的改良完善， 现在的水冷冷水机组能效比在各类空调产品中是最高的， 离心机组可以达到 57， 普通螺杆机组也可以达到 45。在负荷大的时候能效比可以达到高。 在螺杆机组的发展中， 趋势于多机头的设计， 多机头机组更为节能， 部分负荷时只需要开启部分压缩机工作运行， 因此能效比更高， 机组寿命更长。 针对于主楼大负荷运行是比较有利的。相对于水冷冷水机组， 在负荷比较大的情况下， vrv系统 （属于风冷 ） 的能效比则相对较低。部分负荷时， 则vrv 系统的能效比比较高。初投资水冷冷水机组 + 风机盘管系统初投资比较低， 比vrv 系统约低 30%40%。运行费用因为水冷冷水机组 + 风机盘管系统的设备比较多，有主机、 水泵、 冷却塔、 水阀等， 因此其维修的地方相对较多， 需要的运行管理人员也比较多。vrv 系统则只有主机跟末端， 需要的管理人员可以比较少。在前面几年其运行费用比较低， 五年后 vrv 系统维修量将会大大增加， 此时一般的做法往往可能会更换机器。安装空间水冷冷水机组需要专用制冷机房， 一般选择在地下室装置， 面积约需要 150m2。vrv 系统的主机一般放置在屋顶。本建筑约需要 40 台 30 匹的 vrv 主机，需要约300m2的屋顶面积。智能化程度水冷冷水机组的智能化控制可以做到跟 vrv 一样灵活， 但是其价格比较昂贵。某综合办公楼中央空调系统设计方案的比较分析与选择容量调节水冷冷水机组的容量调节的灵活性不及 vrv 系统，vrv 系统可以实现一台末端运行。水冷冷水机组如果低负荷运行， 机组将频繁启动， 耗能， 且影响机组寿命。2.2空气源热泵工作原理及优缺点气热泵热水器于二十世纪九十年代在美国等发达国家开始从试验室走向市场，成为一种完全成熟的先进的节能产品。热泵热水器是一种新型热水和供暖热泵产品，是一种可替代锅炉的供暖设备和热水装置。与传统太阳能相比，热泵热水器不仅可吸收空气中的热量，还可吸收太阳能。热泵热水器通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，与水换热，大大提高热效率，充分利用了新能源，是将电热水器和太阳能热水器的各自优点完美的结合于一体的新型热水器，是开拓和利用新能源最好的设备之一。该产品适用于黄河以南的广大地区，在中国南方，效果更加突出，在大中城市和人口密度较大的地区都可使用，适用于宾馆、浴室、企业和房地产等行业，是适用度较大的热泵产品。本产品采用内置式风机盘管作为蒸发器形式，利用风扇的强制换热，使空气中的热能与盘管中的制冷剂交换热量后，制冷剂汽化，经压缩机压缩制热后，通过热交换器与水换热，达到供暖和供热水的目的。因为其节能、环保、适用面广等效果非常显著，得到美国、瑞典等发达国家政府的大力推广，广泛应用在各行各业作热水热源。 热泵热水机产品性能特点 1、全天候使用：该产品不受夜晚、阴雨和下雪等恶劣天气的影响，在-10以上地区均可使用，自带除霜装置，干燥与潮湿地区都可高效运转。 2、节能效果突出，投资回收短：该产品与各种常规产品相比，一吨热水能耗可节70%左右，吨热水耗电量全年平均在10千瓦以下。 3、环保无污染：制冷剂选用进口新型制冷剂对臭氧层零污染，而且该制冷剂适用于北方寒冷气候，在摄氏零度以下比r22的效率可提高15%以上。 4、使用寿命长：该产品使用寿命长达15年以上，比锅炉和普通热水器长5-10年。 5、运行安全可靠：该产品采用间接加热方式，运行无安全隐患，全自动微电脑控制，不需人值守。 6、安装方便，可随需要增减：该产品为一体式结构，占地面积小，在人口密集区均可使用，并且随用户用水量的增减，可关停或增添设备，可及时满足用户的需求变化。空气源热泵热水系统设计方案：整个系统由水箱、空气源热泵热水器、水管、循环泵、电磁阀、智能控制器及一些检测控制元件组成：见系统原理图（其中空气源热泵机和水箱放置双方协定）热泵热水器通过高效压缩机做功，把从蒸发器吸收的热量通过冷媒传到高温水冷凝器中释放给被加热的水，从而实现“热水”的目的。与集热管热水系统不同的是，热泵系统在无阳光照射的情况下通过热泵的工作仍能产生热水。储水箱中热水通过必要的控制可实现对用水点全天候供水。2.3建筑节能在暖通领域应用1）主动式所谓主动式手法,就是利用建筑自身和天然能源来保障室内环境品质。用主动式措施改善室内生态环境,主要是做好太阳辐射和自然通风这两项工作。基本思路是使日光、热、空气仅在有益时进入建筑,其目的是控制阳光和空气于恰当的时间进入建筑,以及储存和分配热空气和冷空气以备需要。控制太阳辐射:太阳辐射对于暖通空调而言是一柄双刃剑:一方面增加进入室内的太阳辐射可以充分利用昼光照明,减少电气照明的能耗,也减少照明引起的夏季空调冷负荷,减少冬季采暖负荷。另一方面,增加进入室内的太阳辐射又会引起空调日射冷负荷的增加。利用有组织的自然通风:自然通风是当今生态建筑中广泛采用的一项技术措施。它是一项久远的技术,我国传统建筑平面布局坐北朝南,讲究穿堂风,都是自然通风,节省能源的朴素运用。只不过当现代人们再次意识到它时,才感到更加珍贵,与现代技术相结合,从理论到实践都提高到一个新的高度。在建筑设计中自然通风涉及建筑形式、热压、风压、室外空气的热湿状态和污染情况等诸多因素。2）被动式所谓被动式手法,就是依靠机械、电气等设施,创造一种扬自然环境之长、避自然环境之短的室内环境 。当今的建筑由于其规模和内部使用情况的复杂性,在多数气候区不可能完全靠主动式方法保持良好的室内环境品质。因此,要采用机械和电气的手法,在节能和提高能效的前提下,按“以人为本”的原则,改善室内生态环境。在既要节能,又要保证室内环境空气品质的前提下,风量可调的置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统以及去湿空调系统在国外绿色办公建筑中已成为流行的空调方案。a.置换式送风系统置换式送风系统主要有以下几种形式(a) 背景空调与个人空调相结合的下送风或桌面送风; (b) 用作全场空调的地板送风; (c) 置换式顶送顶回系统。b.冷辐射吊顶系统:今天的办公建筑中主要内热源是设备、照明形成的显热,而其中辐射成分又占了50 %以上。因此,用辐射形式供冷可以平衡掉这部分热量。实验证明,辐射形式供冷可以提高人体舒适性。c.结合冰蓄冷的低温送风系统:蓄冷低温送风系统目前已在空调设计中被广泛采用。该系统虽然起不到节能的作用,但却能平衡市区用电负荷,提高发电效率,对环境负荷的降低是有利的。d.蒸发冷却空调系统:蒸发冷却空调技术是一种绿色仿生空调技术,包括直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。它采用水作为制