空气源热泵空调系统设计方案

1 空气源热泵空调系统设计方案 第 1 章 绪 论 改革开放以来，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的大幅度提高，能源的消耗越来越大，其中建筑能源占相当大的比例。据统计，我国历年建筑能耗在总能耗的比例是 19% 20%左右，平均值为 其中，暖通空调的能耗约占建筑总能耗的 85%。在发达城市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能能量已占建筑物总能耗的 40% 50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。热 泵空调高效节能、不污染环境，真正做到了“一机两用”（夏季降温、冬季采暖），进入 20 世纪 90 年代以来在我国得到了长足的发展，特别是空气源热泵冷热水机组平均每年以 20%的速度增长，成为我国空调行业又一个引人注目的快速增长点。 所谓热泵，就是靠电能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。也就是说，热泵可以把不能直接利用的低品位热能 (空气、土壤、井水、河水、太阳能、工业废水等 )转换为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能 (煤、石油、燃气、电能等 )的目的。类似于人们把水自低水头压送至高水头的机械称为“水 泵”，把气体自低压区送至高压区的机械称为“气泵”（在我国习称气体压缩机），因而把这种输送热能的机械称为“热泵”。因此，在矿物能源逐渐短缺、环境问题日益严重的当今世界，利用低位能的热泵技术已引起人们的关注和重视。 空气源热泵的历史以压缩式最悠久。它可追溯到 18 世纪初叶，可以说 1824 年卡诺循环的发表即奠定了热泵研究的基础。热泵的发展受制于能源价格与技术条件，所以其历史较为曲折，有高潮有低潮，但热泵发展的前景肯定是光明的。当前热泵研究的方向是向高温高效发展，即开发高温热泵并最大限度提高 性能系数 值，同时积极发展吸收和化学热泵等。空气源热泵热水机组的制造、推广和使用在我国只是最近 10 年的事，但由于其相对传统制取热水设备的高效节能、环保、安全、智能化控制、不占用永久性建筑空间等优点而引起了市场日益广泛的关注。 热泵热水机组以清洁再生原料（空气电）为能源，既不使用也不产生对人体有害的气体，同时也减少了温室效应和大气污染。目前，在我国电力资源短缺 2 的前提下，采用热泵热水机组制取热水，既能以最小的电力投入获得最大的供热效益。将热泵热水机组放在 建筑物的顶层或室外平台即可工作，省却了专用锅炉房。在设备结构上真正实现了水、电分离，确保了用户的安全。 3 第 2 章 空调设计方案的确定 综合楼分为五层，一层为大厅，二层为办公室，三、四层是客房，五层是大厅。 调系统形式 气源热泵空调系统： 热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。通俗的说，热量总是从高温传向低温。热泵可以把热量从低温热源传递到高温热源，所以热泵实质上是一种热量提升装置。热泵的作用就是从周围环境中吸取热量（这些被吸取的热量可以是地热、太阳能、空气的能 量），并把它传递给被加热的对象（温度较高的媒质） 热泵热水装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。 热泵热水机组工作时，蒸发器吸收环境热能，压缩机吸入常温低压介质气体，经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器，高温高压的气体在冷凝器中释放热量来制取热水，并冷凝成低温高压的液体。后经膨胀阀节流变成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发，低温低压液体在蒸发器中从外界环境吸 收热量后蒸发，变成低温低压的气体。蒸发产生的气体再次被吸入压缩机，开始又一轮同样的工作过程。这样的循环过程连续不断，周而复始，从而达到不断制热的目的。 热泵原理示意图如下： 图 1： 空气源热泵工作原理 热泵热水机组是利用热泵技术原理，在热泵系统的工作循环中，将免费能源 4 空气热能搬运到水中，从而达到加热冷水生产热水的目的的一种高效、环保、节能型热泵产品。它的最高热效率可达 590%，年平均热效率可达 360%。 在制取低温（ 60 摄氏度以下 ）的热能方面，以消耗电能或燃料的化学能这种传统方式已经开始逐步让位给热泵制热方式，因为在这一领域，热泵系统的制热效率可以轻易的超出传统方式数倍以上；因此，制 60热水费用小于太阳能辅助电加热系统；比电热锅炉节电 80%；比燃油锅炉节省耗能费用 50%；制热水量可以根据需求自动调节。适应温度范围在 50 的地区。 热泵热水机组适用于宾馆酒店、饭店、度假村、泳池、桑拿浴场、公寓、工厂、大专院校、医院、疗养院等需要热水的单位使用，尤其在燃油越来越紧张的今天，更体现了热泵的优越性。 气源热泵空调优点： （ 1）超大水量：水箱容量根据具体要求量身订做，水量充足，可满足不同客户不同时段需求。 （ 2）、经济节省：从空气中获取大量的能源，能效比高达 300% 400%。 （ 3）、适用范围广：不受气候影响，在环境温度为 43 下均能正常工作。 （ 4）、安全环保：结构上水电完全分离，且无任何有害有毒气体排放或燃烧，不受台风等自然灾害的影响，绝对安全。 调末端形式 该综合楼分别为大厅、客房和办公室，所以需要保证室内的卫生要求，维持室 内正压，又需要通过新风换气，防止客房产生一些不良气味，所以应该选用风机盘管 +新风系统。风机盘管直接设置在空调房间内，对室内回风进行处理 机盘管 +新风系统的优点： (1)布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用 ,也可以单独使用。 (2)各空调房间互不干扰，可以独立地调节室温 ,并可以随时根据需要开、停机组，节省运行费用，灵活性好，节能量大。 (3)与集中式空调相比，不需要回风管道，节省建筑房间。 (4)机组部件多为装配式，定型化，规格化程度高，便于用户选择和安 装。 (5)各房间之间不会互相污染。 5 第 3 章 空调负荷计算 本气象参数及空调设计参数 本设计参数 1）地理位置 :合肥市 （北纬 :经 : 2）夏季大气压 : 3) 夏季室外计算干球温度 : 夏季空调日平均 : 夏季计算日较差 : 4) 夏季室外湿球温度 : 5) 夏季室外平均风速 :m/s 调设计参数 1) 室内空调设计温度：夏季： 24 ；冬季： 18 。 2) 室内空调设计温湿度：不作要求。 负荷的构成及其计算原理 以 505为典型房间计算，该房间为舞蹈培训室。可容纳人数为 120 人。 护结构瞬变传热形成冷负荷的计算 1） 外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算： W （ 3 式中： 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷 ,W； F 外墙和屋面的面积， 培训室 620 K 外墙和屋面的传热系数，屋面 面 计算时间， h； 维护结构表面受到周期为 24小时谐性温度波作用，温度波传到内表面的时间延迟， 5h； - 温度波的作用时间，即温度波作用于维护结构内表面的时间， h； t 作用时刻下，维护结构的冷负荷计算温差，； 表 3面冷负荷 6 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 41 41 42 42 43 44 44 44 42 42 2 21 20 21 22 23 23 23 23 22 22 K F 620 203 7812 8203 8593 8984 8984 8984 8984 8593 8593 表 3外墙冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 34 34 35 35 35 35 35 35 36 36 4 10 10 11 11 11 11 11 11 12 12 K 79 82 482 530 530 530 530 530 530 578 578 表 3外墙冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 35 36 37 38 38 39 39 39 39 38 4 11 12 13 14 14 15 15 15 15 14 K 28 88 205 222 239 239 256 256 256 256 239 户传热形成的冷负荷 7 1） 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷 在室内外温差的作用下 , 玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算 ： )(w3 W （ 3 式中 ： 窗口面积 ， m； 玻璃的传热系数， ( mk) ； ) 玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，； 室内空调设计温度 24 ； 表 外窗瞬时传热冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 ) 4.5 4 K W 40 30 1054 1054 1178 1302 1302 1302 1426 1302 1302 表 外窗瞬时传热冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 ) 4.5 4 K W 10 33 264 264 295 326 326 326 357 326 326 2） 透过玻 璃窗的日射得热引起的冷负荷 透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算 ： 8 4Q = W （ 3 式中： 玻璃窗的面积 ； 其中， 玻璃窗的遮阳系数，本设计中 窗内遮阳设施的遮阳系数，本设计中 窗的有效面积系数；本设计中 日射得热因数的最大值， 南外窗 302W/北外窗 114W/ 西外窗 599W/ 窗玻璃冷负荷系数，无因次； 表 3外窗透入日射冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 a s i j,02 0 W 1831 2337 2688 3000 3389 3272 2883 2571 2104 1480 表 3外窗透入日射冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 s i j,99 0 W 309 367 406 425 444 715 1159 1449 1623 1487 备散热形成的冷负荷 设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算： 9 1t W （ 3 式中：1n 同时使用系数，可取 灯具的安装功率， W，可用设备功率密度 15 2/标推算， T 从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间 ， h； T 时间设备、器具 散热 的 冷负荷系数 ； 表 3备散热形成的冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 9300 ) W 5729 6398 6622 6770 6845 6919 6994 7068 7142 7142 明散热形成的冷负荷 根据照明灯具的类型和安装方式，其冷负荷计算式为： 荧光灯 ： 215 1000W (3式中： 5Q 灯具散热形成的冷负荷， W； N 照明灯具所需功率 W； 可用设备功率 密度 15W/ 1n 镇流器消耗功率系数， 本设计 取 n 灯罩隔热系数， 照明散热冷负荷系数。 表 3明散热形成的冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 10 .2 9300 5357 7767 8035 8124 8124 8303 8303 8392 8392 8482 体散热形成的冷负荷 人体显热散热引起的冷负荷计算式为： s )(W (3式中： )( 人体显热散热形成的冷负荷， W; 不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量， 培训室 45W; n 室内全部人数， n=120； 群集系数， = 人体显热散热冷负荷系数； 人体潜热散热引起的冷负荷计算式为： QC= 式中： 人体潜热散热形成的冷负荷， W; 不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量， 培训室 q=262W; 表 体散热形成的冷负荷 时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 45 n 120 5 8208 9601 10685 11460 11924 12389 12853 13163 13473 13783 62 27982 合计 36189 37583 38667 39441 39906 40370 40835 41145 41454 41764 培训室 505 表 3各分项逐时冷负荷汇总表 11 时间 /项目 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 屋顶冷负荷 8203 7812 8203 8593 8593 8984 8984 8984 8984 8953 南外墙冷负荷 482 482 530 530 530 530 530 530 530 530 西外墙冷负荷 188 205 222 239 239 256 256 256 256 239 南外窗瞬时传热冷负荷 930 1054 1054 1178 1302 1302 1302 1426 1302 1302 南外窗透入日射冷负荷 1831 2337 2688 3000 3389 3272 2883 2571 2104 1