智能建筑空调系统设计方案——毕业设计.doc

一、毕业设计（论文）的内容提出模拟建筑环境，根据模拟环境针对智能建筑空调系统作出设计方案。按楼宇智能化系统的概念，考虑满足楼宇智能化系统的要求。二、毕业设计（论文）的要求与数据1、确定设计目标2、收集各种相关资料3、提出方案并说明方案可行性4、确定参数5、必要的设备选型6、设备安装平面布置7、列出设备明细表8、提供设论文，包括必要的计算、图表、框图、原理图等。三、毕业设计（论文）应完成的工作1、阅读大量相关文献资料，包含英文文献。2、进行空调的负荷计算。3、设计水系统及风系统。四、毕业设计（论文）进程安排序号设即（论文）各阶段内容起止内容1收集参考文献并大量阅读资料3月7日-3月20日2查找英文文章并翻译3月21日-4月3日3撰写开题报告4月4日-4月10日4进行项目需求分析，确定参数4月11日-4月25日5进行空调负荷计算及系统选型4月26日-5月8日6进行空调系统智能控制分析5月9日-5月15日7进行系统集散控制设计5月16日-5月22日8撰写毕业论文并确定初稿5月23日-6月5日9根据老师的提议修改论文6月6日-6月12日10仔细校对论文格式及参加毕业答辩6月13日-6月20日五、应收集的资料及主要参考文献1 吴学.浅论中央空调系统节能M.广东:建筑热能通风空调.2002.62-632 于景晖.当今空调的发展趋势M.天津:中国科技信息.2005.863 刘军，张婷.空调系统节能与网络中央空调 2008 32-364 刘悦，张云辉.热泵原理及其国内外发展M.河南：科技信息.2008.285 马最良.水环热泵空调系统设计M.北京:化学工业出版社.2004.26 于志海.如何正确选用封闭式冷却塔M.暖通空调.1998.40-42发出任务书日期：2008 年2 月 25 日 指导教师签名：预计完成日期： 2008年 6 月 20 日 专业负责人签章：主管院长签章：摘 要随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对工作和生活环境提出了更高的要求。中央空调是现代社会所必需的可显著改善人们生活环境，提高生活质量的以人为本的人性化设备。许多商场、宾馆、写字楼、民用住宅都设有空调系统。中央空调系统是一种集中处理空调负荷的空调系统形式，它由集中的制冷机组产生冷/热量，并利用适当的介质把冷/热量输送到需要消除冷/热负荷的空间，从而实现空气调节的目的。而随着技术的发展，各种各样的高含量的空调系统陆续登场，例如冰蓄冷空调系统，燃气空调，VAV空调系统，地源热泵系统。在工程中，我们主要研究的是水环热泵系统。先对热泵的一些评论，再结合实际的情况，设置水环热泵系统，由建筑的冷热负荷，本地的气象各种缘由对系统设备的选型，再对系统进行自动控制，尤其考虑节能效果。在节能，我们将利用变频技术，对压缩机，冷却塔，风机进行调整控制。而随着单片机，PLC等智能化技术的日益完善，现代网络的飞速发展，为智能控制中央系统提供了基础。本工程将利用PLC和网络对系统进行远端而又实时的控制。关键词：水环热泵系统，节能，灵活控制AbstractWith the development of our ecomony and the improvement of our living standard,and we need the further demand of the work and living evironment.however,air conditioner is necessary to improve our living evironment in this modern society.and is fit at many markets,hotels,writing building,and civilian residential.central air condition system is a centralized processing form of handing air conditions load.it use the refrigeration unit to generate cooling and heat,and transfer the cooling and heat to eliminate the house cooling or heat load by the porper amboceptor,in order to handle the air condition. And as the development of technology,all kinds of the high quality air condition system put into the practice step by step.Such as ice hold-over AC,Gas AC,VAV AC,ground source heat pump system.This paper,we mainly discusses the water loop heat pump AC(WLHP).We will give some comment on the heat pump firstly,and then choose the device for the WLHP accordding to practical situation. As the building cooling heat load,local weather and the other cause lead to the system divice.lastly,we will control the system automaticly,especially taking the saving-energy into consideration.On saving-energy,we will use converter technique,which adjustable control compressor,cooling tower,blower.As the Mono-chip computer,PLC elligent technology expanding optimize,modern nerwork rapidly development,are all basic on the intelligent AC system.This paper will use the PLC and the network to provide the remote and real-time control.keywords： WHLP , saving-erengy , flexible control IV目 录1 绪 论11.1 中央空调的现状及其发展11.2 空调系统的智能化21.3 中央空调热泵的应用现状和发展32 空调的原理及设备62.1 空调系统的分类62.2 热泵空调系统原理62.3 水环热泵空调系统93方案设计133.1 项目需求分析133.2 设计依据133.2.1 遵循的规范及要求133.2.2 设计气象参数133.2.3 空调负荷计算143.2.4 水源热泵机组的选型183.2.5 空调水系统辅助设备选型计算193.2.6 空调管道系统设计213.2.7 空调风系统设计233.2.8 冷却水处理243.2.9 消声与隔振设计243.2.10 风管及水管绝热设计244 系统自动控制264.1 系统概况及功能要求264.2 系统的控制规律264.3 集散控制系统284.3.1 集散控制系统组成284.3.2 集散控制系统监控的对象284.3.3 集散控制系统的硬件组成284.3.4 系统拓扑结构图284.3.5 集散控制系统功能304.3.6 控制系统结构324.4 水泵及冷却塔的变频控制344.4.1 节能原理344.4.2 变频控制原理35结束语37参考文献38致 谢391 绪 论1.1 中央空调的现状及其发展在各类建筑物中，大量采用先进设备和相应配套设备而成的中央空调系统已成为现代化建筑技术的重要标志之一，是现代建筑创造舒适高效的工作和生活环境所不可缺少的重要基础设施。对这些设备的设计、安装和运行管理不仅直接关系到业主和用户的根本利益，而且也关系到对部环境的保护。例如，在智能建筑中，集中空调系统的监控点数量常常占全楼监控点总数的50以上，其能耗常常占全楼总能耗量的50以上1。由此可见，中央空调系统在现代建筑中是极其重要的.尤其在现代智能建筑中，中央空调系统是不可少的组成部分。国内中央空调的研究以多年的历史，可以说是技术成熟，管理完善的行业，例如美的，海尔之类的。可以和国际知名品牌一绝高下。而在中国加入WTO，竞争更是激烈非常。而国内中央空调在优胜劣汰大压力的冲击和激励下，也逐渐积累经验，前进一大步。随着生活水平的提高,以及空调技术的发展.空调市场将会越来越大。市场需求是决定空调发展的主要动力，根据目前的市场需求来看，在空调技术方面有两大主流方向：一为变频技术，一为健康技术2。所谓的“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。众所周知，我国的电网电压为220 伏、50 赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机转速基本不变，依靠不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开一关之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。而与之相比的“变频空调”变频器改变压缩机供电频率，调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度得到较大提高。运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果。而健康技术，就是无污染，节能产品。不断提升建筑空调能效水平是全球性的大趋势。未来技术的发展，必然受到能源，环境的制约，所以能源的充分利用，节能环保自然是今后发展的趋势。本工程的水环热泵空调系统就是小型化的中央空调，也是一种健康品牌，可以实现无污染效果3。1.2 空调系统的智能化中央空调的急速发展，技术的日益成熟。单片机、plc技术等电子方面的技术也飞速向前。但如何将它们有机的结合，目前中央空调的智能化还远远追不上时代的步伐。如何通过变频器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、可编程控制器(PLC)控制单元，控制调整压缩机、冷却水、冷冻水、风机等机组拖动单元的工作状态,在精确地进行温度控制的同时,延长空调系统寿命,并大幅度地节约电。而在网络方面，更是势不可挡。随着信息高速公路因特网的发展，使信息资源共享，使人们的的生活,工作，生产方式发生深刻的变化。信息化的中央空调系统将具备更完美的通讯功能，使人们能够远端实时的监督和控制。人们为了更好的维护和操作空调系统，更是开发了很多界面友好的操作软件。随着技术的高度发展，也推出一种网络空调，就是它是在已有空调的基础上增加了通讯单元及控制计算机，与原空调的控制系统相结合，并通过空调原控制板上的微处理器来控制空调的运行状态，控制计算机还可以通过调制解调器与远程计算机相连，实现对空调运行状态的远程控制及状态查询和故障反馈。网络中央空调具有优越的性价比, 它不仅造价低, 还可以通过网络中央空调的能量管理系统最大限度地减少能量消耗, 降低运行管理成本, 提升空调系统运行管理水平4。例如海尔生产的一种网络空调，功能比较多：远程控制：通过因特网、手机短信和移动/固定电话等网络，主人可以在任何时间、任何地点远程操作家里的空调；无线通讯：主人所发送的控制信号通过家庭网关无线通讯至空调，无须布线，不影响房间美观；操作简单：无须下载任何管理软件；自动反馈：空调的运行状况、机身故障等信息可通过因特网、email、手机短信和电话等网络即时通知用户或售后厂商；智能享受：主人在快到家时预先打开家里的空调，长期不在家时也可以打开空调进行除湿等操作，即节能环保又能够最大限度的享受舒适的生活；智能化空气调节：如果配上相应的网络空气质量传感器，当家庭中某项指标超标时，空调会自动启动相应的功能进行调节。以网络来做远端监控中央空调，已经是一种趋势。而基于Internet的网络空调远程监控系统，系统用RJ45接口连接Ethernet网络,用RS-485接口连接现场空调,嵌入TCP/IP协议,实现数据网络传输和空调远程控制5 。更是以后发展的一种必要。在信息网络如此完善的地步，如何把信息网络应用在中央空调系统，在未来也是一种不能估计的潜能。1.3 中央空调热泵的应用现状和发展世界各国的能源消耗中,以热能消耗量为最大。在一次能源变成热能再转换成各种形式能量的过程中,约有58. 5 %的能量是以排气、蒸汽、热水(低温) 等排热形式而损失的。而这些排热损失中,低于100 的热能占很大比重6。空调的核心能源消耗设备热泵，其技术的开发为利用低温热能提供了有力的手段,而且满足了节约能源和保护生态环境的要求。它是一种在外界能量的协助下,把热能从低温物体转移到高温物体的设备。热泵的分类有多种,按原理来分有:压缩式热泵、吸收式热泵、化学热泵、吸附式热泵;按热源来分有:空气热泵、水源热泵、地(土) 源热泵、太阳能热泵、建筑余热热泵、工业余热热泵等;按应用形式来分有:住宅式热泵、商业建筑热泵、工业热泵等。热泵技术的发展经历了一个多世纪。1824年卡诺首先提出热力学循环理论之后,1852 年开尔文具体提出了热泵的设计思想,当时由于条件所限并没有立即得以实现。直到1917 年德国卡赛伊索达制造厂首次把热泵应用于工业生产上。到了20世纪50 年代,科学技术进步很快,电能成本降低,而燃料价格不断上涨,又由于精密工业和公共建筑大量要求进行空气调节。于是国外又积极开展热泵研究工作,并有了较大的发展,这段时间主要发展的是蒸气压缩式热泵,目前已在空调方面获得广泛应用,产品已成系列化7。我国热泵技术起步较迟。20 世纪50 年代,我国对热泵的研究尚处于起步阶段。那时虽然有一些科研机构(如天津大学) 开始了热泵的研究,但一直发展缓慢。到了20 世纪80 年代初,随着经济发展和人们生活水平的提高,能源问题变得突出,为了节约能源和有效利用能源,国内部分高校、研究所掀起了对热泵研究的热潮。1989 年中国科学院广州能源研究所举行的“热泵在我国的应用发展专家研讨会”肯定了热泵在我国应用发展的可能性和重要性,从而进一步将热泵研究推向高潮。但研究的种类多限于压缩式热泵,而且只有有限的几种应用形式干燥去湿热泵、蒸发蒸馏热泵、热水型热泵。近年来,以热源为动力的吸收式热泵、化学热泵、吸附式热泵才有了一定的发展。一些科研院所已经开始着眼于新型热泵技术的研究,如太阳能热泵的研究、地源热泵、吸收压缩复合式热泵等。近几年来，我国热泵发展很快，主要表现在如下几个方面8：1、据统计，1996年我国空调设备（指电动冷热水机组、吸收式冷热水机组、房间空调器以及单元空调机组，但不包括进口机组）的总制冷能力约为2000万kW，其中热泵型机组的制冷能力约占60%。在全部热泵型机组中，电驱动热泵容量约为1070kW，占90%；吸收式热泵容量约为130万kW,占10%。2、近几年来，我国的吸收式制冷装置发展迅速。据统计，1996年销售的溴化锂吸收式制冷机约3000多台，其中直燃机1115台。3、热泵在工业中的应用已见端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造纸、印刷、石油和化工等工业生产过程已采用了蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵和电驱动热泵。例如，目前大约有400台热泵式木材干燥机正在运行，年处理能力约为200千立方米。我国热泵利用的展望，面向未来,热泵及其应用系统会被越来越广泛地采用。究其原因可认为有以下几点:1、由于燃烧常规能源(石油、煤、天燃气等)而产生的烟灰、氧化物等有害物质对环境的污染已成为严重的问题,必须着手限制。2、能源价格的上涨与常规能源数量的减少,要求人们必须节能。热泵所具有的用能效率高,运行的自动化和安全性,将会更多地满足人们的节能要求。3、热泵具有利用以前不能利用的自然能源和排热能源这一优点。所有这些因素决定了今后热泵技术发展总趋势是发展高效率的供热、供冷热泵和超级热泵系统。具体就机械压缩式热泵来说,主要包括制冷剂侧的热泵控制、压缩机能量消耗控制、压缩机的工艺设计以及新工质技术。吸收式热泵可利用工业余热作为热源,几乎不消耗高品位的电能,应该进一步大力发展。但吸收式热泵效率较低、系统复杂、体积庞大限制了在民用及商用空调上推广。吸收式热泵与压缩式热泵结合起来是一种新型高效节能技术,该循环将热驱动与机械驱动有机结合在一起,利用热驱动原理回收压缩过程的耗散热,降低了循环中最主要的耗能过程能量损失,同时实现了与变温冷热源相匹配的劳伦兹焦耳循环,从而显著提高了效率,因而它应该是一个大发展方向。热泵系统只有在工农业生产中获得广泛应用,才能真正发挥热泵的优势。工业生产中,常需要高温热水或高温蒸汽,所以今后发展高温热泵也是一大趋势。从长远的观点来说,热泵的热源应采用可再生能源。太阳能是取之不尽的,用它作为人类所需能源供给可以部分解决能源危机。目前就太阳能热泵应用情况来说效率并不高,特别是小型太阳能热泵系统,效率更低。我国农村人口占全国人口比重大,居住比较分散,为满足农民不断提高的生活水平,有必要发展适合农村家庭,用于供热、洗澡等用途的小型家用热水型热泵,最好是利用太阳能和空气作为热泵热源。因而将来太阳能热泵的发展应该进一步寻求热泵系统与太阳能系统的更好结合,而且应该大力发展面向农村的小型热水型热泵。当然,随着城市化进程的推进,为充分回收工业生产和城市居民生活中的低温余热资源,可以学习一些工业发达国家,考虑把热管技术等纳入总体的供能系统工程中,从而形成“热电站热泵站热管网”的综合系统,整个系统通过计算机控制。该系统不但能发电、集中供热、集中空调,而且可利用各种余热,经转换后向工业、农业、商业、居民等提供不同温度的热源,有可能替代或部分替代大量使用的热水锅炉、低压蒸汽锅炉以及其它低温供热装置,同时可大大降低城市大气污染程度。2 空调的原理及设备2.1 空调系统的分类1、空气处理设备的设置情况集中空调系统：即空气处理设备（包括风机，冷却器，加湿器，过滤器等）设在一个集中的空调机房内。局部式空调：每个房间的空气处理分别由各自的空调机承担的空调。空调机可直接装在房间或邻室里，就地处理空气。适用于空调面积小、房间分散、热湿负荷差别大的场合，空调机的制冷和加热装置可以是分散在各室并与空调机结合在一起的独立式空调机组，也可以是集中供给栽冷（热）剂的冷水（而水）机组与分散在各室的风机盘管式空调机的组合系统。 半集中式空调：有中央空调机和有各室处理空气的末端装置组合成的空调系统。这种系统比较复杂，可达到较高的调节精度。2、空调系统按负担室内热温负荷所用介质可分为全空气系统、空气-水系统、全水系统和制冷剂直接蒸发系统。3、按节能分类：蓄能空调系统，辐射供冷暖空调系统和热泵空调系统。2.2 热泵空调系统原理热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向局位热源的节能装置，顾名思义：热泵也就是像泵一样，可以把个能直接利用的低位热能(如空气、土坡、水中所含的热能、太阳能、工业废热等)转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能(如煤、燃气、油、电能等)的目的。热泵的低位热源一般可分为两类：一是自然能源，即自然界存在的温度较低的能源，如空气、井水、河川水、海水、土壤、太阳能等；二是生活和生产的排热热源，如生活排水和排气及生产废热、建筑内余热等。图2.1给出简单的热泵空调的典型图尔(冬季热系工况)9。它由压缩机、四通换向阀、制冷剂水换热器、制冷剂空气换热器、节流机构等构成，称为空气源热泵冷热水机组，用它作为空调系统的冷热源。夏季按制冷工况运行，即制冷冲剂/水换热器作为蒸发器，制冷剂空气换热器作为冷凝器，向用户提供7的冷冻水，作为空调的冷源。冬季按热泵工况远行，即制冷剂水换热器作为冷凝器，制冷冲剂空气换热器作为蒸发器，向用户提供55的热水，作为空调的热源。这种由空气源热泵冷热水机组、管网循环水泵、管网、空调用户系统、定压装置、补水装置等组成。1压缩机；2电动机；3制冷剂/水换热器；4节流机构；5制冷剂/空气换热器；6管网循环水泵；7管网；8空调用户系统；9放气装置；10四通换向阀；11定向装置；12补水箱；13补水泵图2.1 简单的热泵空调的典型图示热泵系统的分类：按热泵空调系统低阻端与高阻端所使用的载热介质分类：空气/空气热泵，VRV热泵系统 空气/水热泵 空气源热泵冷热水机组水/水热泵 江河/井水环（a）、污水环（b）、大地耦合热泵（c） 水/空气热泵 水环热泵空调系统2.3 水环热泵空调系统 水环热泵空调系统(Water Loop Heat Pump)是水源热泵空调系统的一种特殊的应用方式，即双管封闭式循环水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特征的热泵供暖、供冷的空调系统。该系统20世纪在美国加利福尼亚州出现并很快发展应用,70年代进入日本，我国80年代开始有工程应用，在90年代以后发展起来10。系统的组成：水环热泵空调系统由四部分组成：室内水源热泵机组(水/空气热泵机组);水循环环路；辅助设备(冷却塔、加热设备、蓄热装置等)；新风与排风系统。水环热泵的工作原理：水环热泵空调系统是指用水环路将水/空气热泵联成一个封闭的水环路。以建筑物内部余热为低位热源的热泵系统，在制热时，以水为加热源，在制冷时以水为排热源。机组供冷运行时，水侧热交换器作为冷凝器用，风侧热交换器作蒸发器用;机组供热运行时，一者作用恰好相反，若空调房间达到设定温度时，热泵中的压缩机就停止工作，机组既不供冷也不供热。当水源热泵空调机组制冷运行的放热量大于制热运行的吸热量时，环路中水的温度上升，当超过一定值时，通过冷却塔将热量放出，反之则环路中水的温度将下降，当其低于一定值时，通常使用加热装置对循环水进行加热。只有当水源热泵空调机组制冷运行的放热量和制热运行的吸热量基木相同时，环路中的水温才能维持在一定范围，此时，既不开启冷却塔，也不启动加热装置，系统高效运行。而只有当建筑物内有大量余热且外区需要热量时，通过水环热泵空调系统将建筑物内的余热量转移到需要热量的区域，才能够收到良好的节能效果。 水环热泵的运行特点:根据空调场所的需要，水环热泵可能按供热工况运行，也可能按供冷工况运行。夏季，各热泵机组都处于制冷工况，向环路中释放热量，冷却塔全部运行，将冷凝热量释放到大气中，使水温降到35度以下。当大部分热泵机组制冷使循环水温上升并达到32度时，部分循环水流经冷却塔。在过渡季节，当周边区的热负荷与内区的冷负荷比例适当时，排入水环路的热量与从环路中提取的热量相当，水温维持在1315度范围内，冷却塔和辅助加热装置停止运行。当大部分机组制热使循环水温度下降并达到13度时，投入部分辅助加热器。在冬季可能所有的水源热泵机组都处于制热工况，从环路循环水中吸取热量，这时全部的辅助加热器全部投入运行，使循环水水温不低于13度。1、具有回收建筑内余热的功能，降低能耗，减少环境污染。2、具有灵活性，可同时实现不同用户的要求，分户计量，根据需要分期安装，节省一次投资，节约建筑空间，运营管理费用低。3、设计方案简单，安装方便，工程期较短。4、.水环路是双管系统，但同四管制风机盘管系统一样可同时供冷供热。5、小型的水/空气热泵机组的性能系数低于大型的冷水机组。一般小型的水/空气热泵机组制冷能效比EER在2.764.16之间，供热性能系数CO P值在3.3-5.0之间。而螺杆式冷水机组制冷系数一般为4.88-5.25，有的可高达5.45-5.74。离心式冷水机组一般为5.00-5.88，有的可高达6.67。6、.水环热泵的运行噪声较高。采用旋转式压缩机的水空气热泵机组一般在4042dB (A ) ,全封闭活塞式压缩机的水空气热泵机组一般在4547dB (A )，若采用分体式水空气热泵机组并采用有效的消声减震技术措施时其噪声可控制在35dB (A)以内。水环热泵空调系统在夏热冬暖地区的可行性：在夏热冬暖地区，空调季节一般为夏季，空调区域只需供冷不需供热，因此在水环热泵系统中不需设置加热设备，如图2.2。在夏热冬暖地区，水源热泵空调机组均为制冷运行，机组往冷却水中排放热量，冷却水中的热量再通过冷却塔排入大气，不能充分利用系统的热回收特性，与集中制冷空调系统相比，水环热泵空调系统也可能更耗能。1密闭式冷却塔；2水源热泵机组；3冷却水循环水泵；4膨胀水箱。图2.2但近年来，在夏热冬暖地区，水环热泵空调系统开始得到应用，并显示了强有力的生命力。故水环热泵空调系统与一般的空调系统相比是否节能是人们一直关注的焦点问题之一。 基于白贵平,冀兆良,苏宇贵的水环热泵在夏热冬暖地区应用的节能性分析研究12：1、一般来说，水环热泵机组较传统中央空调系统节能。当采用高效水环热泵机组(机组额定EER为4.79)时，对于夏热冬暖地区，水环热泵空调系统与传统的中央空调系统(机组额定EER为5.28相比，年平均能耗系数AECT偏低，说明水环热泵空调系统与传统中央空调系统相比，节能效果显著，节能率在17%以上。2、水环热泵应用于不同类型建筑时节能率不同。对于宾馆，负荷波动比较大，使用水环热泵空调系统，节能效果最为显著，节能率为26.20%；对于办公楼，建筑物空调负荷大都集中在40%80%之间，传统中央空调系统在此负荷率段系统能效比较高，使用水环热泵空调系统节能效果没有宾馆那样显著。对于住宅楼，节能效果居于前二者之间。3、低效率的水环热泵机组不如传统的中央空调系统节能。当水环热泵机组的额定能效比EER低于3.5时，其年平均能耗系数AECV较传统中央空调系统偏高，说明此种情况下，使用水环热泵空调系统不如传统的中央空调系统节能。如果水环热泵空调机组的能效比EER能达到5.0，则与传统中央空调系统相比，水环热泵机组节能率高达29.3。4、以上分析没有考虑大面积建筑物内外区需要同时供冷与供热的情况，如果考虑此种情况，水环热泵的节能效果会更显著;针对用开式冷却塔加板式换热器为排热设备的水环热泵系统，对于地源水环热泵空调系统，系统效率会进一步提高;此外，国内部分工程曾经尝试直接用开式冷却塔(不加板式换热器)来排热，水环热泵空调系统运行达5年以上，运行正常，如果此技术能得以推广，水环热泵的节能效果会更加显著。3方案设计3.1 项目需求分析本办公楼位于广州市花都区，共三层，总建筑面积为4794m2，空调面积为3491m2，设计冷负荷为675kw。本建筑物要求提供夏季供冷的舒适性空调，其主要作为办公楼。考虑节约办公用地，该楼不设置主机房，在运行控制方面则要求管理方便，独立运行，单独控制等。对比风冷设备的能效比较低的情况下，在运行节能方面的优势，综上所述，采用水环热泵中央空调系统，该系统得确定建筑物地理信息，计算冷负荷，建筑物围护结构信息等等。办公楼跟人群多的公共场所不一样，它有很多的独立办公室，相对而言独立性比较强，所以该系统采用集散控制，可以集中控制也可以单独控制。3.2 设计依据3.2.1 遵循的规范及要求1、采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）2、公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）3、民用建筑暖通空调设计技术措施（第二版）4、建筑设计防火规范（GB500162001）5、建设单位的要求和各专业的设计图纸3.2.2设计气象参数1、室外设计计算参数夏季空调室外设计干球温度t = 32.7C夏季空调室外计算湿球温度t =27.2C室外计算相对湿度=85% 大气压力 夏季P =100.26kPa2、室内设计计算参数影响房间类型人员密度（人/ m2）夏季空调室内设计温度c新风标准（m3/h人）干球温度/相对湿度/%办公室0.12526530会议室0.3525265253.2.3空调负荷计算一、外载围护结构冷负荷1、外墙瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙瞬变传热引起的逐时冷负荷计算LQ=F*K*(tl-td-tn) 式中F-外墙的计算面积，m3; K-外墙的传热系数，W/(m2*) tn-室内计算温度，；tl-外墙的冷负荷温度逐时值，查空调制冷课程设计表3td-外墙冷负荷计算温度地点修正值，查空气调节 附录.计算结果：见计算表2、外玻璃瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷计算LQ=k*F*K*(tl-td-tn)式中 F-外墙的计算面积，m3;k-外窗玻璃传热系数修正值，查空调制冷课程设计表3-4K-玻璃窗的传热系数，W/(m2*) tn-室内计算温度，；tl-玻璃窗的冷负荷温度逐时值，查空调制冷课程设计表3-6;td-外窗冷负荷计算温度地点修正值，查空调制冷课程设计表3-7.计算结果：见计算表3、透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷LQ=Ca*Cs*Cn*F*Djmax*ClQ式中 Ca-窗有效面积系数， W; F-外窗的计算面积，m3;Cs-窗玻璃遮挡系数，查空调制冷课程设计表3-9；Cn-窗内遮阳系数，查空调制冷课程设计表3-10；Djmax-日射得热因数最大值，W,查空调制冷课程设计表3-11；Clq-窗外冷负荷系数，查空调制冷课程设计表3-12。 计算结果：见计算表二、室内热源散热形成的冷负荷1、设备和用具显热散热形成的冷负荷计算：LQ=Q*CLQ W式中Q-设备和用具的实际显热散热量，W;Clq-设备和用具显热散热冷负荷系数，机组不连续运行是取1.0.2、照明散热形成的冷负荷照明散热形成的冷负荷白芷灯 LQ=1000*N*CLQ W荧光灯 LQ=1000*n*n*CLQ W式中 N-照明灯具所需功率，W; n-镇流器消耗功率系数 n-灯罩隔热系数；3、人体散热形成的冷负荷显热 LQs=q*n*CLQ* W式中 q-不同室温和劳动性质成年男子显热散热量， W; n-室内全部人数；-群集系数，查空调制冷课程设计表3-14； 潜热 LQs=q*n* Wq-不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量， W; n-室内全部人数；-群集系数，查空调制冷课程设计表3-14； 计算结果：见计算表4、.新风负荷：因室外空气渗入形成的显热负荷、全热负荷及湿量可按下式分别计算：CLx.sh=0.279GCp（tw-tn）CLq.sh=0.279GCp（Iw-In）Wsh=0.001GCp（dw-dn）式中 CLx.sh-渗入空气形成的显热负荷（w）；CLq.sh-渗入空气形成的全热负荷（w）；Wsh -渗入空气的湿量（w）； G-渗入空气的质量（kg/h）；G -渗入空气中干空气的质量（kg/h），一般近似取G；Tn、tw室内外空气的温度 ，In、Iw室内外空气的焓，kj/kg干空气Dn、dw室内外空气含湿量，g/kg干空气Cp干空气的定压质量比热，一般可取1.0056kj/（kg） 计算结果：见计算表考虑不同朝向的围护结构的冷负荷不一致，此次计算选择北朝向办公室北面墙房间-北外墙冷负荷_内隔墙冷负荷_逐时值tc()30.7逐时值tc()30.1修正值td1.7 修正值td1室内温度tn25室内温度tn25传热系数K(W/m2K)1.94传热系数K(W/m2K)2.328面积（m2）21.12面积（m2）35.2逐时冷负荷Qc ()（W）303.2逐时冷负荷Qc ()（W）499.9北外窗瞬变冷负荷_照明冷负荷_逐时值tc()32.2照明冷负荷系数CLQ0.85修正值td1照明散热量qs4900.0室内温度tn25逐时冷负荷Qc ()（W）4165.0传热系数K(W/m2K)4.455设备冷负荷（计算机、复印机等）_面积（m2）14.08设备冷负荷系数CLQ0.87逐时冷负荷Qc ()（W）514.4设备散热量qs2940.0北外窗日射冷负荷_逐时冷负荷Qc ()（W）2557.8冷负荷系数CLQ0.78人体显热冷负荷_有效面积系数Ca0.85人体显热冷负荷系数0.85遮档系数Cs1显热散热量qs61窗内遮阳系数Cn0.6群集系数0.96日射得热因数Djmax147室内人数n14.70面积（m2）14.08逐时冷负荷Qc ()（W）731.7逐时冷负荷Qc ()（W）823.4人体潜热冷负荷_新风负荷_潜热散热量ql73新风量m3/h人30.0群集系数0.96人数14.70室内人数n14.70室内外空气焓差 kj/kg35.5冷负荷Qc （W）1030.2新风负荷 W5127.2-建筑冷负荷汇总_-北外墙冷负荷303.2内隔墙冷负荷499.9北外窗瞬时冷负荷514.4照明冷负荷4165.0北外窗日射冷负荷823.4设备冷负荷（计算机、复印机等）2557.8新风负荷5127.2人体显热冷负荷731.7建筑冷负荷汇总15752.6人体潜热冷负荷1030.2单位面积冷负荷 W/m2163.5-3.2.4 水源热泵机组的选型根据每个房间的面积和使用功能不同（以1楼为参考），按每个房间负荷和新风量进行设备的选型，负荷指标参考以上计算值。楼层房间功能面积(m2)冷指标(w/m2)空调选型台数单机冷量（Kw)空调冷量(Kw)1研发室59200FLFP-600I26.2412.481视频会议室90260FLFP-800I38.3725.111研发室48160FLFP-800I18.378.371接待室19160FLFP-300IA13.083.081研发室45200FLFP-400IB24.79.41会议室57260FLFP-700I27.0114.021接待吸烟区18300LFP-500I15.355.351通道89180LFP-800I28.3716.741通道45160LFP-300IB23.537.061入口大堂317270LFP-1400II614.6888.081研发室96160FLFP-400IA44.0716.281研发室92160FLFP-700I27.0114.021休息室26160FLFP-400IB14.74.71研发室97160FLFP-400IA44.0716.281研发室78160FLFP-200IB12.692.691休息室28160FLFP-400IB14.74.71研发室81160FLFP-400IB34.714.11通道43-LFP-1000II111.3111.311通道58-LFP-300IB23.537.06小计-1386-41-280.833.2.5 空调水系统辅助设备选型计算 目前水环热泵空调系统中常采用的排热设备主要有开式冷却塔和闭式冷却塔两种。1、闭式冷却塔 在闭式冷却塔中，冷却水是在盘管中流过，不直接与大气接触。盘管外表面不断喷淋循环水，通过水在空气中蒸发带走管内水中的热量，如图3.1。闭式冷却塔的特点：循环冷却介质封闭循环，没有杂质进入，保证了介质的纯净；水循环的水使用饮水，不结垢，不堵塞管路；占地面积小，可以根据需要移动、摆放；能量消耗小，操作简单可靠；设备造价高。图3.1 闭式冷却塔工作原理2、开式冷却塔 在开式冷却塔中，冷却水直接与空气接触，水依靠自身一小部分在中气中蒸发而带走冷凝的热量使冷却水冷却下来,如图3.213：从通风形式上看，开式冷却塔可分为大气式、自然通风式和机械通风式三种，其中机械通风式是目前最为常用的。考虑工程造价方面的优势，目前大多水环热泵项目均采用开式冷却的方式。图3.2 开式冷却塔工作原理（1）冷却塔的选型：冷却塔冷却水量可以按下式计算：式中Q冷却塔排走热量，kW；压缩式制冷机，取制冷冷负荷1.2倍左右，c水的比热，kJ/（kg oC），常温时c=4.1868 kJ/（kgoC）；tw1-tw2冷却塔的进出水温差，oC；压缩式制冷机，取45 oCW=675.661.2/（4.18684）=48.4kg/s=174.3m3/h。（2）循环水泵的选型：冷负荷Q1=675.66kw，空调系统水环路带走的热量在此基础上乘以1.2，则水流量为G=（Q11.2）（1.163T） G水流量， T 空调水系统供回水温差G1=(675.661.2) （1.1634）=174.3m3/h即泵的流量为：174.3m3/h。最不利环路管路长约200m，比摩阻选400Pa/m则H1=200400 Pa=8mH2O局部阻力取0.3则H2=0.38=2.4mH2O各类阀门H3=3mH2O，冷却塔压降H4=4.12mH2O机组压降H5=30Kpa=3mH2O总扬程H=1.2H=1.2(8+2.4+3+4.12+3)=24.6 mH2O系统辅助设备参数空调总制冷量（kw）675.66系统耗电量（kw）270冷却塔型号方形横流式超低噪声冷却塔HMK-200UL ，流量：150m3/h，功率：4kw，运行重量：2880kg冷却水泵型号KQL100/150-11/2型流量：100m3/h，扬程：24m，功率：11kw3.2.6 空调管道系统设计主要设计原则：1、空调管路系统应具备足够的输送能力，例如，在中央空调系统中通过水系统,确保渡过每台空调机组或风机盘管空调器的循环水量达到设计流量，以确保机组的正常运行；又如，在蒸汽型吸收式冷水机组中通过蒸汽系统来确保吸收式冷水机组所需要的热能动力。 2、合理布置管道：管道的布置要尽可能地选用同程式系统，虽然初投资略有增加，但易于保持环路的水力稳定性；若采用异程系统时，设计中应注意各支管间的压力平衡问题。 3、确定系统的管径时，应保证能输送设计流量，并使阻力损失和水流噪声小，以获得经济合理的效果。众所周知，管径大则投资多，但流动阻力小，循环水泵的耗电量就小，使运行费用降低，因此，应当确定一种能使投资和运行费用之和为最低的管径。同时，设计中要杜绝大流量小温差问题，这是管路系统设计的经济原则。 4、在设计中，应进行严格的水力计算，以确保各个环路之间符合水力平衡要求，使空调水系统在实 际运行中有良好的水力工况和热力工况。 5、空调管路系统设计中要尽可能多地采用节能技术措施； 6、管路系统选用的管材、配件要符合有关的规范要求； 7、管路系统设计中要注意便于维修管理，操作、调节方便。（一）水系统管制：两管制：冷水系统和热水系统采用相同的供水管和回水管，只有一供一回两根s水管的系统。优点：两管制系统简单，施工方便；可降低工程投资。（二）冷凝水系统的设计风机盘管机组、整体式空调器、组合式空调机组等运行过程中产生的冷凝水，必须及时予以排走。1、冷凝水管的布置：若邻近有下水管或地沟时，可用冷凝水管将空调器接水盘所接的凝结水排放至邻近的下水管中或地沟内；若相邻近的多台空调器距下水管或地沟较远，可用冷凝水干管将各台空调器的冷凝水支管和下水管或地沟连接起来。2、冷凝水管管径的确定：直接和空调器接水盘连接的冷凝水支管的管径应与接水盘接管管径一致（可