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19.8%。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

2、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。

3、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COP（性能系数CoefficientofPerformance）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

4、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。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。2.1空调系统形式2.1.1空气源热泵空调系统：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

5、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）f压缩f冷凝（放出热量）f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

6、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：电能输入-ill-?气掩*K邀图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

7、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-1050*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。2.1.2空气源热泵空调优点：(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-10*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

8、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。2.2 空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.新风是由新风机组集中处理后通过新风管道送入室内，风机盘管+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)

9、 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。第3章空调负荷计算3.1基本气象参数及空调设计参数3.1.1基本设计参数1）地理位置:合肥市（北纬:39.100，东经:117.160）2）夏季大气压:1012.44kPa3）夏季室外计算干球温度：35.00°C夏季空调日平均：31.70C夏季计算日较差：6.80C4）夏季室外湿球温度：28.20C5）夏季室外平均风速：2.60m/s3.1.2空调设计参数1）室内空调设计温度：夏季：24C；冬季：18C。2）室内空调设计温湿度：不作要求。3.2冷负荷的构成及其计算原理以505为典型房间计算

10、，该房间为舞蹈培训室。可容纳人数为120人。3.2.1围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：。广FK.AW（3D式中：Q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620m2；K外墙和屋面的传热系数，屋面0.63W/m2；墙面0.61W/m2T计算时间，h；8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；T-8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，C；T-8表3-1屋面冷负荷时

11、间T8：009:0010:0011:0012：0013:0014:0015:0016:0017:00tT-e41414242434444444242tn42tT-e21202122232323232222K0.63F620Q82037812820385938984898489848984859385931表3-2南外墙冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00tT-e34343535353535353636tn24tT-e10101111111111111212K0.61F79Q4824825305305305305305305

12、785781表3-3西外墙冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00tT-e35363738383939393938tn24tT-e11121314141515151514K0.61F28Q18820522223923925625625625623913.2.2窗户传热形成的冷负荷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3-4)Q3二AK(t-1)W3wwc(t)n式中：A窗口面积，m2；WK玻璃的传热系数，3.1W/(m2k)；Wt玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，。C；c(t)t

13、室内空调设计温度24C；n表3.4南外窗瞬时传热冷负荷时间T8：009:0010:0011:0012：0013:0014:0015:0016:0017:00tC(T)31.532.532.533.534.534.534.535.534.534.5tn24K3.1AW40Q1930105410541178130213021302142613021302表3.5西外窗瞬时传热冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00tC(T)31.532.532.533.534.534.534.535.534.534.5tn24K3.1AW10Q1

14、2332642642953263263263573263262）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3-5)Q=CACCDC，W4aWSij.maxLQ式中：A玻璃窗的面积；W其中，C玻璃窗的遮阳系数，本设计中C=0.86；ssC.窗内遮阳设施的遮阳系数，本设计中C=0.5；inC窗的有效面积系数；本设计中C0.75；aa=D日射得热因数的最大值，南外窗302W/m2,北外窗114W/m2,j.max西外窗599W/m2，c窗玻璃冷负荷系数，无因次；LQ表3-6南外窗透入日射冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013:001

15、4:0015:0016:0017:00CLQ0.470.600.690.770.870.840.740.660.540.38Ca0.75Cs0.86Ci0.5Dj,max302Am2W40QW18312337268830003389327228832571210414801表3-7西外窗透入日射冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00C70.600.750.840.77LQCa0.75Cs0.86Ci0.5Dj,max599Am2W10QW130936740642544471511

16、591449162314873.2.3设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：Qt=niNX一tW(36式中：n同时使用系数，可取0.81N灯具的安装功率，W,可用设备功率密度15W/m2指标推算,e-T从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间，h；Xe-T时间设备、器具散热的冷负荷系数；e-T表3-8设备散热形成的冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00n10.8N9300Xt-t0.770.860.890.910.920.930.940.950.960.96QWC(T)572963986622677068

17、45691969947068714271423.2.4照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：Q5二1000nn2NClqW(38)式中：灯具散热形成的冷负荷，W；照明灯具所需功率W；可用设备功率密度15W/m2指标推算。镇流器消耗功率系数，本设计取n=1.21灯罩隔热系数，n=0.8；2照明散热冷负荷系数。表3-9照明散热形成的冷负荷时间t8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00C0.600.870.900.910.910.930.930.940.940.95LQn1.21n0.82N9300Q535

18、777678035812481248303830383928392848253.2.5人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：Q二qn0CW(3-9)sC(T)LQ式中：人体显热散热形成的冷负荷，W;q不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量，培训室q145W；ss=n室内全部人数，n=120；0群集系数，0=0.89。C人体显热散热冷负荷系数；LQ人体潜热散热引起的冷负荷计算式为：Q=qnCl式中：Q人体潜热散热形成的冷负荷，W;Cq不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量，培训室q=262W；l表3.10人体散热形成的冷负荷时间T8:009:0010:0011:0012:0013

19、:0014:0015:0016:0017:00CLQ0.530.620.690.740.770.800.830.850.870.89qs145n120©0.89Q5820896011068511460119241238912853131631347313783ql262Qc27982合计36189375833866739441399064037040835411454145441764培训室505表3-11各分项逐时冷负荷汇总表时间/项目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00屋顶冷负荷820378128203859385938

20、9848984898489848953南外墙冷负荷482482530530530530530530530530西外墙冷负荷188205222239239256256256256239南外窗瞬时传热冷负荷930105410541178130213021302142613021302南外窗透入日射冷负荷1831233726883000338932722883257121041480西外窗瞬时传热冷负荷233264264295326326326357326326西外窗透入日射冷负荷3093674064254447151159144916231487人体散热冷负荷3618937583386673944

21、1399064037040835411454145441764照明散热冷负荷5357776780358124812483038303839283928482设备散热冷负荷4297479949665078513451895245530153575357合计59451642706669168596696987097871572721787211471705总冷负荷3.2.6新风负荷计算(3-10)Q=G(i-i)wwwn式中：°w新风负荷，KW；新风量，w室外空气焓值，n室内空气焓值，3.3 热负荷计算空调热负荷是指空调系统在冬季里，当室外空气温度在设计温度条件时，为保持室内的设计温度，

22、系统向房间提供的热量。对于民用建筑来说，空调冬季的经济性对空调系统的影响要比夏季小。因此，空调热负荷一般是按稳定传热理论来计算的。3.3.1围护结构形成的负荷计算Q二K.F.(t-1).aW(311)nw式中：Q围护结构的基本耗热量W；K围护结构的传热系数W/m2°C；F围护结构的面积m2；t冬季室外空调计算干球温度，C；t空调房间冬季设计温度C；本设计取20C。na计算温度修正系数。3.3.2修正基本耗热量围护结构的基本耗热量是在稳定传热的情况下获得的，由于气象条件建筑物情况的影响，必须对上述围护结构的基本耗热量进行修正，其中包括朝向修正、风力修正和高度修正，所以其围护结构的耗热量

23、为：Q=Qi1+Xch+Xf人Xg(3式中：Q为围护结构的基本耗热量；X为围护结构的朝向修正;ch其中：北、东北、西北朝向0；西南、东南朝向15%-10%；东、西朝向5%；南向25%-15%；X为围护结构的风力修正；f建筑在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外维护结构热负荷附加率为5%10%。X为围护结构的高度修正。g当房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2%,但最大附加率不超过15%本系统冬季热负荷、采用面积估算法，根据实际工程的经验并保证一定富裕量3.4 湿负荷人体散湿量人体散湿量可按下式计算：m二0.278n®gx3.6x10-3

24、(3-12)w式中：m人体散湿量，kg/h;w°群集系数，选取群集系数为0.91n室内全部人数，培训室n=120g成年男子的小时散湿量，391g/h；表3-12人体散湿量情况表n120391©0.91表3-13505培训室一览表房间名称房间类型面积人员密度人/m2冷负荷W冷指标W/m2热负荷W热指标W/m2湿负荷g/s506培训室排练厅6200.17217811736580597.98gm0.07w套房420表3-14各分项逐时冷负荷汇总表时间/项目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00南外墙冷负荷223223245

25、245245245245245245245西外墙冷负荷229250271292292313313313313292南外窗瞬时传热冷负荷372422422471521521521570521521南外窗透入日射冷负荷732935107512001356130911531028841592人体散热冷负荷376400418431439446454459465470照明散热冷负荷804116512051219121912451245125912591272设备散热冷负荷1848206421362184220822322256228023042304合计总冷负荷458454595772604262806

26、3116187615459485696表3-15套房420一览表人员密度冷指标热指标湿负荷房间名称房间类型面积冷负荷w热负荷w人/m2w/m2w/m2g/s420套房客房1240.0463115129760480.52办公室401时间/项目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00北外墙冷负荷110122122134134134134134134122北外窗瞬时传热冷负荷233264264295326326326357326326北外窗透入日射冷负荷257265283301313309298287283276人体散热冷负荷752799836

27、862877893908919929940照明散热冷负荷605877907917917937937948948958设备散热冷负荷1078120412461274128813021316133013441344合计总冷负荷3035353136583783385539013919397539643966表3-16各分项逐时冷负荷汇总表表3-17办公室401一览表房间名称房间类型面积人员密度冷负荷w冷指标热负荷w热指标湿负荷人/m2w/m2w/m2g/s401办公室办公室700.1239755729760480.58宴会厅214表3-18各分项逐时冷负荷汇总表南外墙冷负荷5865866446446

28、44644644644644644西外墙冷负荷228249270290290311311311311290南外窗瞬时传热冷负荷1070121212121355149714971497164014971497南外窗透入日射冷负荷2106268830913450389837633315295724191702人体散热冷负荷7402798884448769896591609355948696169746照明散热冷负荷2938426044064455445545534553460246024651设备散热冷负荷3927438645394641469247434794484548964896合计总冷负荷

29、18256213682260623605244422467224470244852398623427表3-19宴会厅214一览表房间名称房间类型面积人员密度冷负荷W冷指标热负荷W热指标湿负荷人/m2W/m2W/m2g/s214宴会厅餐厅3350.25246727280486.36餐厅110表3-20各分项逐时冷负荷汇总表时间/项目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00南外墙冷负荷360360396396396396396396396396南外窗瞬时传热冷负荷6987917918849779779771070977977南外窗透入日射冷负

30、荷1373175320162250254224542162192815781110人体散热冷负荷6462698974007692786880448220833784548571照明散热冷负荷2894419743424390439044864486453545354583设备散热冷负荷3234361237383822386439063948399040324032合计总冷负荷15021177021868219434200362026320189202551997119669表3-21餐厅110一览表房间名称房间类型面积人员密度冷负荷w冷指标热负荷w热指标湿负荷人/m2w/m2w/m2g/s110

31、餐厅餐厅4000.19202635180486.1表3-22其他房间一览表房间名称房间类型面积人员密度冷负荷W冷指标热负荷W热指标湿负荷人/m2w/m2W/m2g/s茶室101餐厅3150.2160655118585594.90包房102餐厅200.21020511180590.38包房103餐厅200.21020511180590.38包房104餐厅200.21020511180590.38旅行社105办公室1400.17140518260591.95大堂106中庭1250.16375516375591.49总服务台107中庭2100.06126006012600592.41厨房108餐厅1

32、900.1114006011400592.02点菜间109餐厅620.13720603720590.71餐厅110餐厅4000.2202635120400595.20大堂111中庭1250.16375516375591.49办公室201办公室700.24000573990590.95办公室202办公室700.24000573990590.95办公室203办公室700.24000573990590.95办公室204办公室700.24000573990590.95办公室205办公室500.22900572850590.71办公室206办公室500.22900572850590.71办公室207办公

33、室500.22900572850590.71办公室208办公室500.22900572850590.71大会议室209会议室620.23534573534590.84包房210餐厅500.23250653250590.71包房211餐厅1000.26500656500591.40包房212餐厅500.23250653250590.71包房213餐厅750.24875654875591.20宴会厅214餐厅3350.23246757224120594.51客房301客房520.062652512652590.67客房302客房350.051785511785590.49客房303客房350.05

34、1785511785590.49客房304客房350.051785511785590.49客房305客房350.051785511785590.49客房306客房350.051785511785590.49客房307客房350.051785511785590.49客房308客房350.051785511785590.49客房309客房350.051785511785590.49客房310客房260.071326511326590.32客房311客房500.042550512550590.64客房312客房500.042550512550590.64客房313客房500.042550512550

35、590.64客房314客房500.042550512550590.64客房315客房250.041275511275590.32客房316客房250.041275511275590.32客房317客房250.041275511275590.32客房318客房250.041275511275590.32客房319客房250.041275511275590.32客房320客房250.041275511275590.32客房321客房250.041275511275590.32客房322客房250.041275511275590.32客房323客房600.053060513060590.71客房32

36、4客房350.041785511785590.49客房325客房350.041785511785590.49客房326客房350.041785511785590.49客房327客房350.041785511785590.49客房328客房350.041785511785590.49客房329客房350.041785511785590.49客房330客房350.041785511785590.49客房331客房350.041785511785590.49办公室332办公室320.251824571824590.41办公室333办公室320.251824571824590.41办公室334办公室3

37、20.251824571824590.41办公室335办公室320.251824571824590.41休息区336休息室500.12550512550590.64办公室401办公室700.23975573990590.95办公室402办公室700.23975573990590.95办公室403办公室700.23975573990590.95会客室404会议室100.257057570590.15茶水间405休息室120.268457684590.17大会议室406办公室770.24389574389590.98办公室407办公室250.241425571425590.35办公室408办公室2

38、50.241425571425590.35办公室409办公室250.241425571425590.35办公室410办公室250.241425571425590.35小会议室411会议室250.321425571425590.35秘书室412办公室250.21425571425590.35休息室413办公室400.22280572280590.59董事长办公室414办公室1350.027695577695591.55休息室415休息室250.21425571425590.91主题房416客房550.043135573135590.48主题房417客房550.043135573135590.48

39、主题房418客房550.043135573135590.48主题房419客房550.043135573135590.48套房420客房1250.047125577125590.31套房421客房700.044000573990590.41套房422客房700.044000573990590.41套房423客房700.044000573990590.41休息区424休息室700.144000573990590.41展示厅501展览厅5600.17364006536400594.90休息区502休息室1250.11020658125590.38办公室503办公室320.25102065208059

40、0.38休息区504休息室1250.11020658125590.38培训室505排练厅6200.17217811772540591.95音控室506办公室200.26375651300591.49第4章空气处理过程计算4.1 空气处理过程计算培训室505典型房间（风机盘管+新风系统）空气处理过程计算培训室尺寸为LxW=19.8mX31.2m,房间高度3.9m,设定房间使用人数为120人。此培训室空调夏季室内全热负荷为72178w（不含新风），湿负荷为7.98g/s。室内空气设计参数为t二24,©=60%;室外空气设计参数为t二35°C,RRWt二28.2C，大气压力B=1

41、01244pa；房间所需新风量为G=3600m/h。设采用WSW新风处理到室内空气焓值的方式,空气处理过程如图屮:-5152'.|l.j1'1图4.1空气处理过程图(1) 计算热湿比及房间送风量热湿比£=Q-72178=9044Q/kgRW7.98x10一3在i-d图上根据t二24,©=60%确定室内状态点，查焓湿图可知RRh=65.5kJ/kg,过R点做线与©=90%线相交得到送风状态M,h=46.8kJ/kg,则RMM72178送风量为：G二二3.86kg/s二11580m365.5-46.8(2) 计算FP风量G=G-Gw=11580-360

42、0=798°m3(3) 确定F点FMGh-h=W=MF-DMGh-hFDM3600_46.8-hF7980一65.546.8得出h=38.4kJ/kg。连接D、M两点并延长与h相交得到F点，t=17.5°C,FFF可知送风温差为6.5C，送风温差满足空调房间送风温差规定与舒适度要求。(4) 确定FP供冷量全冷量=2.5X(65.5-38.4)=67.75kw显冷量二2.5X1.01X(24-17.5)=16.4kw(5) 根据计算出的风机盘管冷量与送风量来选择风机盘管规格。根据房间空间尺寸及送风舒适性，沿宽度方向均匀布置两台风机盘管机组，依据房间全热负荷查看风机盘管样本，选择规格为FP-204型号的机组两台。FP-204的单台额定供冷量为11100W(高档转速)，考虑到机组受积尘积垢的影响，供冷量进行修正之后为11000X0.88=9680W,八台机组供冷量之和为77440W，大于房间全热冷负荷72178W。考虑到样本中的机组并未安装风管及一些相关配件，所以实际运行时风量会存在衰减的情况。所以在校核风量时，需要对国产样本中的名义风量进行修正，建议采用以下公式进行换算1：式中G为风机盘管的选型风量，K为风机盘管的风量放大系数，取值范围为X11.051.15。对于K的取值，当空气处理过程的析湿系数较大时取上