地源热泵系统设计指导(精华版)

技术部资料地源热泵系统2012年12月目录一、 地源热泵系统简介 5（一） 地源热泵系统原理 51、什么是热泵 52、什么是地源热泵 63、地源热泵的基础原理 64、地源热泵的技术特点 7（二） 地源热泵技术国内外发展近况 7（三） 地源热泵技术的优势 81、地源热泵技术属可再生能源利用技术 82、地源热泵属于经济有效的节能技术 83、地源热泵环境效益显著 94、地源热泵一机多用，应用范围广 95、地源热泵系统维护费用低 96、绿色环保，高效节能 9（四） 地源热泵的局限性 9（五） 地源热泵的分类 101、水环热泵机组 102、水源热泵机组 103、地源热泵机组 11（六） 系统的构成 11二、 地源热泵系统地埋管设计 12（一） 岩土层结构鉴定与地层导热测试 121、岩土层结构鉴定的意义 122、地层导热测试的目的 123、测试设备与软件 12（二） 确定地埋管埋管形式 131、埋管方式 132、水平埋管 143、垂直埋管 154、室外集分水检查井的设置 18（三） 地埋管管材与管内流体介质选择 181、管材选择 18（四） 确定地埋管长度与打孔数量 191、地下换热量计算 192、确定孔数 193、竖井间距 19（五） 水力计算 201、管径确定 202、水力计算 20三、 末端系统设计 22（一）末端设备选型 22（二）水系统设计 271、水系统分类 272、水系统的分区 323、水管管路设计 32（三）风系统设计 341、风道的布置原则 342、风管材料的选择 353、风管断面形状的选择 354、风道设计的原则 355、风道设计的基本任务 35四、 机房系统设计 37（一）主机 37（二）水泵 371、水泵主要形式 372、水泵的选择 383、水泵并联运行情况 39（三）定压补水 391、高位开式膨胀水箱 392、气压罐方式 41（四）全自动软化装置 43（五）水系统的管路及其附件 441、空调水管路 442、空调水系统附件 44-PAGE42-地源热泵系统简介地源热泵系统原理1、什么是热泵热泵技术是全世界近年来倍受关注的一项新型能源技术。所谓热泵，就是一种利用人工技术将低温热能转换为高温热能而达到供热效果的机械装置。像在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温，但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温；其基本原理基于逆卡诺循环，采用电能驱动，从低温热源（如周围环境的自然空气、地下水、河水、海水、污水等）吸取热量，然后转换为较高温热源释放至所需的空间（或其它区域）内，传输到高温热源中的热量不仅大于所消耗的能量，而且大于从低温热源中吸收的能量，在标准工况下，系统消耗一个单位的能量，从低温热源中提取二个单位的能量，合在一起输出三个单位的能量。热泵系统主要由四部份构成，分别是压缩机、散热盘管（俗称冷凝器）、膨胀阀、吸热盘管（俗称蒸发器）。和空调一样，热泵也是利用压缩机驱动管道内的制冷剂循环流动，不断的蒸发冷凝，通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，把外界的热量源源不断的聚集到热泵主机上的加热盘管上，再经过高科技的导热材料使储水器中的水温迅速上升。热水经循环管路送入终端用户室内以供洗浴和采暖。原理演示:2、什么是地源热泵地源热泵是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。3、地源热泵的基础原理地源热泵原理是：冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。（1）地源热泵制热原理地源热泵系统在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器（风机盘管），以13℃以下的冷风的形式为房供冷。（2）地源热泵制冷原理地源热泵系统在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由室外地能换热系统吸收地下水或土壤里的热量，通过水源热泵机组系统内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以室内采暖空调末端系统向室内供暖。4、地源热泵的技术特点a.环保：使用电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放；不需使用冷却塔，没有外挂机，不向周围环境排热，没有热岛效应，没有噪音；不抽取地下水，不破坏地下水资源。b.使用寿命长：使用寿命20年以上，是分体式或窗式空调器的2-4倍。c.地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用。d.全电脑控制，性能稳定，可以电话遥控，可以进行温湿度控制。地源热泵技术国内外发展近况热泵的理论起源于十九世纪早期卡诺的著作，他在1824年发表关于卡诺循环的论文，这个理论经过30年后，在1850年初开尔文（L.Kelvin）提出：冷冻装置可以用于加热，之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，这种研究持续了80年之久。1912年瑞士的苏黎世已成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早期的水源热泵系统，也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展，到1943年大型热泵的数量已相当客观。1948年小型热泵的开发工作有了很大的进展，家用热泵和工业建筑用的热泵大批投放市场。热泵工业在20世纪50年代到60年代初（1952-1963）这10年中，又经历着迅速成长的阶段。由于热泵可以把制冷与采暖合用一套装置，而热泵若在电力充足而电能价格又便宜的地区使用时，其运行费用甚低。因此，用户对热泵产生兴趣，使热泵进入了早期发展阶段。20世纪70年代初期，由于“能源危机”的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，在产品经改进后，重新登上历史舞台，受到了人们的青睐。比如美国，热泵的产量从1971年的8.2万套/年猛增至1976年的30万套/年，1977年再次跃升为50万套/年，而此时日本后来居上，年产量已超过50万套。目前热泵市场每年都在成倍增长，发展势头相当迅猛。在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、德国、北欧南欧的一些国家，热泵产品已经进入了大多数家庭，例如澳大利亚Quantum公司，从上世纪70年代生产出家用空气源热泵产品至今，有的产品已正常运行了十几年。其性能得到用户的高度评价。80年代以来，我国热泵在各种场合的应用研究有了许多发展。针对我国地热资源较丰富的情况，若把一次直接利用后或经过降温的地下热水作为热泵的低位热源使用，就可增大使用地下水的温度差，并提高地热的利用率，这在京津地区早已有过应用实践。而这种设备同时对于我国能源使用效率不高、分配不均匀的现状也提出了一个有效的解决方法。地源热泵技术的优势1、地源热泵技术属可再生能源利用技术地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（EarthEnergy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。2、地源热泵属于经济有效的节能技术地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。3、地源热泵环境效益显著地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。4、地源热泵一机多用，应用范围广地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、购物商场、家电电脑办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。5、地源热泵系统维护费用低在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在3年左右即可收回。6、绿色环保，高效节能地源热泵利用的是少量电能作为驱动力，汲取蓄存在大地的太阳能取暖，或把来自室内的热量排入大地制冷。是再生资源的转换，不排放任何污染，是清洁能源。研究和实践证明管道不会对自然环境有任何损害。垂直铺设管道用地面积更小，对草坪没有太大的影响。地源热泵利用的地下水或土壤温度在15℃左右，只需要少量电能来实现热交换，因此机组的能效比可达到4.5-6以上，即用1kW的电可以达到4.5-6kW的能量，比传统空调节能40－60％左右。2-4年即可收回多余投资。地源热泵的局限性当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户、不同地质及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；并不是所有的建筑都适用于地源热泵系统，这需要实地考察经过一定的实验及计算才能给出实际设计方案，而且节能效果也是随着不同的环境在变化，这都是需要实地考察才能得出具体数据。地源热泵的分类1、水环热泵机组水环热泵系统是指用水环路将小型的水/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点的热泵供暖、供冷的空调系统。水环热泵空调系统的基本工作原理是：在水/空气热泵机组制热时，以水循环环路中的水为加热源；机组制冷时，则以水为排热源。当水环热泵空调系统制热运行的吸热量小于制热运行的放热量时，循环环路中的水温度升高，到一定程度时利用冷却塔放出热量；反之循环环路中的水温度降低，到一定程度时通过辅助加热设备吸收热量。只有当水/空气热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基本相等时，循环环路中的水才能维持在一定温度范围内，此时系统高效运行。2、水源热泵机组水源热泵热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统，但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。水质良好的地下水可直接进入热泵换热，之后将井水回灌地下，这样的系统称为开式系统。由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。开式系统在适当的地下水条件和建筑物参数下是一个有吸引力的选择方式，但必须谨慎的使用。实际工程中更多采用闭式环路的热泵循环水系统，即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开，以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵的影响。通常系统包括带潜水泵的取水井和回灌井。板式热交换器采取小温差换热的方式运行，根据温度和地下水深度的不同，可以在很大程度上抵消开式系统在性能上的优势。由于地下水温常年基本恒定，夏季比室外空气温度低，冬季比室外空气温度高，且具有较大的热容量，因此地下水热泵系统的效率比空气源热泵高，COP值一般在3～4.5，并且不存在结霜等问题。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。无论是深井水，还是地下热水都是热泵的良好低位热源。地下水位于较深的地方，由于地层的隔热作用，其温度随季节气温的波动很小，特别是深井水的水温常年基本不变，对热泵的运行十分有利。3、地源热泵机组地源热泵是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常称之为“闭路地源热泵”，以区别于地下水热泵系统，或直接称为“地源热泵”。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。地源热泵系统在结构上的特点是有一个由地下埋管组成的地热换热器。地热换热器的设置形式主要有水平埋管和垂直埋管两种。水平埋管形式是在地面开1～2米深的沟，每个沟中埋设2、4或6根塑料管。垂直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1～0.15m的钻孔，在钻孔中设置1组（2根）或2组（4根）U型管并用灌井材料填实。钻孔的深度通常为40～200m。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性因素。竖直埋管的地热换热器可以比水平埋管节省很多土地面积，因此更适合中国地少人多的国情。系统的构成地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机组主要有两种形式：水-水型机组或水-空气型机组。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。地源热泵系统地埋管设计岩土层结构鉴定与地层导热测试1、岩土层结构鉴定的意义a、了解地质情况，搜集岩土层的成分及相关热物性参数，确定垂直式系统钻孔的深度。b、通过实地测试单孔换热量，根据测试结果辅以软件分析换热能力。c、参照相关结论，根据单孔换热能力计算埋管长度。2、地层导热测试的目的a、土壤是参与地下换热的本体，地质结构影响到钻孔深度和成本。b、获取准确的土壤的取、放热导热特性参数。c、现场进行土壤热特性测试才能够获得完整和准确的土壤数据。地层导热测试验证内容：埋管管径（De25、De32）孔距（4～6m）回填材料(原浆、膨润土、细砂)埋管形式（双U、单U）3、测试设备与软件目前还有很多可以提供测试并出具结果的结构可以选择。确定地埋管埋管形式1、埋管方式根据项目特点可选择：垂直埋管螺旋埋管横埋管地表水下埋管横埋管管直埋管横埋管管直埋管螺旋式管盘管置于湖中管横埋管螺旋式管盘管置于湖中管横埋管管2、水平埋管将管水平放到地沟内；较少的安装费用，需占用较大的场地横埋热交换器的构造：管沟最小间距1.5m埋管深度1.22m~1.83m3、垂直埋管垂直埋管深度50m-150m左右，打孔孔径约150mm，管与孔壁用膨胀填料充注。占用较少的场地。单单U双U串联单U面积：根据规模大小，现场可共埋管面积是首要考虑因素成本：岩土类型导致挖掘成本价格相差好几倍复合系统：在制冷、采暖负荷无法由地埋管单独承担时，可考虑其它形式的冷、热源作辅助。（1）串联式：具有单一流体通道和同一型号的管子流道走向清晰明确，滞留的空气很容易别冲洗除尽较并联系统管径大，因此对单位长度的管道来说，串联系统的传热性能比并联系统稍高串联系统采用较大管径，保证换热所需的流速较大，水量大。对于添加加防冻液的场合，增加投资单位性能管道价格高增加安装的劳动成本流体压降大，限制了管道长度（2）并联式：具小管径管道，成本低防冻剂用量小安装成本相对较低排除空气较串联方式困难布置不当，各环路内水量不能保持平衡在设计和安装并联式时应注意：1、应保证利用高速水流的冲洗的冲洗将管道内的空气除尽。2、采用同程式：管道连接时使每个环路的长度相等（不超过10％），这样才能达到各个环路间的流量平衡。3、设置集分水器：为了保障各个环路间在进出口处的压力平衡，使用大管径的集分水器。（3）并联式地埋管换热器组成水平同程式管：布置管道时，使并联式系统的各个环路都有相同的进出水压力；消除干管管路沿程阻力损失的影响。分水器和集水器：这是热泵与并联式地埋管换热器系统内各个环路间的供回水“通道”，是输送热泵系统所有流体的“中转站”。它们由直径较大的管子制成，以减少流体的沿程阻力损失。4、室外集分水检查井的设置地埋管管材与管内流体介质选择1、管材选择六大原则1、化学稳定好，耐腐蚀2、有较好的耐压能力3、流动阻力小4、导热系数大，导热性能好5、连接简易、牢固6、价格便宜管道的材料——聚乙烯和聚丁烯是地埋管换热器中可供选择的管道材料。这两种材质的柔韧性好，且可以通过加热熔合形成比管子自身强度更好的连接接头，符合埋管管材选择要求。单U管接头双U接头确定地埋管长度与打孔数量1、地下换热量计算夏季地下换热量计算公式：Q1’=Q1+Q2Q1：系统冷负荷，kWQ2：地源热泵机组的制冷功率，KW冬季地下换热量计算公式：Q3’=Q3+Q4Q3：系统热负荷，kWQ2：地源热泵机组的制热功率，KW2、确定孔数竖埋管管长的计算公式其中L——竖井埋管总长，mQ’—夏季向土壤排放的热量，kWA——夏季竖埋管每m管长散热量,W/m确定竖井数计算公式竖井深度多数采用50～100m其中：N——竖井总个数L——竖井埋管总长，mH——竖井深度，m2——竖井内单U埋管管长约等于竖井深度的2倍。3、竖井间距对于垂直孔间距必须考虑其短期和长期效应.短期或每年冷热效应持续时间4～6个月。长期效应必须考虑地埋换热器的年净负荷(热扰动平衡)。工程上通常我们把U型管竖井的水平间距一般控制在4～6米。双U设计埋管间距适当加大至≥5m对于规则的布管区域，采用菱形布管可节约埋管面积17.5％（以4m间距为例，方形占地4×4m2，菱形占地13.2m2）水力计算1、管径确定管道的直径应以压降和传热性能相协调作为选择的基础。因为管路确定的两条原则是：管径足够大，环路阻力小，使得循环泵的能耗小管径足够小，流速足够大，使得管内流体处于紊流区，加强流体与管内壁的换热。并联环路用小管径，集干管用大管径为确保系统及时排气和加强换热。地埋管垂直埋管内管道推荐流速:双U形埋管不宜小于。.4m/s，单U形埋管不宜小于0.6m/s。对于管径在DN50以下，管内流速控制在0.6～1.2m/s对于管径在DN50以上，管内流速控制在2.2m/s以下各管段压力损失控制在4mH2O/100m当量长度以下。2、水力计算选择压力损失最大的环路作为最不利环路进行水力计算。1）确定流量G（m3/h），公称直径和流体特性。根据公称直径，确定管子的内径dj（m），得出管子的断面面积A（m2）。2）从而计算流速V（m/s）；可核算管管内流体的的雷诺数（Re），Re应该大于2300确保紊流；3）计算单位管长的摩擦阻力损失Pd（Pa/m）简化公式Pd=0.158×ρ0.75×μ0.25×dj1.25×V1.75V--管内流体的流速(m/s)dj--地埋管的内径(m),ρ--管内流体的密度(kg/m3),μ--管内流体的动力黏度(N·s/m2)4）计算管段的沿程阻力损失PY，Pa；公式PY=Pd×L（式中L为计算管段的长度，m。）5）计算管段的局部阻力损失Pj（Pa）公式Pj=Pd×Lj（式中Lj为计算管段中局部阻力的当量长度，m，可查表1）表1管件当量长度表6）计算管段的总阻力损失PZ（Pa）PZ=PY+Pj末端系统设计（一）末端设备选型1、计算实际空调面积；2、根据使用场所确定冷负荷指标，计算出设计总负荷，根据设备布置特点确定所需设备数量，确定设备型号；eq\o\ac(○,a)风机盘管选型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）房间循环风量=房间面积*层高（吊顶后）*房间换气次数。利用循环风量对应风机盘管中速风量，即可确定风机盘管型号。（2）房间所需冷负荷=房间的计算瞬时最大冷负荷(估算时房间单位负荷*房间面积)利用房间冷负荷对应风机盘管中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（明装或暗装），送回风方式以及水管连接位置（左或右）等条件。当出风管较长时,选型时要注意校核机外余压是否能满足工程实际需要。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。eq\o\ac(○,b)空气处理机组选型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。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种情况。根据建筑情况和建筑业主的要求进行最终的确定。空气处理机组的选择一般由下列几个主要参数决定：风量、冷量、机外余压和噪声1.先根据系统需要的风量确定空气处理机组的型号。2.然后根据需要提供的冷量来决定其排管数。3.根据系统需要的余压要求确定余压。4.根据环境的噪音值与室内之差,做好防噪措施。负荷指标估算建筑类型冷负荷W/m2（Cal/m2）住宅、公寓、标准客房114－138（98－118）西餐厅200－286（170－246）中餐厅257－438（220－376）火锅城、烧烤465－698（400－600）小商店175－267（150－230）大商场、百货大楼250－400（215－344）理发、美容150－225（129－193）会议室210－300（180－258）办公室128－170（110－146）中庭、接待112－150（97－129）图书馆90－125（77－108）展厅、陈列室130－200（112－172）剧场180－350（154－310）计算机房、网吧230－410（200－350）有洁净要求的厂房、手术室等300－500（258－430）按空调建筑面积估算冷指标（W/m2空调面积）序号建筑类型及房间名称空调建筑面积平方米/人建筑负荷人体负荷照明负荷新风量W/m新风负荷总负荷1客房106072050271142宴会厅1.253013430251903603小会议室360434025922354大会议室1.5408840251903585健身房保龄球5358720601302726舞厅3209720331192567科研办公楼54028402043151商场8底层1.03516040121303659二层1.235128401210430710三层及三层以上24080401265225图书馆11阅览室105014302527121展览厅12陈列室45831202568177会堂13报告厅23558402513626914公寓住宅107014205054158硬剧院15观众厅0.53022815817444716休息厅27064204021637017化妆室44035502055180体育馆18比赛馆2.5356540156520519休息厅57027.520408620320贵宾厅85817305068173医院21高级病房11022一般手术室15023洁净手术室30024X光CTB超15025餐馆300注：本表为最大负荷，在求建筑总冷负荷时，应考虑空调房间同时使用系数0.7-0.9按建筑面积冷指标进行估算建筑名称冷负荷指标W/m²建筑面积建筑名称冷负荷指标W/m建筑面积旅馆80-90体育馆100-135200-350（按人员座位数）办公楼85-100图书馆35-40计算机房190-380医院80-90数据处理320-400商店105-125营业厅设空调时，200-250按营业厅面积剧院126-160200-300（按观众厅面积）会堂180-225注：l、上述指标为总建筑面积的冷负荷指标：建筑面积的总建筑面积小于5000平米时，取上限；大于l0000平米，取下限值。2、按上述指标确定的冷负荷，即是制冷机的容量，不必再加系数。3、由于地区差异较大，上述指标以华北地区为准。南方地区可按上限采取。热负荷估算（二）水系统设计1、水系统分类空调水系统的划分方式：（1）按照冷媒水的循环方式分按照冷媒水的循环方式分，可分为开式系统（不常用）、闭式系统a、开式循环系统：它的末端管路是与大气相通的，冷媒回水集中进入建筑物的回水箱或蓄冷水池内，再由循环泵将回水打入冷水机组的蒸发器内，经重新冷却后的冷媒供水被输送至整个系统。典型的开式循环系统有：组合式空调机组采用喷水室处理空气的冷媒水系统、具有蓄冷水池的冷媒水系统等。b、闭式循环系统：冷媒水在系统内进行密闭循环，不与大气相接触为了容纳系统中水体积的膨胀，在系统的最高点设膨胀水箱。典型的闭式循环系统有：组合式空调机组采用表冷器处理空气以及风机盘管机组、新风机组的冷媒水系统等。开式系统闭式系统c、开式系统与闭式系统的比较：eq\o\ac(○,a)开式系统所用的循环泵的扬程高，除了克服环路阻力外，还要提供几何提升高度和末端的资用压头，循环水易受污染，管路和设备易受腐蚀且容易产生水击等，除非高层建筑的地下室设有蓄冷水池，一般用得不多。eq\o\ac(○,b)闭式系统所用的循环泵的扬程比较低，循环水不易受污染而管路的腐蚀程度轻，不用设回水池，而需要设膨胀水箱。（2）按照供、回水制式分按照供、回水制式分，可分为双管制、三管制、四管制系统双管制供水方式：一根供水管，一根回水管，供冷、供热合用同一管路系统。b、三管制供水方式：一根供冷水管，一根供热水管，一根公用回水管。c、四管制供水方式：一根供冷水管，一根冷水回水管，一根供热水管，一根热水回水管。我国高层建筑特别是高层旅馆建筑大量建设的实践表明，从我国的国情出发，双管制系统能满足绝大部分旅馆的空调要求，只有那些全年性空调要求标准的较高的建筑方可采用四管制系统。为了解决管路布置问题，有的设计院提出一种称为“分区双管系统”。该系统的主要特点是，机房内总管路系统设计成四管制，而建筑物内的所有立管设计成双管制，以便按朝向分别供冷或供热。（3）按照供、回水管路的布置分按照供、回水管路的布置方式分：可分为同程式、异程式系统a、同程式系统：供、回水干管中的水流方向相同（顺流），经过每一环路的管路总长度相等。b、异程式系统：供、回水干管中的水流方向相反（逆流），经过每一环路的管路总长度不相等。对于闭式循环系统，一般来说，采用同程式布置，便于达到水力平衡；对于开式循环系统，一般来说，采用异程式布置，不需要采用同程式布置。垂直同程水平同程垂直同程和水平同程异程式的布置方式同程式与异程式的比较：同程式布置——水量分配和调节都比较方便，容易达到水力平衡，但需要设回程管、管路长，初投资稍高，要占用一定的建筑空间。异程式布置——水量分配和调节都比较麻烦，不容易达到水力平衡，需要安装平衡阀，无需回程管，管道长度较短。同程式和异程式的适用条件：eq\o\ac(○,a)支管环路的压力降（阻力）较小，而主干管路的压力降起主导作用者，宜采用同程式。eq\o\ac(○,b)支管环路上末端设备的压力降（阻力）很大，而支环路的压降（阻力）起主导作用者，或者说支路环路阻力占负荷侧干管环路阻力的2/3～4/5时，宜采用异程式。所以：对于由风机盘管机组（或新风机组）组成的供、回水系统，因支管环路的阻力不大且比较接近，而干管环路较长、阻力占的比例较大，故采用同程式布置；对于向若干台组合式空调机组的表冷器供水的系统，因支管环路的阻力较之主干管路的阻力大得多，故采用异程式布置。eq\o\ac(○,c)如果建筑条件允许，可采用垂直同程和水平同程的布置方式，不仅容易达到水力平衡，而且省去大量的调试工作量。eq\o\ac(○,d)为节管材和建筑空间，也可考虑将空调水系统的总立管设计成异程式（其前提条件是，将立管内流速取小，管径放大），这样，有利于节省竖井的空间。而对于各分支环路，根据管道的长度和支环路的阻力大小，设计成同程式或异程式，并根据管道的水力计算结果进行压力平衡。eq\o\ac(○,f)当系统的阻力先天就不平衡时，可通过安装水力平衡阀予以解决。（4）按照运行调节方法分a、定流量系统：系统中循环水量保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供、回水的温差来适应。b、变流量系统：系统中供回水温差保持不变，当空调负荷变化时，通过改变供水量来适应。所谓定流量和变流量均指负荷侧环路而言。冷源侧应保持定流量，其理由是：eq\o\ac(○,a)保证冷水机组蒸发器的传热效率；eq\o\ac(○,b)避免蒸发器因缺水而冻裂；eq\o\ac(○,c)保持冷水机组工作稳定。2、水系统的分区分区的原则：空调水系统是否要分区，主要由空调末端设备和制冷设备的允许承压来考虑。一般来说，当建筑总高度H≤100m时，冷媒水系统不宜竖向分区，可以“一泵到顶”。目前，我国空调设备生产厂家生产的空调机组和风机盘管机组的承压能力为1.0MPa，特殊要求可以达到1.6MPa；对于压缩式冷水机组，一般承压能力为1.0MPa，加强型可达1.7MPa，特别加强型可达2.0MPa对于溴化锂吸收式冷温水机组，一般承压能力为0.8MPa，特殊要求也可以提高其承压能力。至于输水用的普通焊接钢管一般承压能力为2.0MPa，阀门等配件一般也在1.6MPa以下。根据以上分析，当建筑中高度H小于70m时，设备工作压力1.0MPa就可满足要求；当建筑总高度为70～110m时，设备工作压力1.6MPa可满足要求。所以凡高度在110m以下的建筑，完全可以“一泵到顶”，不必分区。当建筑总高度在110m以上时，空调冷媒水系统竖向必须分区。3、水管管路设计（1）冷冻水管管径计算由选取的各管段合适的水流速，并根据各管段水流量算出管径，并根据计算管径选取靠近的标准管径作为该段水管的管径。式中L水流量m3/hd水管内径mn水流速m/s推荐的流速管道种类推荐流速管道种类推荐流速水泵吸水管1.2~2.1集管1.2~4.5水泵出水管2.4~3.6排水管1.2~2.0一般供水干管1.5~3.0接自城市供水管网的水管0.9~2.0室内供水立管0.9~3.0注:此管径计算方法只能粗略估算，管径的计算需要水力计算。（2）水管压力损失的计算a、管道的摩擦压力损失(沿程阻力)式中λ摩擦系数d管道直径V水流速度ρ水的密度L管道长度b、局部压力损失(局部阻力)式中管道局部阻力系数c、水管压力损失=沿程压力损失+局部压力损失（3）冷凝水水管径确定冷凝水管路布置原则：a、空调冷凝水管应独立布置，不能与污水管相连；b、水平向冷凝水管的坡度应不小于0.01，并尽量缩短其长度，当长度较长时，根据实际情况设置悬挂结构，防止冷凝水管下垂；c、对于冷凝水盘位于空调机组内负压区时，在连冷凝水管时必须设置存水弯；d、采用集中排水方式时，应遵循“就近原则”，并尽量减少同一冷凝水水管所连接的空调机组的数量。e、由于冷凝水管路太长无法实现坡度时，可引入下层冷凝水管中排水，但要注意，引入管要斜插入下层冷凝管中。连接空调末端的冷凝水水管径为末端自身的冷凝水水管径，汇流后的管径根据汇流管所连接的末端设备的总制冷量选择。汇流后冷凝水水管径可参考下表选择：（三）风系统设计1、风道的布置原则风道布置直接关系到空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。（1）空调系统的风道在布置时应考虑使用的灵活性。当系统服务于多个房间时，可根据房间的用途分组，设置各个支风道，以便与调节。（2）风道的布置应根据工艺和气流组织的要求，可以采用架空明敷设，也可以暗敷设于地板下、内墙或顶棚中。（3）风道的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件应安排得当，管件与风管的连接、支管与干管的连接要合理，以减少阻力和噪声。（4）风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地方。（5）风道布置应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作。（6）风道布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原则。2、风管材料的选择用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、玻璃钢板、胶合板、铝板、砖及混凝土等。需要经常移动的风管，则大多采用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、金属软管、橡胶软管等。薄钢板有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。钢板厚度，一般采用0.5～1.5mm左右。对于有防腐要求的空调工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃钢板制作的风管。仅限于室内应用，且流体温度不可超过-10～+60℃。以砖、混凝土等材料制作风管，主要用于与建筑、结构相配合的场合。3、风管断面形状的选择风管断面形状有圆形和矩形两种。圆形断面的风管强度大、阻力小、消耗材料少，但加工工艺比较复杂，占用空间多，布置时难以与建筑、结构配合，常用于高速送风的空调系统；矩形断面的风管易加工、好布置，能充分利用建筑空间，弯头、三通等部件的尺寸较圆形风管的部件小。为了节省建筑空间，布置美观，一般民用建筑空调系统送、回风管道的断面形状均以矩形为宜。常用矩形风管的规格如下表所示。为了减少系统阻力，并考虑空调房间吊顶高度的限制，进行风道设计时，矩形风管的高宽比宜小于6，最大不应超过10。4、风道设计的原则风道设计时应统筹考虑经济、实用两条基本原则。5、风道设计的基本任务（1）确定风管的断面形状，选择风管的断面尺寸。（2）计算风管内的压力损失，最终确定风管的断面尺寸，并选择合适的通风机。风管的压力损失∆P由沿程压力损失∆Py和局部压力损失∆Pj两部分组成，即：∆P=∆Py+∆Pj（Pa）a、沿程压力损失的基本计算公式长度为l(m)的风管沿程压力损失可按下式计算：∆Py=∆pyl(Pa)式中∆py—单位管长沿程压力损失，也称为单位管长摩擦阻力损失，单位为Pa/m。b、局部压力损失的基本计算公式∆Pj=ζ×υ2ρ/2（Pa）式中ζ—局部阻力系数；υ—ζ与之对应的断面流速。ρ—空气密度，标准状况下（大气压力为101325Pa，温度为20℃），ρ=1.2kg/m3；机房系统设计（一）主机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70~80%，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择制冷主机。制冷主机台数可根据建筑业主和建筑所备机房情况进行确定（二）水泵1、水泵主要形式2、水泵的选择（1）水泵流量的确定a、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Q为制冷主机制冷量b、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。（2）水泵扬程的确定冷冻水泵扬程的组成a.制冷机组蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O；（具体值可参看产品样本）b.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5~7mH2O；具体值可参看产品样本）c.回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O；d.分水器、集水器水阻力：一般一个为3mH2O；e.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为7~10mH2O；综上所述，冷冻水泵扬程为26~35mH2O，一般选32~36mH2O。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a、制冷机组蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O；（具体值可参看产品样本）b、回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O；c、分水器、集水器水阻力：一般一个为3mH2O；d、地埋管系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为7~10mH2O；综上所述，冷却水泵扬程为20~28mH2O，一般选28~32mH2O。补水水泵扬程的计算：a、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。b、沿程阻力损失和局部阻力损失一般为3~5mH2O。3、水泵并联运行情况水泵台数流量流量的增加值与单台泵运行比较流量的减少1100/2190905%32516116%42843329%53001640%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。故建议：（1）选用多台水泵时，要考虑流量的衰减，一般附加5%～10%的裕量。（2）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。（3）大中型工程应分别设置冷,热水循环泵。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）定压补水在闭式循环的水系统中，需要给系统定压，其目的是保证系统管道及设备内充满水，以避免空气被吸入系统中。为此，必须保证管道中任何一点的压力都要高于大气压力。目前，空调水系统的定压方式有两种，一是高位开式膨胀水箱方式(多用在地源侧)；二是气压罐方式（俗称落地式膨胀水箱，多用在末端侧）。在工程中，应优先采用高位开式膨胀水箱，因为它运行时无需消耗电能，工作稳定可靠。只有当建筑物无法设置高位开式膨胀水箱时，采用气压罐方式。1、高位开式膨胀水箱在闭式循环的空调水系统中，膨胀水箱的作用①容纳水受热膨胀后多余的体积；②解决系统的定压问题；③向系统补水。（1）膨胀水箱的容积和选型膨胀水箱的有效容积为膨胀水量Vp与调节水量Vt之和.即V=Vp+Vt膨胀水量:Vp=a·Vc·△ta-水的膨胀系数,取0.0005.Vc-系统的水容量(L)△t-水的平均温差,冷水取15,热水取45.估算膨胀水量Vp:冷水约0.1L/KW,热水约0.3L/KW.调节水量Vt为补水泵3min的流量,且保持水箱调节水位不小于200mm.最低水位应高于系统最高点0.5m以上.对于普通的高层民用建筑，如果以系统的设计冷负荷QL为基础，则系统的单位水容量大约为2～3升/kW。当采用双管制系统时，若取水的最低工作温度为7℃，最高工作温度为65℃，则膨胀水箱的有效膨胀容积，可采用简化的估算方法按下式计算：V=0.006×（65-7）×（2～3）QL=（0.07～0.1）QL（升）（2）膨胀水箱的设置及其配管膨胀水箱的安装高度，应至少高出系统最高点0.5m（通常取1.0～1.5m）。安装水箱时，下部应作支座，支座长度应超出底板100～200mm，其高度应大于300mm，支座材料可用方木、钢筋混凝土或砖，水箱间外墙应考虑安装用予留空洞。膨胀水箱上的配管有膨胀管、信号管、溢水管、排水管和循环管