机组选型及计算

冷热负荷的计算及机组选型3.1工程基本情况介绍3.2空调系统的组成该度假村的空调系统选用太阳能-循环水热泵+地板采暖埋管（供暖）+风机盘 管（制冷）的空调系统。系统包括冷热源设备、室内空调末端风、循环水系统、太阳 能辅助热源系统等四部分。3.2.1冷热源设备根据用户所在地区提供的条件，该地区为长春二热综合楼，热电厂循环水提供空 调系统所需要的冷热源，此外，利用太阳能集热器来提取太阳能。机组自带热回收新 风系统，新风量1050m3/h，新风系统带有自动除湿装置和中效过滤装置。机组有制冷、制热、除湿、通风4种工况。同时配1台热水储罐，先利用空调机 组冷凝热加热生活热水，送入热水储罐内，不足部分由热水储罐内的电加热器加热供 给。水温由电加热器控制，生活热水供水温度可达50C。3.2.2风系统新风由热回收新风机提供，机组不仅承担厂区综合楼内全部湿负荷，还承担一小 部分空调负荷，从空调机组出来的新风（送风温度1415C，相对湿度80%90%） 直接送到混风箱，通过混风箱内的风机二次加压后沿支风道送入各个房间的冷吊顶 内，冷吊顶起静压箱的作用，送风从冷顶板的开口处以置换风的方式沿墙下送至地面， 再沿地面向四周涌动，在房间低处形成低温空气湖，遇热源（人体等）形成上升空气流， 并带走热源处污染物，房间内形成温度和污染物浓度分层，上部空气从消声回风口排 出至走廊，被走廊吊顶上所设集中回风口吸走，通过排风管道回到空调机组，换热后 被排到室外。新风和排风管道采用镀锌钢板制作。3.2.3水系统室内空调末段水系统采用卧式暗装风机盘管。卧式暗装风机盘管是在特制铜管后 加装离心式风机。水系统共分为*个支路，集中到分集水器上，各支路设电动水阀， 根据房间温度控制水阀的通断。卧式风机盘管承担房间的主要冷热负荷18。3.2.4太阳能辅助热源系统在太阳能辅助系统中，包括集热器、贮热设备、集热泵和控制系统等。在冬季， 热泵机组按供热工况运行，低沸点工质流经蒸发器时蒸发成蒸汽此时从低温位处吸 热，经压缩机升温升压后进入冷凝器，热量在凝汽器中被冷却介质带走，以达到制热 的目的。在夏季，通过四通阀换向，热泵系统可以实现制冷循环。下面是太阳能系统 冬季供热过程：晴天，载热介质在集热器中集热，然后流过贮热水槽，并通过槽内换 热盘管将热量传递给水后。在水泵作用下流回集热器，开始下一次循环。蓄热水槽中 热水流经换热器与埋地盘管出口水进行热交换，再返回水槽换热。在阴天或晚上，集 热环路停止运行，放热环路运转，为了避免冻结，放热回路进行保温措施。3.3热负荷计算3.3.1主要计算公式1. 通过围护物的温差传热量作用下的基本耗热量：Q. = K x(t - t )x a(3-1)式中：Qj通过供暖房间某一面围护物的温差传热量(或称为基本耗热量)，W；K该面围护物的传热系数，W/(m2. C)；tn室内空气计算温度，C；tw室外供暖计算温度，C；a 温差修正系数。(注：对于内门、内墙、内窗，如果提供了邻室温差，则基本耗热量计算公式如下：Qj = KxF xAT(3-2)式中：T邻室温差。其它符号意义同上.该围护结构的附加耗热量等于其基本耗 热量。)2. 附加耗热量：Q = Q x(1+P +P )x (1+P ) + Q xp(3-3)l jch ffg j x式中：Q附加耗热量；6 ch朝向附加率(或称朝向修正系数)；6 f风力附加率(或称风力修正系数)；6 fg高度附加；6 x外门附加。3. 通过门窗缝隙的冷风渗透耗热量Qs(W)：Q = 0.28xC xVxp x(t -1 )(3-4)spw n w式中：C干空气的定压质量比热容,Cp = 1.0 kJ/ (Kg.C)；V渗透空气的体积流量，m3 / h；p w室外温度下的空气密度，kg / m3；tn室内空气计算温度，C；tw室外供暖计算温度，C。(1) V的确定：V = 11 x L0 x POW (m, b)( 3-5 )式中：11 外门窗缝隙长度，m；L0每米门窗缝隙的基准渗风量，m3 / h.m；m门窗缝隙的渗风量综合修正系数；b门窗缝隙渗风指数，b=0.560.78当无实测数据的时可以取b=0.67。(2) L0的确定：L = al x pow(v x v x p / 2), b)(3-6)01010 w式中：al门窗缝隙渗系，m3/(m xh xPab)，注：Pab代表：Pa(帕)的b次方；v10基准高度冬季室外最多风向的平均风速，m/s。(3) m的确定：m = C x C x( pow (n,1/ b) + C) x C(37)式中：Cr热压系数；Cf风压差系数，m / s，当无实测数据的时候，可取0.7；C作用于门窗分析两侧的有效热压差和有效风压差之比；Ch高度修正系数，可按下式计算：(Ch = 0.3 xpow( h, 0.4 )，式中：h计算门窗的中心线的标高。)(4) C的确定：(3 8)C=70x(hzh)/Cf xv10xv10xpow( h, 0.4) x(tntw)/(273+tn)式中：hz热压单独作用下，建筑物中和界的标高,m；tn,建筑物内形成热压作用的竖井计算温度，C。3.3.2计算过程及结果i 采暖垫负有C: Docuents and Settings 第一层- 匚HfX地理与气候 房间设置围护结祠计算结果省份：市市省省古省常市省省省省省省省省省省 京津北西蒙宁海苏江徵建西东南北南东 北天河山内辽皇上江浙安福江山河湖湖广ents and Sett ings.、第一层. . . .地理与气候房间设置.围护结鞫 计耸结果序号1类型朝向 面积佐热.朝向.温差.当前房间:南北东西80. 10U. 45-0.251.0080. 100. 450. 101.0062. 100. 45-0. 051.0062. 100. 45-0. 051.00389.0T0. 450. 001.0032. 402. 68-0.2532. 402. 680. 1027. 002. 68-0. 0510.802. 68-0. 05101 V外墙屋面外窗外门以新建打开IHI如果在围护结构中/加了屋 面和地面，那么进行耗热量 计耸时会自动的在第一层中 加入地面的传热量，而在顶 层中加入屋面的传热量。 H另存内墙内门窗退出帮助鸿业科技 www. hongye. com. cn9:312011-4-18图1-3围护结构计算i 采暖垫负荷C: Docuents and Settings k第一层- 匚|5地理与气候|房间设置围护结祠计耸结果号序 o 1 2-1.1- 4 5 6 I 11 0.-1.1- LI-JCM- 1 0M- _MD 1x 11 11 1x 11 11 1x型面墙墙墙墙窗窗窗窗门他计标计标类地外外外外外外外外外其合指总指员荷co面积K温差. . 朝向7528.5389. I0. 4501.0LILILI. OLILI692.247. 700. 4501.0LILI-U.2501LH5.347. 700. 4501.0000. 1UU943. U51.300. 4501.0LILI-0.050645.235. 100. 4501.0LILI-0.0502800.332. 402. 680-0.2504107.232. 402. 6800. 1002955.927. 002. 680-0.050U82.410.802. 680-u.050243. 8,d. 0000. 450-U.2500. 0002211456. 842211456. 84选择计算房间：计算温差At :43计算书详细简洁EXCEL查看么新建 疆打开ig保存启另存x退出帮助鸿业科技 www. horLe. com. cn9：532011-4-18图1-4计算结果采暖热负荷计算表5*及方向面积 七也、f.V -疽血Mw-拦K.量亲暖热园椅U”.、时门 t朝向崔正后1QQiQctF=Cl+Q2-HQ3Q=Qco+;fj 匚wwwWW101互：鬲卯.70On 45凯00-23. DO铝OQg 00-a零6BZ.25S92. Z569Z. 3569Z. Z5上后7_700.4E-20. U0T3. 0D43. IJj923. dQij. 1U1015. 2Slij盅的10L5-29lLil.251-300. 4520. 00吧& 004?. Ki99EL 66-a943. 02明土 029转血御.皿35.100.姑20. 0023. DO43. Ml睥1-3-o. ce.&dE._ 23海m6板23洒-23.面3B9.070. 4E20 00-23. OD)43. iXi7528. 500-007528. 50752BL 50752Su E0花跷.50:V -1- L:项2(. | |-28. 01)4 M3733. 782i mi. .28D0,332900.332BOOL S3.I； |L32- 402.&E2CL 00-23. Odj43. 003733. 7E0. LU4LW. 15410L154107.154107. L5:石21. 002.6E20. on-23,叩43. DO3111,如-0.虑W岫91炫& 31塞158. 91- r：10_ 8U682LL UU-23. DO43. IJj技m E.y-0. C61182. 3611E2.361182.3611E2.369. QQ0. 4520. 00-25. 0043. ra174.15-a零161130.61245.3133. BlE20IJU. 6522113L9522113. B5该单元门：砂3 -II.：-如荷面枳t：心IL, * :息的耗热星：22113.8E 蹄L 339.07n2负荷面枳指标：E6. EW/m2图1-5采暖热负荷计算表图2-1房间设置图2-2围护结构T采暖垫负有新建文件地理与气候房间设置围护结构计萱结果号亨 _u 1 2 3 4 f 1 3 4 5 6 7 S 9 11111型墙墙墙墙窗窗窗窗他计标计标类外外外外外外外外其台指总指负荷印）面积K温差.朝向.613.942.300. 4501.LILILI-0.250900. 442.300. 4501.LILILI0.100645. 235.100. 4501.LILILI-0.050343. 051.300. 4501.LILILI-0.0503267.137.802. 680-0.2504791.737.802. 6800.1002955.927.ULI2. 680-0.0501182.410.802. 680-0.0500.0001529938.091529938.09新建打开鸿肿科技 www. hune. com. cn选择计算房间：201 v计萱温差At：43计算书详细简洁查看保存启另存形退出帮助8:272011-4-19图2-3计算结果采暖热负荷计算表房间 编号名称 及方向面积系数室内计苴温度暖外算度供室计温室内外计算温度差基本耗热fi修正后耗热星围护结构耗热s采暖热负荷总的采暖热员荷朝向悠正后耗热星ktwAtQQQlQcn=Ql-HQ2-HQ3Q=Qcn-+QfmCCCV/V/V/WV/201南外墙42. 300. 4520. 00-23.0043. i：n：i813.51-|：|. 25613.88613.88613.S3613. 88北外墙42.300. 4520. 00-23.0043. 00818.51Ll. 10900.36900.36900.36900. 36西外墙35. 100. 4520. 00-23.0043. 00679.19-0. 05645.23645.23645.23645.23东外墙51.300. 4520. 00-23.0043. 00992.66-0.05943.02943.02943.02943.02南外街37.802. 6820. 00-23.0043. 004356.07-Ll. 253267. 053267.053267.053267.05北外窗37.802. 6820. 00-23.0043. 004356.070. 104791.684791.684791.684791.68西外街27. 002. 6820. 00-23.0043. LILI3111.48-Ll. 052955.912955.912955.912955.91东外窗10. 802. 6S20. 00-23.0043. 001244. 59-Ll. 051182.3611S2.3611S2.361182.36小计30598. 9830598.98该单亓敖计：30598. 98而根:401.位荷面根指标：7&.1&V扁*敖的耕热量:30598. 98而根:401.位荷面根指标：T6. ISW/mZ图2-4采暖热负荷计算表图3-1房间设置图3-2围护结构图3-3计算结果果暖热负荷计算表司隹地点数室内 g 吊度哩* m * 供至计_竺在卜计度左息.本An芝1、UM明昌巨男皓学朝向僻丁后轮丸旦kt=tw凸七QQQiQsfQ1-h32Q3Q=Qcn-H2fj2 ID心1*T!17w7-W301度面3. 8T0. 4520. XiW.CET9S3.33D.oi7953.337963.33T9S3.337563. 33南外弟58 93. 4520 EC-23 CO4:3 D3L131.9T-a. 25sis gaS48 98日48 gaBOB J9B，gS3 100. 4520 Xi-23 CO43 CO10?.4Bu iaL130.23L130.231131.23113D. 23A?li51.3D0. 4S20.DZI-23. CC43.S992.66-a. 05943. ce943. ce943. ce943.0P35.1U0. 4520. Xi-2：1 L043.S6N. IQ-0.05645.23645.23645.23645.23电外宣2.E02. &S2D. EC-*OJ霍.ZQSB. LB-a.E5LKG.S9LKe.891B&B.叫1 一句油2T DD2.时2Q CO-23 CO的DD3LU.4Ba ia3422.633422. A33422.6334Z. 63为外新27 TOM 6620 CO-23 CO43 CO3111.4B-0J159S.9t2 获.912痂312955.91A?rf1LLBD2. 662O.B-23. CM43.SLB.59-a. osL1.3BL18S.9BLI 田 361102.36!i-23&42. 3123=2.37该单元总计：Z3WZ. 3了 面枳：3叫.S7n、Z 血荷面枳指标：5D. IE扁W离序!辞蛆品：2364巳37而积：390. 87/2唯ffHSHRB标：即.倒 M2图3-4采暖热负荷计算表4.整座综合楼的单位面积的耗热量计算总的耗热量=22113.85+30598.98+23642.37=76355.2Je7.6x104J总面积=389.07+401.67+390.87=1181.61m2单位面积的耗热量=7.6x104 / 1181.6165J/m2本设计的空调热负荷的计算采用鸿业负荷计算软件进行计算，计算过程及相关参 数可以参见截图1-2至3-4。经过计算，该综合楼的冬季采暖总负荷为76kW。3.4冷负荷计算3.4.1主要计算公式1) 新风冷负荷Qq = md X Wd X (iwin)/3.6(3-9)式中：Qq新风冷负荷，kW；Wd新风量，m3/h；md夏季空调室外计算干球温度下的空气密度(1.13kg/m3)；iw夏季室外计算参数下的焓值，kJ/kg；in室内空气的焓值，kJ/kg。2) 新风湿负荷Qq = md X Wd X (dw-dn) X 0.001(3-10)式中：Qq新风湿负荷，kW；dw 夏季空调室外计算参数时的含湿量，g/kg；dn室内空气的含湿量，g/kg；0.001输送管道损失系数。3) 渗透冷负荷：计算方法同新风冷负荷。4) 渗透湿负荷：计算方法同新风湿负荷。5) 外墙和屋面冷负荷CL = FXKX(tl + td) X ( Katn )(3-11)式中：F外墙或屋面的面积；K外墙或屋面的传热系数；t冷负荷计算温度的逐时值；td温度的地点修正值，单位：度；K温度的由于外表面放热系数不同引起的温度修正系数，无因次;室内设计温度。6）外窗和天窗冷负荷该冷负荷可分为三部分：直射冷负荷，散射冷负荷，传热冷负荷。直射冷负荷：CL = FzXCzXDj, maxXCcl式中：F 窗玻璃的直射面积;C 窗玻璃的综合遮挡系数;D,皿日射得热因数的最大值;Ccl 冷负荷系数。散射冷负荷：式中：F窗玻璃的散射面积。(3-12)(3-13)传热冷负荷:C = FXK( tl-tn )(3-14)Cl = FsXCzXDj,qCci3.4.2计算过程及结果5冷负荷计算新建文件口回区图3-5冷负荷计算长春夏季的气象参T冷负荷计算新建文件地理位置房间设置围护结构计算结果面积K朝向冷负荷湿负荷房间号:101 v123456L8910111213142. 052. 052. 052. 050. 632. 092. 092. 09 2.0923158410772933769351421928735129822029335335 22364 223640. 3260. 3260. 3260. 651 0.651平7 7 3 114 4 0 7.15.9.2.2.|:|.4 4 5 3 3 3 3 2 13是大员荷出现在:17:00逐时员荷17至|-计算书一详细简洁EXC：ELL查看只新建 富打开 蝴保存 启另存 彩退出 铉帮助鸿业科技 h+tp：/www. hune. com. cn19:052011-5-17本设计的空调冷负荷的计算采用鸿业负荷计算软件进行计算，计算过程及相关参 数可以参见截图3-5和3-6。经过计算，该综合楼的夏季制冷总负荷为67kW。3.5热泵机组的选型热力循环原理表明同一热泵不可能同时满足冷热两种负荷，选择热泵容量的依据 究竟是热负荷还是冷负荷呢？这个问题的解决首先要考虑人的舒适感，一个选择不合 理的系统，其制热（冷）能力不论是偏大还是偏小都不能提供足够的舒适感。当系统 的制冷量大于冷负荷时，系统必须频繁地启动，这会造成盘管的平均温度升高，同时 又不能去除室内空气中的湿度，频繁的循环还会降低设备的使用寿命，降低运行效率， 增加制冷过程的运行费用，设备选的过大也会增加系统的初投资。在南方地区，建筑 物的冷负荷远远大于热负荷，因此机组的容量应以满足夏季冷负荷为主，北方地区恰 好相反。设备容量的选择可以适当偏大，一般不要超过冷负荷的25%。通过负荷计算可知，该厂区综合楼的计算热负荷为76kW；计算冷负荷为67kW。 一般该厂区综合楼的房间存在着不同时使用的情况，根据计算总的冷热负荷，选用世 纪昌龙新能源公司生产的型号为SWM-（100）型热泵机组1台。该型号机组具有技术先进、高效节能、经济环保、运行稳定可靠和适用范围广等 特点。通过实测，其能效比（COP）高达90%以上。机组详细参数见表3-1。第四章换热系统的设计4.1换热器的负荷计算换热器的设计需要知道在某一特定阶段内从循环水吸取的热量或释放出去的热 量，通常应满足一年中最冷月和最热月的要求。在供冷季节，输入系统的所有能量都 必须释放到地下，这些能量包括系统热负荷、系统耗功量和换热器循环泵的耗功量。 循环泵耗功量可近似为泵的耗功量与热泵运行小时数的乘积。在供热季节，从循环水 吸收的热量等于设备的制热量减去输入的电功，输入的热量包括压缩机耗功量和换热 器循环泵的耗功量。夏季排放的热量和冬季吸收的热量可以分别由下述公式计算：COP )c ,=251.98kW(4-1)Q2=QH *一 cOt :H 7=173.1kW(4-2)式中：Q1夏季向土壤排放的热量，251.98kWQC夏季设计总冷负荷，213.8kW；q2冬季从循环水吸收的热量，kW；Qh冬季设计总热负荷，225.6kW；COPC设计工况下水源热泵机组的制冷系数5.6；COPH设计工况下水源热泵机组的供热系数4.3。一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量 以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的COPc、COPH。本设 计取制冷工况下COPC=5.6；取制热工况COPh=4.3。4.2地埋管换热器的设计这部分内容主要包括地下热交换器形式及管材选择，管径、管长的确定和管道阻 力计算及水泵选型等。在此将作重点叙述。4.2.1.换热器分类：(1) 按照使用目的分类：冷却器、加热器、再沸器、冷凝器等；(2) 按照结构分类：管壳式、板式、管式等。4.2.11 .换热器的类型选择换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的 换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。因此，针对具体 情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面 的，主要有：(1) 热负荷及流量大小；(2) 流体的性质；(3) 温度、压力及允许压降的范围；(4) 对清洗、维修的要求；(5) 设备结构、材料、尺寸、重量；(6) 价格、使用安全性和寿命。在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、制造条件、 密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设 计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热 器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计 的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术 人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有 足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比， 从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换 热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。它与常规的管壳式换 热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在适用 的范围内有取代管壳式换热器的趋势。板式换热器具有传热系数高、压降小、结构紧凑、质量轻、占用空间小、面积和 流程组合方便、零件通用性强、可选择材料广以及容易实现规模化生产等特点，已被 广泛应用于食品、机械、冶金、石油化工和船舶等领域，并成为城市集中供热工程中 的主导换热设备。板式换热器的特点(板式换热器与管壳式换热器的比较)a. 传热系数高。由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流 道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数(一般Re=50200)下产生紊流，所以传热 系数高，一般认为是管壳式的35倍。b. 对数平均温差大，末端温差小。在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内 流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流 流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流 动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1c, 而管壳式换热器一般为5C。c. 占地面积小。板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的25倍，也 不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占 地面积约为管壳式换热器的1/51/8。d. 容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热 面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的 换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。e. 重量轻。板式换热器的板片厚度仅为0.40.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度 为2.02.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳 式重量的1/5左右。f. 价格低。采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%60%。g. 制作方便。板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产， 管壳式换热器一般采用手工制作。h. 容易清洗。框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行 机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。i. 热损失小。板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽 略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。j. 不易结垢。由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/31/10.综上所述:结合上文和本设计的实际工程情况，本设计的换热器采用板式换热器。4.2.2选择管材一般来讲，一旦将换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，这就要求保 证埋入地下管材的化学性质稳定并且耐腐蚀。常规空调系统中使用的金属管材在这方 面存在严重不足，且需要埋入地下的管道的数量较多，应该优先考虑使用价格较低的 管材。所以，地暖系统中一般采用塑料管材，目前最常用的是聚乙烯(PE)和聚丁烯8) 管材，它们韧性好、强度高、而且可以通过热熔合形成比管子自身强度更好的连接接 头，可以保证使用50年以上，因此在国外地暖系统中得到了广泛应用。而乙烯基聚 合物质（PVC）管材由于不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此，不推 荐用于地下埋管系统。表4-1PE管管径型号（单位:mm）公称外径DN平均外径圆度管系列S6.3S5S4S3.2S2.5demmindemmin直管盘管公称壁厚en1212.012.3-1.0-1.02.01616.016.3-1.0-1.02.02.22.72020.020.3-1.0-1.22.02.32.83.42525.025.3-1.0-1.52.02.32.83.54.23232.032.3-1.0-2.02.42.93.64.45.44040.040.4-1.0-2.13.03.74.55.56.75050.050.5-1.2-3.03.74.65.66.98.36363.063.6V 1.6-3.84.75.87.18.610.57575.075.7-1.85.66.88.410.312.59090.090.9-2.26.78.210.112.315.0110110.0110.0-2.78.110.012.315.118.3本设计选用聚乙烯（PE）管。4.2.3确定管径在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1）为了使得循环泵的能耗较小，也就是降低运行费用，选择管径必须尽量大；（2）管径足够小，以使管内的流体处于紊流区，使流体和管内壁之间的换热效 果好，同时节省材料。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用 大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内 流速控制在1.22m/s以下，对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般 把各管段压力损失控制在4mH2O/100m当量长度以下。计算换热器管中的流量：由公式（4-3）式中：C循环介质的比热容，kJ/kg.C；t进出口温差，C（这里选择5C温差）=Qh x (Cop-1)-C-At - COPH=8. 9 9(kg/s)则q = qm = 8.78 x 10-3 (m3 / s)。表4-2管径的规格管径的规格20mm25 mm50mm80mm110mm选用管径50mm的做为集管的管径，每台机组选用1条集管，则每条集管的体积流量：qv则由公式q = 4兀d 2 v可得v=q =1.38m/s；兀d2同理，选用管径75mm或90mm的做为集管的管径。得流速:v=q =1.99m/s，或 1.38m/s兀d2显然，只有管径为75mm和90mm时流速在13m/s以内，都符合要求。本设计选用聚乙烯管材PE80 （SDR11），集管管径为DN75。4.2.4确定地埋管换热器长度地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤 技术资料，如地下温度、传热系数等。文献4介绍了一种计算方法共分9个步骤， 很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算 管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，通常情况下，垂直埋管为 70110W/m（井深），或3555W/m（管长），水平埋管为2040W/m （管长）左右囹。 此时埋管可按照以下公式计算：(4-4)L _ 1000%茨q式中：L埋管总长，m；每米管长换热量，40W/m；iq,Qma是指分别夏季土壤埋管换热器排放的最大热量Q1和冬夏季从土壤换 热器吸收的最大热量Q2中的较大者。由上述计算过程及结果代入公式如下：L _ 1200Qmax =6299.5m qi计算结果圆整后取L = 6300 m表4-3流体种类物性参数水 h x 103(5C)20%CaCl2 溶液(0C)20%乙二醇水溶液(0C)密度/ (kg/m3)10001187.081025动力黏度/(Pa-s)1.533.333.14X10 -比热容kJ/(kg-K)4.183.043.854.3地埋管压力损失的计算及水泵的选择4.3.1环路压力损失的计算地埋管的压力损失可以按照以下方法进行计算。确定管内流体流量，公称直径和流体特性。流量计算公式为：(4-5)_ 3.6QGzC At=47.1m3/h式中：G循环液的最大流量，m3/h；Cp循环液的比定压热容，kJ/kg.C,此处取水的Cp=4.2 kJ/kg.C；Qz地热换热器的吸热量，kW；At循环液的温差，C。公称直径D=75mm，流体特性见表4-3。根据公称直径，确定地埋管的内径。计算地埋管的断面面积A：a 兀d2A =(4-6)4=4.42x10-3m2式中：A地埋管断面面积，m2；d地埋管的内径，m。计算管内流体的流速v：G(4-7)v =3600A=2.96 m/s式中：v管内流体流速，m/s；G循环液的流量，m3/h。计算管内流体的雷诺数Re：(4-8)=7.25x109式中：Re雷诺数；P防冻液的密度，kg/m3；/防冻液的动力黏度，Pas。可见流体处于紊流区，阻力损失可以按以下公式计算各管段阻力。计算管段的沿程阻力PY：由经验公式：P = 0.1582p 0.75 日0.25d-1.25V1.75(49)=0.1582 X 10250.75 X (3.14 x 10-8)0.25 x 0.075-1.25 x 2.961.75=Pa/m则P武 x 2534=1267000Pa式中：PY计算管段的沿程阻力，Pa；Pd计算管度单位管长的沿程阻力，Pa/m；L计算管段的长度，m。计算管段的局部阻力Pj：P = PdL(4-10)式中：Pj计算管段的局部阻力，Pa；L.计算管段管件的当量长度，m。其中七的确定如下：设埋管系统中有弯 头112个，直流三通4个，闸阀2个，截止阀4个。查管件当量长度表求得：Lj=112 X 1.5+4 X3.1+2X 0.3+4 X 3.4=194.6 m将数据代入式得P = PdL=521 x 194.6=101386.6 Pa埋管环路总阻力P：P = Py + P +AP(4-11)=1267000+101386.6+90000=1458386.6Pa式中：P埋管环路总阻力，Pa；P流体通过热泵机组时的压降，Pa。4.3.2循环水泵的选择根据埋管环路总阻力可以确定水泵的扬程，但需考虑10%的安全裕量，即循环水 泵扬程为：H=1458386.6 x 1.1=1604225 Pa=160mH2O总流量为：G = G x 1.1 = 47.1 x 1.1 = 51.81m 3/h根据流量和阻力损失，选择上海第一水泵水泵厂生产的型号为50FSB-15的循环 水泵两台，一用一备。该型泵特别适合于各类建筑的中央空调系统的喷淋空调系统 冷水、冷却水、热水循环的需要，亦可用于其它工程的给排水系统。其输送介质为清 水或理化性质类似清水的其它液体。介质温度为-20C120C，泵能承受1.6MPa压 力，性能可靠，符合最新部颁布标准JB/T53062-93的要求，具有安全可靠、性能稳 定和寿命长等优点。该泵的性能参数见表4-4。表4-4型号150QJ20流量m3h扬程m效率n %功率kW转速 rad/min必须汽蚀余量(NPSH)r(m)重量kg轴功率电机功率20180551018.529003.01000QJ(R)型井用潜水泵性能表4.3.3校核管材承压能力管路最大压力应小于管材的承压能力。管路所需承受的最大压力等于大气压力、重 力作用静压和水泵扬程一半的总和1，即：P=% + Pgh + 0.5H(4-12)式中：P管路最大压力，Papo建筑物所在的当地大气压，Pa；P地下埋管中流体密度，kg/m3；g当地重力加速度，m/s2；h地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，m；H水泵扬程，Pa。本设计管材承压能力校正如下：长春夏季大气压力P o = 98560 Pa，水的密度p=1000kg/m3；当地重力加速度g =9.8 m/s2，高度差h=10 m ；重力作用静压pgh =98000Pa，水泵扬程一半0.5 H =831380.33Pa ；因此，管路最大压力 p = p +pgh+0.5H=1027940Pa （约 1.02Mpa）, 聚乙烯PE80 （SDR11 ）额定承压能力为1.24MPa，管材满足设计要求。表4-5换热器管材性能参数表公称直径（mm）公称壁厚（mm）单重kg/m公称压力（Mpa）导热系数（W/mC）504.60.481.240.424.4太阳能集热器的设计4.4.1太阳能热负荷的确定根据建筑给水排水设计规范GB50015-2003规定，人均热水供应应为60L/ 天，该厂区综合楼按照50人来计算。由公式：mq C（t T ）p（4 13）Q K * 86.00 1 1（4-13 ）式中：Qh设计小时耗热量，W；Kh热水小时变化系数（按人数50人查得应为0.85）；m用水计算单位数，（50人）；qr热水用水量定额，（60L/人-天）；C水的比热容，（4.187kJ/kg.C）；tr热水温度（50C）；冷水温度（夏季按20C，冬季按10C）；p热水密度（1kg/L）。将数据代入式（4-13），计算热水负荷得：冬季：a. =4.2 kW；夏季：Qh =3.089 kW。该综合楼最大的特点是所在地区为长春地区，热负荷大于冷负荷，冷热负荷相差 非常大，冬夏两季可能因吸热与放热的不平衡而引起岩土的温度降低或升高，导致冬夏热源温度失衡。为了避免这一情况，太阳能辅助供热就成为有效的解决途径囹。冬夏两季的冷热负荷差为:Q=Qh-Qc=76-67=9KW相差的负荷可用太阳能供热的方式来解决，但是由于土壤具有热平衡自动恢复性 能，本设计中相差负荷无需全部用太阳能来强制恢复热平衡，因此太阳能的辅助供热 可以适当选择一个系数囹，本设计可选0.1。则太阳能系统的热负荷为：Q = 4.2 + 9 x 0.1=5.1kW4.4.2循环液流量的计算由公式：(4-14)式中：Q太阳能系统热负荷，kW；c 防冻液的比热容，kJ/(kg.C)；qv热水系统水的流量，kg/s；AT系统要求水温与基础水温之差，C。本系统设计冬季要求水温为50C，基础水温为10C，因此温差T=40C；水的比热容c=4.18kJ/(kgC)。由此可以算得AQ _5.1cAT 4.18 x 40=0.031kg /s=0.1116t/h4.4.3集热器的选择太阳能集热器是一种利用温室效应，将太阳辐射能转化为热能的装置。目前，太阳能集热器根据集热管材布置形式不同可以分为管式和平板式(见图4-5 )两种。两者在结构组成上都是由集热板、透明盖板、保温层和外壳组成。它们 的特征是采光面积与集热板面积相同，不仅可以收集太阳的直接辐射，而且还 可以接受散射辐射。图4-4平板式太阳能集热器随着社会的发展，传统的管式太阳能热水器在一定程度上影响城市景观。平板式 太阳能热水器和建筑的一体化是绿色能源和新建筑理念的有机结合。在国家政策的引 导下将成为未来太阳能热水系统的发展趋势。这是因为平板式太阳能集热器和建筑结 合美观，整体性好、单位面积集热效率高、部件少、故障少（有防冻处理），易于安 装在坡屋面、阳台、墙壁上，便于分体式设计。本设计选用杭州煌家太阳能设备有限公司生产的太阳能智能中央热水系统专用 的owon （澳凰）系列平板式太阳能集热器，该系列产品具有以下技术特点：1、吸热体采用德国真空磁控溅射金属陶瓷层（CERMET）镀膜带，集热板芯吸 收率95%（2），集热板芯发射率5%（2），使用寿命不少于25年；2、板芯为整体式结构，集管、排管全部被吸热体遮盖，最大限度地提高了有效 吸热面积，集热效率高；3、玻璃盖板采用美国技术生产的超白钢化玻璃，透光率大于91.02%，机械强度 比普通玻璃高4倍；4、集热器板芯工质流道材质为Tp2纯铜管，耐腐蚀，寿命长，承压能力强；5、板芯镀膜带与流道金属管的焊接采用激光焊，对膜层几乎无损伤，热效率比超声波焊接（的板芯）高2%，外观美观；6、边框为加厚铝合金型材，结构强度大，表面经氧化磨沙处理，膜层厚，耐腐 蚀，美观；7、集热器板芯结构有栅形和蛇形，适合于家用和大型集热工程;9、集热器保温材料经技术处理，具有防水防潮功能，有效减少集热器吸潮能力;10、控制系统采用电脑智能自动控制，功能齐全、性能可靠，可以做到无人值守。 单块集热器的参数如表4-6所示。表4-6单块平板集热器的参数名称数据名称数据集热器尺寸（长X宽）（m）2.5 X1.60吸收板导热系数（w/m C ）384管子间距（mm）125吸热板厚度（mm）0.5管径（mm）10底部绝热层厚度（mm）50透明盖板层数1边缘绝热层厚度（mm）25透明盖板发射率（%）88绝热材料导热系数（w/m. C）0.045吸收板发射率（%）95吸热板与透明盖板间距（mm）254.4.4太阳能集热面积的计算集热器采光面积的计算公式为:(4 15)AQJ门（1 一门乙）式中：A太阳热水系统的集热面积，m2；Q太阳热水系统的热负荷，kW ；Jt平均日太阳辐照量，可取25 MJ/m2；门s 集热器的平均集热效率，在0.30.5之间;水箱和管路的热损失率，可按0.20.3选取。代入数据得:x AQ5.1 x 103 x 3600 x