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第8章空调冷热源系统设计
8.1方案比较及确定
空调系统的冷热源是系统组成的三大部分中的重要部分。
它为空调系统提供冷媒和热媒，空调系统可以直接或间接地通过冷媒从室内除去热量，也可以直接或间接地通过热媒向室内加入热量，以维持被调房间的热湿环境。
近年来由于环保要求的提高，对建筑的采暖空调方式提出了新的要求。
作为独立的建筑物，既需要冬季供暖又需要夏季空调。
根据这种实际需求，我们推荐采用当今最新技术的热泵系统。
地源热泵系统是一种利用地下浅层地热能资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵机组通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。
浅层地热能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。
而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
热泵系统是一种先进的高效节能、无任何污染的采暖空调方式，在建筑用能领域，是作为环保和节能首推的新技术应用项目。
2003年建设部将热泵采暖空调技术列为建筑节能新技术成果大力推广。
推广热泵技术，将对保护环境、提高环境质量、进一步推动和落实“还人类碧水蓝天”起到更好的积极效果。
地源热泵系统根据对能源载体的利用方式的不同，分为地埋管式地源热泵、地下水式地源热泵。
地下水热泵系统夏季工作原理示意图地下水热泵系统冬季工作原理示意图
地埋管热泵系统夏季工作原理示意图地埋管热泵系统冬季工作原理示意图
由于所在地点水文地质条件以及地下水式地源热泵系统特点等诸多因素的限制，该项目不适宜采用地下水式地源热泵系统。
而地埋管地源热泵系统正好弥补了地下水式地源热泵系统的“缺陷”，不需要抽取地下水，因而不受地下水资源条件和地层结构的限制，且项目所在地有足够的区域布置土壤换热器，所以本建筑的空调系统我们推荐采用地埋管式地源热泵空调系统。
系统原理图见图8-1：
图8-1系统图原理
8.2冷热源机房设计
8.2.1机组的选择
本建筑总冷负荷为1790.83KW,总热负荷为1275.146KW，冷冻水参数为7/12℃，两者相差不大，循环热水参数为40/45℃,两种循环用水的供回水温差都为5℃，因此热泵机组的选型根据总冷负荷来确定，根据总冷负荷计算设计用（7/12℃）循环的冷冻水量为:
m3/h
根据计算参数，本设计选择贝莱特GSHP860型地能热泵机组二台，机组参数：
蒸发器进出口管径DN125,冷凝器进出口管径DN125。
机组尺寸为
，重量3850kg。
表8-1 地源热泵机组主要技术性能
8.2.2末端循环水泵的选择与配管布置
末端循环水泵的选择原则及注意事项：
首先要满足最高运行工况的流量和扬程，并使水泵的工作状态点处于高效率范围；泵的流量和扬程应有10~20%的富裕量；当流量较大时，宜考虑多台并联运行，并联台数不宜超过3台，并应尽可能选择同型号水泵；供暖和空调系统中的循环水泵，宜配备一台备用水泵；选泵时必须考虑系统静压对泵体的影响，注意水泵壳体和填料的承压能力以及轴向推力对密封环和轴封的影响，在选用水泵时应注明所承受的静压值，必要时有制造厂家做特殊处理。
本机房设计用户侧水系统和地埋管侧水系统均选用三台水泵，两用一备。
末端水泵的选择时扬程实用估算方法：
1.冷水机组阻力：
由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。
2.管路阻力：
包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩阻取决于技术经济比较。
若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。
目前设计中冷水管路的比摩组宜控制在150~200Pa/m范围内，管径较大时，取值可小些。
3.空调末端装置阻力：
末端装置的类型有风机盘管机组，组合式空调器等。
它们的阻力是根据设计提出的空气进、出空调盘管的参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供的，许多额定工况值在产品样本上能查到。
此项阻力一般在20~50kPa范围内。
4.调节阀的阻力：
空调房间总是要求控制室温的，通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。
二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。
如果此允许压力降取值大，则阀门的控制性能好；若取值小，则控制性能差。
阀门全开时的压力降占该支路总压力降的百分数被称为阀权度。
水系统设计时要求阀权度S>0.3，于是，二通调节阀的允许压力降一般不小于40kPa。
本次设计冷冻水泵扬程：
（1）设备的阻力：
热泵机组阻力：
主要是蒸发器（或冷凝器）47kPa
末端设备阻力：
50kPa
回水过滤器阻力：
30kPa
分、集水器阻力：
60kPa
（2）管路阻力：
本设计的最不利环路为热泵机组—冷冻水泵—供水管—三层管路—回水管，最不利环路阻力为92.037kPa（除设备阻力外）。
最不利环路的总阻力：
经计算为47+92.037+50+30+60=279kPa
（3）最后得水泵扬程：
取10%的安全系数，则扬程H=279
1.1=307kPa。
（4）水泵流量
根据
可以得即管路总负荷可知总流量G=303m3/h，
末端循环水泵所需扬程为：
30.7mH2O
末端循环水泵所需流量为：
G=1.1
303=333m3/h
其中：
1.1为附加系数
选用VGDG180-32三台水泵，两用一备。
其性能指标如下表：
表8-2末端循环水泵型号
型
号
级
数
流量
Q
总扬程
H
转速
n
电动机功
率kw
必须
汽蚀
量
效率
η
﹪
VGDG180-32
单级
180
32
1450
30
2.6
79
（5）末端循环水泵配管布置
进行水泵的配管布置时，应注意以下几点：
1.安装软性接管：
在连接水泵的吸入管和压出管上安装软性接管，有利于降低和减弱水泵的噪声和振动的传递。
2.出口装止回阀：
目的是为了防止突然断电时水逆流而时水泵受损。
3.水泵的吸入管和压出管上应分别设进口阀和出口阀；目的是便于水泵不运行能够排空系统内的存水而进行检修。
4.水泵的出水管上应装有温度计和压力表，以利于检测。
如果水泵从低位水箱吸水，吸水管上还应该安装真空表。
5.水泵基础高出地面的高度应小于0.1m，地面应设排水沟，此次设计排水沟在图上未体现。
8.2.3末端用户补水系统的确定
（1）补水量的计算：
要确定系统补水量，首先要知道系统的泄漏量。
泄漏量应按空调系统的规模和不同系统形式计算水容量后确定，一般系统补水量按系统水容量的5%确定。
必须指出系统水容量与循环水量无关。
系统水容量：
北京市建筑设计研究院的《建筑设备专业技术措施》，全空气系统单位水容量0.40～0.55L/m2建筑面积、水－空气系统单位水容量0.70～1.3055L/m2建筑面积。
本建筑：
水－空气系统部分水容量为：
647.47
1.3055L
全空气系统部分水容量为：
11240.78
0.55L
总水容量647.47
1.3055+11240.78
0.55=7027.7L=7.028m3
系统补水量为7.028
5﹪=0.3514m3
（2）空调系统的补水点，宜设置在循环水泵的吸入段，当补水压力低于补水点压力时，应设置补水泵。
之所以将补水点设在循环水泵的吸入段，是为了减小补水点处的压力及补水泵的扬程。
补水泵的流量取补水量的2.5---5倍；补水泵的扬程应保证补水压力比系统静止时补水点的压力高30---50Pa，还要加上补水泵至补水点的管道阻力。
补水泵的流量：
0.3514
5=1.76m3/h
补水泵扬程：
补水箱与系统最高点高差约为14.7m
1）系统定压点最低压力为14.7+3=17.7（m）=177（KPa）
2）补水泵扬程应保证补水压力比系统补水点压力高30~50KPa所以：
补水泵扬程应不小于177+50=225（KPa）
补水定压罐选择计算：
（1）调节容积应补小于3分钟的补水泵流量
1）当采用定速泵：
V>=1.8
3.75/60=0.113（m）=113（L）
2）当采用变速泵：
可以取定速泵的1/3，即37.7（L）
（2）补水定压罐最低和最高压力的确定：
1）安全阀开启压力取P=1000（KPa）（补水点处允许工作压力）
2）膨胀水量开始流回补水箱时电磁阀的开启压力P=0.9*P=900（KPa）
3）补水泵启动压力P=225（KPa），（也就是补水点最低压力）
4）补水泵停泵压力（电磁阀关闭压力）P=0.9*P=0.9*900=810（KPa）
5）压缩比t=
=（225+100）/（810+100）=0.36
要控制这个数值在0.3~0.5之间。
（3）定压罐容积选择
1）采用定速泵，气压罐最小容积V=
=1.05*113/（1-0.67）=295L
2）采用变速泵，气压罐最小容积V=
=1.05*37.7/（1-0.67）=98L
选择上海熊猫集团生产的XQG-4/0.6-600L，最高工作压力600KPa，调节容积120L，总容积325L，规格600mm
1750mm.
配用定速泵型号25FL2-12
5，流量2m3/h，扬程60m.均满足要求。
（4）软化水箱计算：
软化水箱体积按供给冷冻水补水10分钟。
V=（303×4﹪）÷60×10=2.02m3
选择组合软化水箱：
2.25m3，箱体尺寸：
。
（5）全自动软水器计算：
全自动软水器的冷冻水量按总冷冻水量的4﹪计算
G=4﹪×303=12.12m3/h
型号：
SF-S-15，进水管直径DN50，树脂罐尺寸D
H=900
1800，树脂装填量576L，盐箱容积1000L。
8.2.4分水器、集水器的选择
集水器和分水器实际上是一段大管径的管子，只是在其上按设计要求焊接上若干不同管径的管接头，一般是为了便于连接通向各个环路的许多并联管道而设置的，分水器用于供水管路上，集水器用于回水管路上，在一定程度上也起到均压作用。
集水器和分水器的直径，可按并联接管的总流量通过集水器和分水器时的断面流速V=1.0～1.5m/s来确定。
流量特别大时，允许增大流速，但最大不宜超过4m/s。
集水器和分水器都用无缝钢管制作。
选用的管壁和封头板的厚度以及焊接作法应按耐压要求确定。
集水器和分水器应设温度计、压力表，底部应有排污管接口，一般选用DN40，两者之间应设均压管，配管间距应考虑两阀门手轮之间便于操作。
供回水集管的管径按其中水的流速为0.5～0.8m/s范围确定。
管长由所需连接的管的接头个数、管径及间距确定，两相邻管接头中心线间距为两管外径+120mm，两边管接头中心线距集管断面宜为管外径+60mm。
其配管图如图8-1所示。
图8-2分、集水器配管图
（1）直径计算
经水力计算可得D1=250mm，D2=150mm，D3=125mm，D4=150mm
集水器和分水器一般会设置排污口，直径取DN40
（2）分水器和集水器的长度计算
1）分水器长度的计算
d1=250mm，d2=150mm，d3=125mm，d4=150mm，d5=200mm，d0=40mm；其中d1是进水管径，d2、d3、d4是出水管径，d5是旁通管径，d0是排水管径。
图8-3分水器配管图
分水器长度：
L1=100+120+75=295mm
L2=75+120+62.5=257.5mm
L3=75+120+62.5=257.5mm
L4=75+60=135mm
L5=100+60=160mm
L=L1+L2+L3+L4+L5=1105mm
2）集水器长度计算
图8-4集水器配管图
d1=250mm，d2=150mm，d3=125mm，d4=150mm，d5=200mm，d0=40mm，dp=25mm；其中dp是膨胀管径，d1是出水管径，d2、d3、d4是回水管径，d5是旁通管径，d0是排水管径。
集水器长度为
L=L0+L1+L2+L3+L4+L5=60+25+120+150+120+125+120+150+120+200+60=1250mm
8.2.5除污器和水过滤器
在水系统中的水泵、换热器、孔板以及表冷器（冷热盘管）、加热器等设备入口上设过滤器。
对于表冷器和加热器可在总入口或分支管路上设过滤器。
常用Y型过滤器，也可采用国家标准的除污器。
减压稳定阀前也应装设Y型过滤器。
除污器和水过滤器的型号都是按连接管管径选定，连接管的管径应与干管的管径相同。
在选定除污器和水过滤器时应重视它的耐压要求和安装检修的场地要求。
除污器和水过滤器的前后，应该设置闸阀，供它们在定期检修时与水系统切断之用；安装时必须注意水流方向；在系统运转和清洗管路的初期，宜把其中的虑芯卸下，以免损坏。
8.2.6放空气器
水系统中所有可能积聚空气的“气囊”顶点，均应设置自动排气阀，自动排气阀的接管上应设置闸阀。
8.2.7阀门
水系统的阀门可采用闸阀、止回阀、球阀，对于大管路可采用蝶阀，选用阀门时，应和系统的承压能力相适应，阀门型号应与连接管管径相同。
阀门的作用一为检修时关断用，一为调节用。
当需定量调节流量时，可采用平衡阀。
平衡阀可以兼作流量测定、流量调节、关断和排污用。
一般在下列地点设阀门：
①水泵的进口和出口；
②系统的总入口、总出口；各分支环路的入口和出口；
③热交换器、表冷器、加热器、过滤器的进出水管；
④自动控制阀双通阀的两端、三通阀的三端，以及为手动运行的旁通阀上；
⑤放水及放气管上；
⑥压力表的接管上。
8.2.8水系统的安装要求
1闭式系统热水管和冷水管设有0.003的坡度，当多管再一起敷设时，各管路坡向最好相同，以便采用共用支架。
如因条件限制热水和冷水管道可无坡度敷设，但管内水流速不得小于0.25m/s，并应考虑在变水量调节时，亦不应小于此值。
2闭式系统在热水和冷水管路的每个最高点（当无坡度敷设时，在水平管水流的终点）设排气装置（集气罐或自动排气阀）。
对于自动排气阀应考虑其损坏或失灵时易于更换的关断措施，即在其与管道连接处设一个阀门。
手动集气罐的排气管应接到水池或地漏，排气管上的阀门应便于操作；自动排气阀的排气管也最好接至室外或水池等，以防止其失灵漏水时，流到室内或顶棚上。
3与水泵接管及大管与小管连接时，应防止气囊产生。
大管需由小管排气时，大管与小管的连接应为顶平，以防大管中产生气囊。
④系统的最低点设单独放水的设备（如表冷器、加热器等）的下部应设带阀门的放水管，并接入地漏或漏斗。
作为系统刚开始运行时冲刷管路和管路检修时放水之用。
⑤空调器、风机盘管等的表冷器（冷盘管）当处于负压段时，其冷凝水的排水管设有水封，且排水管应有不小于0.001的坡度。
凝结水管径较大时，最好作圆水封筒。
6空调机房内应设地漏，以排出喷水室的放水，水泵、阀门可能的漏水和表冷器的凝结水。
地面的坡度应坡向地漏，地面应作防水处理。
8.2.9机房的设计与布置
制冷机房设计应符合有关规范、标准的规定，严格遵守安全规程。
保护环境、节约能源、技术先进，讲求效益。
1）制冷机房的位置应尽可能靠近负荷中心，力求缩短输送管道。
2）大中型制冷机房内应设值班室、维修间和卫生设施。
有条件时，应设通讯装置。
3）在建筑设计中，应根据需要预留大型设备的进出安装和维修使用的孔洞，并应配备必要的起吊设施。
4）机房内应考虑留出必要的检修用地，当利用通道作为检修用地时，应根据设备的种类和规格而适当加宽。
5）机房应有良好的照明。
6）机房内排水措施：
①使机组基础高出机房地坪50mm---100mm。
②机组四周等地设置100mm*100mm的排水明沟。
7）机房的设备布置应尽量紧凑，标准中给出的最小间距的规定，如下：
机组与墙之间的净距不应小于1.0m与配电柜的距离不应小于1.5m；
机组与机组或其他设备间的净距不应小于1.2m；
机组上方管道，烟道或电缆桥架的净距不应小于1.0m；
设备间净高不小于3m；
机房主要通道宽度不应小于1.5m。
机房布置图见图纸。
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