南京市普通别墅地源热泵空调系统设计.docx

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南京市普通别墅地源热泵空调系统设计

封面页

南京林业大学

木材工业学院

毕业设计

摘要

本次设计课题是南京市普通别墅地源热泵空调系统设计，主要任务是完成一、二楼的冷热负荷计算；空调系统方案的经济性分析和热泵机组的选型；地下换热系统的设计；风机盘管的选型，空调水系统和生活热水的设计；并绘制了风机盘管平面布置图、空调系统原理图、地下换热器详图等。

在设计中，采用鸿业软件计算出冬夏季冷热负荷。

对于各种空调机组的选用做了经济及技术比较分析，最后决定采用地源热泵机组。

气流组织采用风机盘管从吊顶四面送风，中间回风的方式，局部采用侧送风。

然后又利用假定流速法进行了水系统的水力计算，并对管道的保温、设备的减噪防震也做了简单设计和说明。

关键词：

空调系统热泵机组地下换热器水系统风机盘管

ABSTRACT

ThisdesignistheNanjingcommonvillaair-conditioningsystemdesign,theprimarymissioncompletesone,twobuildingsloadcomputation;Air-conditioningsystemplanefficientanalysisandwaterunit'sshaping;Thegroundsourceheatpumpdesign;Roomairblowerplatetubesystemdesign;windaqueoussystemandhotwatersystemdesignAndhasdrawnupairblowerplatetubefloor-plan,air-conditioningsystemflowchart,undergroundheatexchangerdetaildrawing.Inthedesign,usestheHongYesoftwarecalculatesthesummerandwinterload.Selectedregardingeachkindofairconditionerhasmadetheeconomicalandthetechnologycomparativeanalysis,finallydecidedusedthegroundsourceheatpump.Theair-conditioningsystemusestimereturnstothewindentireairsystem.Theaircurrentorganizationusescirculardriftingontoblowof,andthenhascarriedontheaqueoussystemcomputation,andtothepipelineheatpreservation,theequipmentreducedchirpquakeproofhasalsomadethesimpledesignandtheexplanation.

Keyword：

air-conditioningsystemgroundsourceheatpumpundergroundheatexchangeraqueoussystemairblowerplatetube

1文献综述

1.1课题背景

在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的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，对人们的健康形成了威胁。

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。

传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。

对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果。

天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电。

也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。

另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电量。

另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，也造成了电力供应紧张。

地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应。

对环境非常友好。

地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。

冬季向建筑物供热，夏季又可供冷。

可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。

随着21世纪的到来，现在，我国对建筑节能的要求越来越高。

减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务。

特别是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源。

随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要满足冬季采

暖的要求，而且需要夏季空调降温，地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。

地源热泵系统除了可实现对建筑物的供热和制冷，还可供应生活热水，一机多用。

一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。

系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。

地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40～60％，节能50%左右。

另外，地源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

本设计通过对别墅小型地源热泵系统的研究设计让大家对这种节能空调有一个初步的了解。

1.2地源热泵概述

地源热泵技术一般是指利用普遍存在于地下岩土层中可再生的浅层地热能或地表热能（温度范围在7~21℃），即岩土体、地下水或地表水（包括江河湖海水）中蕴含的低品味热能，实现商业、公用以及建筑冬季采暖、夏季空调以及全年热水供应的节能新技术。

利用深层地热尾水（温度一般为30℃以上）称为地热热泵的供热技术，另外还有利用城市污水和工业余热的热泵技术。

近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。

地源热泵空调系统通过吸收大地（包括土壤、井水、湖泊等）的冷热量，冬季从大地吸收热量，夏季从大地吸收冷量，再由热泵机组向建筑物供冷供热而实现节能，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。

在中国，煤作为主要能源,煤炭在我国能源体系中占主导地位，长期以来，煤炭在我国能源生产结构、消费结构中一直占有绝对主导地位，尽管近年来，比例略有下降，但仍保持在65%以上，并再次呈现出上升的迹象。

2002年煤炭在我国能源生产结构、消费结构中的比例分别由2001年的68.6%和65.3%上升为70.7%和66.1%。

特别在冬季,在国内的农村和部分城市几乎全部靠煤取暖。

煤是各种能源中污染环境最严重的能源,只有减少城市地区煤的使用,城市大气污染问题是才可能得到解决。

现在各地都在采取措施控制燃煤的数量,选用电采暖、燃油或者燃气采暖等措施,但都存在运行费用高、资源不足和排放CO2这些问题。

受能源、特别是一次性能源与环保条件的限制,传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约。

从降低运行费用、节省能源、减少排放CO2排放量来看,地源热泵技术是一个不错的选择。

地源热泵不需要人工的冷热源,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。

冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。

同时,它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效地利用能源的方式，因此地源热泵技术自然能够在建筑节能领域发挥重要的作用。

1.3地源热泵技术的工作原理与节能本质

1.3.1地源热泵的工作原理

系统通过地源热泵将环境中的热能提取出来对建筑物供暖或者将建筑物中的热能释放到环境中去而实现对建筑物的制冷，夏季可以将富余的热能存于地层中以备冬用；同样，冬季可以将富余的冷能贮存于地层以备夏用。

这样，通过利用地层自身的特点实现对建筑物、环境的能量交换。

图1-1地源热泵工作原理

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。

通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管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凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。

在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。

在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。

由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，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蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管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35℃以上热风的形式向室内供暖。

系统实际上是指通过将传统的空调器的冷凝器或蒸发器延伸至地下，使其与浅层岩土或地下水进行热交换，或是通过中间介质（如防冻液）作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过在浅层岩土中循环流动，从而实现利用低温位浅层地能对建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源利用技术。

该技术可以充分发挥浅层地表得储能储热作用，达到环保、节能双重功效，而被誉为"21世纪最有效的空调技术"。

1.3.2地源热泵的节能本质

我们从能量质量的概念出发，能源系统设计有两个重要的原则：

能量的梯级利用和能级的提升。

能量的梯级利用，避免了热能不必要的降级。

高质量的热能，首先用于高质量的目的。

能级的提升可以使低质量的能量，用于需要较高温度热能的地方，这是可用热泵的方法实现的，不同于常规加热系统。

热泵不是自然“降级”成热能，而是用一部分拥，把低质量的能量提升到所需要的温度。

例如，10kJ、50℃的热量中，只包含1.5kJ的拥。

理论上，只需要一台地源热泵，从燃料或电能向“无用”热能供应1.5kJ的拥，其余8.5kJ的“无用能”，就可以从低温热源，如土壤或浅层地下水（约为15℃左右）中吸取。

虽然，实际上需要更多的拥，但热泵还是能达到非常高的能源效率。

一个最优化的能量系统无论是单一工艺工程，还是建筑物，或者是一个区域，乃至整个社会始终要使能量降级的梯级最小，并在必要时，配套使用能级提升技术。

这就是热泵技术在整个能量系统中的地位。

而且，在人类目前掌握的技术中，热泵技术是唯一一种实用的“能级提升”技术。

和“水泵的扬程越大耗电量越大”的道理一样，热泵的温度升程（从热源到供热目的地的温度差）越大，耗电量就越大。

由于利用的浅层地热能，在冬季时，温度总是高于大气温度，夏季又低于大气温度，而且地源热泵所服务的对象，一般属于低温热能供应，因此，地源热泵运行的总体温度升程相对较低，保证其花费少量的高品位能量满足供热制冷的需要，是非常有效的节约常规能源的技术。

1.4地源热泵系统组成、分类与特点

1.4.1地源热泵系统组成

地源热泵系统一般由三个子系统组成：

热（冷）源系统、热泵机组、热（冷）分配系统（包括需要的热水供应系统）。

例如，对用于建筑采暖空调的地源热泵系统主要包括：

室外地源换热系统、水