地源热泵空调美国的基本做法.docx

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地源热泵空调美国的基本做法

地源热泵空调美国的基本做法：

地源的基本概念

1、在太阳照射在地球的能源中，21％被地球吸收，79％被反射回大气层中；

2、地球核心的能量只有2％能到达地球表面；

3、地源热泵设计时应遵循下列原则：

－对每个项目进行全面分析，设计规模要适当

－和用户保持全面接触，充分了解用户的需求

－精确计算冷热负荷－经常问自己一些问题：

增加的设备是否必须？

为什么要增加？

能否满足要求？

－机组进水端一定要设置过滤净化装置，每台机组均设水流保护开关

－确定地源系统方案，并对打井、埋管等进行精确计算，确保冬夏负荷平衡，使机组在最佳工况下运行

－永远不要拿用户做试验

4、当土地面积不足时，以热负荷为依据计算打井或埋管数量，冷负荷不足部分采取冷却塔或水墙、喷泉等形式灵活处理；

5、地源负荷设计时，可以按总负荷的70％选取，前提是先进行土壤热交换率测试，同时保留适当余量，同时要能保证90％的运行时间；

6、地下系统经过几年运行后，土壤周边温度会有所上升，必须加以考虑。

正常情况下每10年温度提高1.5℃

7、室外井口必须事先设立相对于建筑物的坐标点，施工完成后画成地图，以便日后检修；

8、室外埋管必须是同程式设计。

垂直埋管管径为DN32，每组最多16对，合并总管最大为DN63。

9、垂直管埋好后，井孔必须填满。

可以用软管插到井底，灌入细沙、泥土和适量水泥的混合物。

沙的比例不要太高；

10、直埋管时，同一井内U型管间距不必过于强调，＞2mm即可。

而井间距离至少在4m以上。

一般设5～6m；

11、垂直井在下管前，管内注满水，用100kg重物，底部焊一钢钩，骑在U型管底部，可以加快下管速度；

12、管道埋设前必须试压，埋好后第二次试压，与水平管连接后第三次试压，与集分水器连接后第四次试压，与整个系统连接后，第五次试压；

13、河道及池塘埋管时，最低深度一般为2m，若上面带喷泉或水幕墙等喷淋装置，深度可以在1～1.5m之间；

14、河道及池塘埋管管径为DN32，一般每1kw为一组，同程式设计。

为便于河道及池塘清理，在岸边设置阀门和活接以便将埋管提起；

15、采用水－空气机组送新风时，为降低机组负荷，必须将新风和回风按1：

1混合后送入。

在新风和回风段分别设置调节阀；

16、垂直埋管地源负荷：

40～50w/m井深，双U形管一般能提高6％的换热效率；池塘或河道埋管：

40w/m管材；静止状态时制热1kw需15㎡水面面积，

单冷1kw约需7.5㎡水面面积；

17、设置板式换热器时，温差控制在3℃以内；

18、防冻液可以用甲醇和乙醇混和物，先兑水后用防爆泵加入系统。

19、城市自来水之能量是最好的冷热源。

再谈暖通空调设计

论文上传：

lijin_nanjing留言

论文作者：

吴有筹殷毓珍

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摘要：

本文简述了冷热源配置、循环泵、风机配置、洁净室、洁净手术部设计等常见的一些问题，以供借鉴。

学而不思则罔、思而不学则殆。

对于我们科学技术工作者来说，应该学与思不断。

学习不断、思考不断，不断总结经验，有所前进。

设计也应有所创新，有所前进。

但我们见到的常是套指标的多、拍脑袋的多、照抄照搬的多，就是少点科学态度，少点学与思，因而铸就的教训也多。

下面笔者就有关暖通设计，再谈一些粗浅看法，不当之处请批评指正。

关键词：

冷热源配置循环泵风机配置洁净室手术部

一、冷热源

关于冷源，《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ1987第六章“制冷”中有“台数不宜过多”、“应与空气调节负荷变化情况及运行调节要求相适应”、“台数不宜少于两台”等规定。

我们在考虑冷水机组配置时，应注意避免下列四种情况。

一、要避免机组台数过少，台数过少存在的问题有：

（1）负荷可靠性下降，一旦负荷高峰时机组出现故障，影响的比例就大；

（2）负荷适应性差。

因为综合性建筑中往往配置有娱乐场所等，其面积不大、冷负荷也不大，而娱乐场所又往往有提前和延长制冷要求，机组台数少，意味着单台制冷负荷大，一旦开启，负荷就不适应，对离心式机组，往往易发生喘振现象，所以选择离心机组，要满足20%～40%负荷时能适应最小冷负荷的需要。

（3）机组台数过少，机组低负荷运行的概率高，由于机组在低负荷下运行的COP低，因而能耗会增高。

二、要避免机组台数过多。

机组台数过多有如下缺点：

（1）单机容量下降，机组COP下降，能耗高；

（2）机组台数多，配置的循环水泵也多，水泵并联多，并联损失高；

（3）机组台数多，配置的循环水泵多，占用机房面积就大。

还有一种情况就是设计者有时会将高区低区的冷水机组截然分开，其实这是没有必要的，因为高区可采用通过换热的办法，使高低区的冷水机组合为一个系统，这样就可减少机组台数。

（4）机组台数过多，也意味着绝对故障点增多。

三、要避免不恰当的使用多机头机组（包括多机头风冷热泵或模块化风冷热泵、模块化冷水机组）。

如3台30HT—280有24个机头，3台LSRF829M有36个机头，8台CXAH250，总冷量仅1224kW，却有32个机头，绝对故障点太多。

四、要避免一味地采用等容量机组。

采用等容量机组，机房布置也许会划一整齐，备品备件会少，但工程中往往有小负荷的不同使用功能的场所，如采用等容量机组，就容易造成负荷适应性差的缺点。

其实《采暖通风与空气调节设计规范》中有“大型制冷机房，当选用制冷量大于或等于1160kW（100×104大卡／时）的一台或多台离心式制冷机时，宜同时设置一台或两台制冷量较小的离心式、活塞式或螺杆式等压缩式制冷机”大小容量搭配的规定。

关于热源，这里只谈一点对选用电热锅炉的看法，共同商榷。

在热源选择上，目前似乎有一个趋向，即某些部门偏好推广电热锅炉，笔者认为有失偏颇。

首先，电是高品位能源，将它转变成低品位能源的蒸汽、95℃或60℃热水来使用，而且还有输送损失，从能量利用而言，该是划不来的。

其次，对于中国来说，电不是“清洁能源”或“环保能源”，因为我国是近80%燃煤用于发电，造成温室气体——的排放量仅次于美国，为世界第二。

所以，用电越多，意味着温室气体——的排放量越多，这是对人类生存的威胁，虽属“发展中国家”的中国，也应有责任、有义务减少温室气体——的排放量。

另外，采用电热锅炉，冬季空调峰时耗电量高出夏季耗电量３～10倍，不能不引起重视。

值得指出的是推广冰蓄冷和电蓄热问题。

冰蓄冷是为了夏季电力负荷调峰的需要，在谷电时蓄冰、峰电时融冰，既可解决电力部门电力调节的需要，对用户来说，也可减少制冷机装机容量，减少夏季高峰供电负荷，利用电力部门的峰谷电价差，在回收了因冰蓄冷增加的一次投资后（一般要1～2年），还可降低运行费用，最大得益者是电力部门，对用户也有利。

但是采用电蓄热，则由于电蓄热是采用水温差蓄热、蓄热效果差，除了蓄热水槽体积庞大、占地面积大、贮存和输送热损失大以外，还有个电力平衡问题，即冬季的电力负荷反而大于夏季冰蓄冷电负荷的３～４倍，比常规空调（指非冰蓄冷）也大2倍多，使得冰蓄冷的优点大为逊色，见表1。

工程项目

夏季常规电制冷机耗电量kW（估算）

夏季冰畜冷机组耗电量kW

冬季电制热机组耗电量kW

备注

南京某超高层办公建筑

1287

774

2520

分量蓄冷,分量蓄热20700kWh

绍兴某办公建筑

2276

200

800

分量蓄冷无储热

芜湖某办公楼

3160

110

420

分量蓄冷,分量蓄热3800kWh

山西某办公楼

4276

200

585

分量蓄冷,分量蓄热4680kWh

南京某办公楼

5390

240

884

分量蓄冷,分量蓄热7070kWh

注：

本表引用自江苏省建筑设计研究院夏卓平文“商业建筑空调采用电锅炉方案的思考”。

还需指出的是用电热，也是曾经明令禁止的，国家计委、国家旅游局计资源有一个1104号文，明文规定“严禁冬季直接用电力作为空调热源进行供暖”。

现在由于大趋势形成电不很紧张了（夏季用电高峰时，有些地区仍有缺口），电力部门大力推广电热锅炉，也就不执行了。

其实，我国人均用电量还是很低的，发达国家，电热也有明令禁止的。

二、循环水泵与风机

载冷（热）体的输送离不开水泵和风机，水泵和风机的选用和配置是不可缺少的一环，对工程设计的成败是十分重要的。

关于水泵，经常发生的有以下一些问题。

1、水泵扬程偏大，有些仅需28～32m水柱的，选了40～50m水柱的水泵。

多余扬程，一是靠阀门来消耗，其消耗的能量占的比例，个别工程甚至达70%；二是转变成流量，如某工程，由于流量增加，流速增加，锅炉设备入口的口径配置本来就偏小（原按25℃温差流量配置），引起了锅炉设备的振动。

选择水泵扬程大些就安全了吗?

其实不然。

如果未安装有限流阀、电气专业也未设计过电流保护，就有可能烧毁电机；如果电气专业设计了过电流保护，则会发生水泵电机发热、电流增大，重则不能正常启动的情况。

导致水泵扬程选得偏大的原因是显而易见的，没有进行必要的水力计算和心中无数怕是主要原因，笔者建议，还是要老老实实地进行水力计算，做到必中有数，积累经验。

2、冷热循环水泵不分设。

工程中常见到冷热循环水泵不分设的情况，有的是因为迁就了机房面积偏小，有的则是考虑不周所致。

众人周知，供回水温差制冷时一般为5℃，制热时一般为10℃，而且对一般冬冷夏热地区，冬季制热负荷比夏季制冷负荷小，对南京地区，一般前者为后者的60～80%。

即冬季循环水量为夏季循环水量的0.3～0.4倍，水力损失仅为供冷工况的9～16%，输送功耗仅为供冷工况时的2.7～6.4%。

所以，若冷热循环水泵不分设，将导致冬季能耗浪费，形成大流量小温差运行。

因此，冷热水循环水泵应分设，热水循环泵的扬程可按下式计算：

式中：

Ｈ冷——供冷工况时系统的水阻；

Ｈ热——供热工况时系统的水阻；

Ｈ冷机——冷水机组的水阻；

Ｈ热机——热机（热水锅炉、热交换器）的水阻；

Ｇ热——供热工况下系统的循环水量；

Ｇ冷——供冷工况下系统的循环水量。

〖ZK）〗

3、一机一泵配置问题

常见到的流程图如图1所示。

其优点是循环水泵可互为备用，管道系统简单。

缺点是运行操作麻烦，易造成失误，电气配对设计要复杂一些。

笔者推荐图2、图2′所示的流程图。

一机一泵，①可避免运行一台或2台机组时，未关掉相应阀门造成水流量旁通，使机组COP降低，也使水泵运行工况点偏离额定工况点，电耗增加；②电气控制设计方便；③可避免运行人员频繁人工开或关主机或冷却塔入口阀门，适应部分负荷时的运行。

如设联动电动阀，则投资高，阀易坏，系统不可靠。

另外，多台水泵并联，选择时要按照泵的特性曲线作并联分析，使工况点满足不同台数运行时的需要。

关于风机，经常发生的有以下一些问题。

1.风机压头选用偏大，造成的后果除同水泵扬程选得偏大产生的后果外，如果风机是回风机，还会引起新回风混合箱内为正压，新风进不来，新风口成为排风口，新风量不能保证的后果。

2.离心风机出风口方向应该顺气流方向，〖HJ*3/7〗这一点常常未引起设计人员或订货时的注意。

离心风机出风口应有足够长的直管长度，否则应顺气流方向，正确选择如图3所示。

风机入口设计也应注意使入口气流均匀进入风机；对双进风风机，风机入口离箱壁距离也应≥125D，D为风机进口直径。

3.离心风机采用皮带轮传动时，现在一般也不作选择计算了，直接选择厂家设备，但应注意检查皮带是否是下紧上松，时有发生上紧下松的情况，最好还要再核算一下包角是否符合要求，如图4所示。

4.目前普遍采用所谓BFP变风量空调器，风量较大时采用2台以上风机并联，其出口风速较高，有时甚至达24m/s，设计人往往通过静压箱（实为接管箱）直接连接，造成风噪声大，阻力损失大（突扩、突缩局部阻力系数大，接管风速又高），应该加设渐扩管后进静压箱，最好应作袂衩形处理，如图5所示。

5.排风系统中，常常会遇到多台小排风机排入竖井，末端还有一台较大排风机接力后排出，实际形成多台风机并联后再串联较大风机，此时应考虑小排风机的同时使用系数问题。

三、洁净室、洁净手术部设计

目前医药工业、洁净手术部工程方兴未艾。

医药、包括口服液、针剂和保健品如冻干粉等生产需要洁净技术来保证，必须符合《药品生产质量管理规范》的规定；洁净手术部也需要通过洁净技术来达到防止细菌、灰尘污染手术部和防止外部环境污染手术部的目的。

总而言之，都是洁净设计问题。

笔者认为，医药工业、洁净手术部洁净设计需注意的问题，也就是经常被忽视的问题有：

1、正压风系统

洁净手术部宜有一个集中的正压风系统，因为手术室是间歇工作的，在非手术期间，如手术室相对低级别的相邻洁净手术室有一定的正压值，即可防止污染空气进入，从而可缩短洁净手术室投入使用前的自净时间，达到洁净手术部的整体控制。

2、新风口、排风口前应有初中效过滤。

这一点往往被忽视，设计者也忽略了系统是间歇工作的问题。

在间歇工作期间，污染空气会通过新风口（或排风口）、新风管（或排风管）、回风管、回风口与室内相通，或通过排风口、排风管与室内相通，室内洁净度会很快遭到污染。

设置初中效过滤器（对洁净手术部最好还应有亚高效过滤器）对保护末端高效过滤器、延长使用寿命也很有好处。

3、洁净手术室回风口的设置。

洁净手术室在大于手术区面积（指手术台四侧按手术室级别不同，外推一定尺寸所包的面积）的顶棚范围内满布高效过滤器送风口，均匀送风已能保证。

所以回风口的设置对保证手术室合理的气流分布是决定因素。

在手术室四角设置回风口是不对的，在两角设置回风口则更加不好，应在手术台长度方向的两侧或一侧（只有当手术室宽度＜3m时才允许）设置回风口，且回风口上边高度不超过地面以上05m（即低于手术台高度）、回风口下边离地面不小于01m、回风口风速＜2m/s。

同时，回风口应为竖向百页，减少积灰，且回风口内必须设置过滤层（阻尼层）和中效过滤器。

4、对洁净手术室，加湿器加湿水应达到饮用水要求，直接用干蒸汽加湿器或用自来水加湿是不合要求的，这一点是普遍被忽视了。

四、其他

1、游泳池通风

关于游泳池的通风，笔者认为需要再提。

目前小型供休闲、健身的游泳、戏水池工程较多，通风空调设计是解决“闷热、结露、霉变”问题的关键，“闷热、结露、霉变”产生的主要原因是池水及潮湿池边的大量散湿，解决的办法除了加强围护结构隔热处理或采取其他措施，如向围护结构表面吹干燥热风、设加热排管等，使围护结构表面温度高于室内露点外就是通风，利用游泳池室内外的湿度差，将高湿含量的室内空气排出室外，将低湿含量的室外空气送入室内，来消除室内的大量散湿。

游泳池通风空调设计中常被忽视或没有注意到的是室外空气含湿量是随室外气候而变化的这一客观规律，所以用来消除室内散湿量的新风量也应该是变的，最大新风量，也就是系统的送风量应该是临界状态时消除室内散湿量的新风量（笔者推荐：

室外空气温度等于室内空气露点温度为临界状态）。

为适应这一要求，通风空调系统要设计成双风机系统，回风、新排风量可调，原理系统图如图6所示，有条件时，可设计热回收装置，节约能耗。

2、消声

消声处理往往带有随意性和可有可无性，噪声处理计算除有特殊要求外，一般被忽略，因此往往出现不理想的情况。

常见的问题有：

①根据布置的可能性设置消声设备，设置了送风消声设备却忽略了回风消声设备；没有条件设置消声设备时，在所谓静压箱（实际上只能算是接管箱）内贴保温吸音材料算是考虑了，既增加了阻力损失，消声效果也不够，如果出现保温吸声材料贴得不紧密，壁板又嫌薄且无加强措施，还会增加附加振动噪声。

集中回风口的噪声超标常困挠着用户，消声设备布置在空调机房内，二次再生噪声影响和风管辐射噪声也应引起重视，这点还应学习境外施工单位施工图深化设计者的认真态度。

②风噪声也是不能忽视的。

风噪声常发生在空调送风的始端风口处。

由于风管始端往往按设备出口尺寸配置，或由于空间紧张，设计风管尺寸偏小，风速较大，风口处啸叫的风噪声很大，由于风口导流未考虑好，风口处送不出风来，有时甚至是吸风也时有发生。

风口风量调节欠周，个别风口风速太大也会引起风噪声。

3、隔震

风机、水泵、空调器等空调设备，风管、水管的隔震处理应引起足够重视，境外施工单位施工图深化设计均提供各种详图，在图纸中表示也很详尽，这是值得我们学习的。

某水泵厂样本中有一种基础做法如图7所示，泵体、减震垫和基础用地脚螺栓直接固定，虽设了减震垫却起不到减震作用，按此图施工的某工程水泵间下是会议室，造成振动噪声很大，会议室无法正常使用。

设备基础应按图8做法，设备和加重混凝土块相固定，加重混凝土块下垫减震垫（不相固定），才能达到真正的减震目的。

加重混凝土块重量宜大于设备重量1.5倍以上为佳。

减震设计计算也是不可忽视的。

图7

4、送风口型式

因为不同类型的送风口有不同的送风气流流形，所以送风口的型式要考虑不同的使用场合，不能盲目采用。

如某工程在客房的床头顶部使用了一般的百页风口，平顶高度又不高，造成吹冷风感，后来更换了贴附射流型的散流器，才获得较好的效果。

又如某电影院楼座下的送风口，直流型气流直吹观众，观众冷得逃离，后来在风口下加了装饰档板才获得改善。

图8

5、水过滤器

板式热交换器的传热效率高，可在很小的温差（0.5～1.0℃以上）下进行热交换，　所以在空调系统中应用较多。

但有个值得注意的问题是板交前必须设置水过滤器，且水过滤器的滤网要满足必要的细度，宜大于60目／。

不少工程因水过滤达不到要求，板交受堵，加上水流量偏大，使水阻增大，如某工程板交前水过滤器滤网较粗，致使板交前水压0.35MPa、板交后只有007MPa了，阻力损失高达0.28MPa，板交后仅0.07MPa，如何能完成系统的正常循环呢?

板式热交换器受堵与水系统冲洗是否得当也有关，系统冲洗必须隔断空调设备（包括板交）进行，在供回水干管间增加临时旁通管，在反复冲洗供回水干管后，才能结合空调设备再进行冲洗。

本文插图由南京金海设计工程有限公司孙刚同志协助完成，谨此致谢。

参考文献：

1、空调设计中的一些基本问题值得重视，天津市建筑设计研究院，伍小亭，载于全国暖通空调制冷2000年学术年会资料集；

2、空调系统若干常见问题分析，清华热能系，朱伟峰，蒋志峰，江亿，载于全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集；

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lijin_nanjing录入时间：

2005-08-30