畢業設計(論文)地源熱泵中央空調系統的設計學 生 姓 名： 學號：（系）： 專 業 年 級： 指 導 教 師： 職稱或學位： 2014 年 05 月 21日目錄摘要 .1關鍵詞 .1ABSTRACT .2Key word .2前言 .31.緒論 .41.1 設計背景 .41.2 國內地源熱泵發展簡史 .41.3 國外地源熱泵的發展 .51.4 地源熱泵的發展趨勢 .61.5 地源熱泵機組的優點 .62. 地源熱泵系統的分類及本系統類型的選擇 .72.1 地下水式熱泵系統 .82.2 地表水式熱泵系統 .82.3 土壤源熱泵系統 .82.4 混合式土壤源熱泵 .82.5 本系統類型的選擇 .83. 工程概況 .93.1 土建資料 .93.2 設計依據 .103.3 空調負荷的計算 .103.4 地源熱泵系統的選擇 .104. 空調方案的設計 .114.1 確定空調方式 .114.2 確定空氣處理過程 .124.2.1 送風方式的確定 .124.2.2 新風負荷的計算 .124.2.3 夏季送風狀態點和送風量 .124.3 冬季送風狀態點和送風量 .134.4 送風方式的設計 .134.5 空調系統的消聲減震設計 .134.5.1 空調系統消聲系統選擇原則 .134.5.2 空調系統的噪聲源 .134.5.3 空調系統的減振設計 .145. 地源熱泵地埋管系統 .145.1 確定管路連接方式 .155.2 選擇地下換熱器管材及豎埋管直徑 .155.3 埋管內工作流體 .155.4 地下換熱器尺寸的確定及布置 .165.4.1. 管材的選取 .165.4.2.PE 管確定管徑 .165.4.3.垂直地埋管校核管材承壓能力 .165.5 運行管理和維護 .17結束語 .18參考文獻 .19附錄 .20致謝 .221地源熱泵中央空調系統的設計摘要本文介紹了國內外地源熱泵的發展狀況，通過比較地源熱泵中央空調與傳統中央空調的優缺點，按照要求，確定一套地源熱泵中央空調系統。地源熱泵是一種利用少量高品位能源，將低品位能源上升為高品位能源的一種裝置。它具有節約能源，保護環境，經濟可行的優點，它是利用地下相對穩定的土壤溫度，通過媒介質來獲取土壤內冷（熱）能量的新型裝置。地源熱泵不需要人工的冷源熱源,可以取代鍋爐或市政管網等傳統的供暖方式和中央空調系統。另外既能達到節約能源，減少污染的目的，又能提高人們的生活質量。在本文中，將通過學習有關書籍與資料，在老師的的指導和同學們的幫助下，選擇地源熱泵系統，設計空調方案，以及地埋管系統。希望借此機會檢驗我大學四年所學的成果。關鍵詞：地源熱泵；中央空調；設計。2Design of Ground Source Heat Pump central Air-conditioning systemABSTRACTThis paper introduces the development of the ground source heat pump, through the comparison of advantages and disadvantages, ground source heat pump central air conditioning and traditional central air conditioning system in accordance with the requirements, determine a set of ground source heat pump central air conditioning system.Ground source heat pump is a use of a small amount of high-grade energy, will rise by low grade energy is a device of high grade energy. It has the advantages of saving energy, Protect environment, economical, it is the use of underground soil temperature is relatively stable, the medium to obtain the soil within the cold (hot) model of energy. Ground source heat pump does not need artificial cold source heat source, can replace the boiler or the municipal pipe network and other traditional heating and central air-conditioning system. not only can save energy, reduce pollution, but can improve peoples quality of life.In this paper, by studying the books and information, under the teachers guidance and the help of my classmates, selection of ground source heat pump system, the scheme design of air, and the buried pipe system.Key Words: ground source heat pump; Design; central air conditioning;3前言近年來，隨著我國社會經濟的發展及人民生活水平的不斷提高，改善建筑熱舒適條件已成為一個比較突出的要求。隨著空調設備的日益普及，建筑耗能量勢必將迅猛增加，對大氣環境的污染也將日趨嚴重。如何在建筑熱舒適條件得到改善的條件下把建筑耗能量減下來，減輕對大氣環境的污染，成了暖通界人士首要其沖需要解決的問題。地源熱泵作為一種有益環境、節約能源和經濟可行的建筑物供暖及制冷新技術越來越受到關注。它是利用地下相對穩定的土壤溫度，通過媒介質來獲取土壤內冷（熱）能量的新型裝置，可一年四季方便地調節建筑內的溫度。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉換，幾乎是一種能量的“搬運”過程，因而其能量轉換效率高、運營成本低。對于土壤源熱泵的發展主要是從 1998 年開始。國內數家大學建立了土壤源熱泵實驗臺，且大多數進行了地下換熱器與地面熱泵設備的長期聯合運行。其中 1998 年重慶建筑大學建設了包括淺埋豎埋管換熱器和水平埋管換熱器在內的熱泵系統；1998 年青島建工學院建成了聚乙烯垂直土壤源熱泵系統；湖南大學 1998 年建設了水平埋管土壤源熱泵系統；1999 同濟大學建設了垂直土壤源熱泵系統。這些系統為中國推廣土壤源熱泵奠定了基礎。從 2000 年開始，在國內長春、濟南、溫州、重慶、米泉建立了一系列土壤源熱泵系統的示范工程。土壤源熱泵系統越來越多的被房地產商所關注和采用。此次的設計是針對地源熱泵中央空調系統的地埋管系統，熱泵系統和空調末端系統的選型以及相關的設計計算。41.緒論1.1 設計背景熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱，經過電力做功，輸出可用的高品位熱能的設備，可以把消耗的高品位電能轉換為 3 倍甚至 3 倍以上的熱能，是一種高效供能技術。熱泵技術在空調領域的應用可分為空氣源熱泵、水源熱泵以及地源熱泵三類。由于熱泵是提取自然界中能量，效率高，沒有任何污染物排放，是當今最清潔、經濟的能源方式。在資源越來越匱乏的今天，作為人類利用低溫熱能的最先進方式，熱泵技術已經在全世界范圍內受到廣泛關注和重視，隨著能源及環境壓力的增加，人們把目光逐漸投入到地熱等清潔能源，加上近年碳匯等因素，使得地熱的市場開發變得活躍起來。地熱能是指蘊藏在地球內部距地表 skm 以內的能量，是一種由于復雜的地質構造活動而形成的巨大的自然能源。據估算地球蘊藏的地熱能約為14.5 x 1025)，折合 4948 萬億噸標準煤，而全球煤的埋藏量僅為 1 萬億噸，由此可以看出地熱資源的利用前景非常廣闊地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源既能供熱又能制冷的高效節能環保型空調系統。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（電能） ，即可實現能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內用于采暖；在夏季，把室內的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。地源熱泵空調系統有諸多優點，第一，地下儲能豐富，地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了 47的太陽能量，比人類每年利用能量的 500 倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在；第二，屬經濟有效的節能技術，地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高 40%，因此要節能和節省運行費用 40%左右；第三，環境效益顯著，地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少 40以上，與電供暖相比，相當于減少 70以上，如果結合其它節能措施節能減排會更明顯；第四，一機多用，應用范圍廣，地源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統；可應用于賓館、購物商場、家電電腦辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調。1.2 國內地源熱泵發展簡史我國地熱能資源儲量大、分布廣，以中低溫地熱資源為主。據初步評價，我國淺層地熱能資源量相當于 95 億噸標準煤，年可利用量約 3.5 億噸標準煤；常規地熱能資源量相當于 8530 億噸標準煤，年可利用量約 6.4 億噸標準煤；增強型地熱能理論資源5量相當于 860 萬億噸標準煤，約為 2013 年全國能源消費總量的 20 多萬倍。我國最初的地源熱泵工程應用，以北京起步最早，發展最快，2006 年北京市地源熱泵工程應用面積 738 萬，居全國之首。此后北京雖然每年增長 300 至 500 萬 m2，但沈陽市的地源熱泵應用后來居上，2007 年躍居全國第一，達到 1810 萬。此后仍每年新增地源熱泵供暖面積 1500 萬以上，2008 年達到 3585 萬，2009 年已達到 5462 萬。2008年，沈陽市地源熱泵供暖已占全部建筑供暖面積的 18%，當年沈陽市大氣優良環境的天數達到了 330 天，環保效益顯著，2009 年仍然保持了這樣的環境效益。東北重工業城市沈陽的地源熱泵供暖為城市環境保護和利用清潔能源闖出了一條新路。從整體上看，我國地源熱泵工程應用每年擴展面積越來越大，2007 年增長了近1800 萬，2008 年增長了 2400 萬，2009 年更增長了 3870 萬，全國地源熱泵總利用面積已達 1.007 億。這個數字在 2010 年的世界地熱大會上，已經使中國地源熱泵在世界上的排名躍升至世界第二位。中國連續兩年的年增長率都超過 60%，這個中國速度遠遠超過了世界地源熱泵近 5 年來保持的近 20%年增長率。伴隨地源熱泵工程應用的快速增長，為適應市場急速膨脹的巨大需求，國內地源熱泵生產企業迅速發展。10 年來，我國生產熱泵機組的廠商由世紀初的幾家，已發展至超過 200 家，分布在山東、北京、深圳、大連、杭州、蘇州、廣州等地。國產品以水水系統的大機組為主，主流是螺桿式壓縮機殼管式換熱器，也有渦旋式壓縮機板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機組，大型機能達 2000-3000 kW 制熱（制冷）量，也有小型適應家庭使用的小于 10kW 機，但以 50-2000kW 為主要產品。除熱泵主機外，熱泵相關配件和 PE 管線等的生產廠家還有 100 多家。另外，國外知名品牌的熱泵公司也陸續登陸中國，建立生產基地或合資企業，產品就地供應中國市場。同時，設計和施工隊伍也迅速擴大，目前全國該行業的設計和施工隊伍超過 10 萬人。1.3 國外地源熱泵的發展我國地熱能資源儲量大、分布廣，以中低溫地熱資源為主。據初步評價，我國淺層地熱能資源量相當于 95 億噸標準煤，年可利用量約 3.5 億噸標準煤；常規地熱能資源量相當于 8530 億噸標準煤，年可利用量約 6.4 億噸標準煤；增強型地熱能理論資源量相當于 860 萬億噸標準煤，約為 2013 年全國能源消費總量的 20 多萬倍。我國最初的地源熱泵工程應用，以北京起步最早，發展最快，2006 年北京市地源熱泵工程應用面積 738 萬，居全國之首。此后北京雖然每年增長 300 至 500 萬 m2，但沈陽市的地源熱泵應用后來居上，2007 年躍居全國第一，達到 1810 萬。此后仍每年新增地源熱泵供暖面積 1500 萬以上，2008 年達到 3585 萬，2009 年已達到 5462 萬。2008年，沈陽市地源熱泵供暖已占全部建筑供暖面積的 18%，當年沈陽市大氣優良環境的天數達到了 330 天，環保效益顯著，2009 年仍然保持了這樣的環境效益。東北重工業城市沈陽的地源熱泵供暖為城市環境保護和利用清潔能源闖出了一條新路。6從整體上看，我國地源熱泵工程應用每年擴展面積越來越大，2007 年增長了近1800 萬，2008 年增長了 2400 萬，2009 年更增長了 3870 萬，全國地源熱泵總利用面積已達 1.007 億。這個數字在 2010 年的世界地熱大會上，已經使中國地源熱泵在世界上的排名躍升至世界第二位。中國連續兩年的年增長率都超過 60%，這個中國速度遠遠超過了世界地源熱泵近 5 年來保持的近 20%年增長率。伴隨地源熱泵工程應用的快速增長，為適應市場急速膨脹的巨大需求，國內地源熱泵生產企業迅速發展。10 年來，我國生產熱泵機組的廠商由世紀初的幾家，已發展至超過 200 家，分布在山東、北京、深圳、大連、杭州、蘇州、廣州等地。國產品以水水系統的大機組為主，主流是螺桿式壓縮機殼管式換熱器，也有渦旋式壓縮機板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機組，大型機能達 2000-3000 kW 制熱（制冷）量，也有小型適應家庭使用的小于 10kW 機，但以 50-2000kW 為主要產品。除熱泵主機外，熱泵相關配件和 PE 管線等的生產廠家還有 100 多家。另外，國外知名品牌的熱泵公司也陸續登陸中國，建立生產基地或合資企業，產品就地供應中國市場。同時，設計和施工隊伍也迅速擴大，目