冷熱源課程設計PAGEPAGE9冷熱源課程設計《冷熱源工程》課程設計說明書濟南市某辦公室空調冷熱源工程設計學院：土木工程學院系別：建筑設備工程系專業：建筑環境與設備工程專業班級：學生姓名：指導教師：完成日期：2012年6月《冷熱源工程》課程設計任務書一、目的 《冷熱源工程》課程設計是《冷熱源工程》的主要教學環節之一，通過這一教學環節使學生了解空調冷熱源系統設計的內容、程序和基本原則，學習設計計算的步驟和方法，鞏固和深化所學的理論和實際知識，并培養學生應用所學知識解決工程問題的能力。二、題目：濟南市某辦公樓空調冷熱源工程設計三、設計任務已知濟南市某辦公樓建筑面積共9400平方米，共5層，主要功能為辦公室。空調系統夏季供冷、冬季供暖。空調總冷負荷為884kW，冬季總熱負荷為572kW，以風機盤管為末端裝置，要求夏季冷凍水供回水溫度為7/12℃，冬季供回水溫度為55/45℃。機房設置在地下室。甲方要求采用土壤源熱泵垂直埋管方式。四、原始資料1、甲方提供自來水源，水量供應充足；2、甲方提供380/220V電源，供電量充足；3、現場共鉆孔90眼，井徑120mm，深100m，孔間距5m，孔內安裝單U管，共埋管14400m，管材為PE-3407，管徑32，垂直管路用水平管道連接，并通過循環水泵與熱泵機組連接，形成一個閉式回路。4、機房面積、高度、尺寸由學生根據實際要求確定，并提供資料給土建專業進行設計。五、設計內容和要求（一）設計說明書內容1、繪制冷熱源系統圖；2、熱泵機組型號與臺數的選擇；3、系統水力計算，選擇循環水泵；4、水系統附件選擇（軟水機、儲水箱、恒補裝置、水過濾器的選擇；除垢儀的選擇；閥門的選擇；溫度計、壓力表的選擇；柔性接頭的選擇）。說明書應按規定格式編寫，內容包括封面、目錄、設計任務書、正文、參考文獻。其中：正文內容包括：系統方案、熱泵機組選擇、水力計算及循環水泵選擇；水系統附件選擇。說明書統一按A4紙打印（正文為小四宋體，1.5倍行距，各標題加黑，頁邊距距上3CM，下2CM，左3CM，右2CM），左側裝訂，不少于10頁。封面按要求統一填寫。（二）設計圖紙要求2號圖兩張。圖紙圖簽按要求統一填寫。1、冷熱源機房平面圖。要求：設備布置、管路上各種閥門及附件的布置、標示管徑、定位尺寸。2、冷熱源水系統圖。要求：系統圖應包括熱泵機組、循環泵、軟水機、儲水箱、恒補裝置、管道附件等。六、時間：1周目錄1工程概況…………31.1建筑概況1.2地理概況2系統方案…………42.1設計原則2.2地源熱泵系統……………42.2.1.地源熱泵系統技術2.2.2.地源熱泵技系統分類2.3選擇系統方案……………42.3.1工程要求2.3.2土壤源熱泵的優點………52.4地源熱泵地埋管2.4.1工程數據2.4.2管路設計及示意圖………52.5定壓方式………………………63熱泵機組選擇……………………73.1制冷設備容量及臺數的選擇3.1.1地源熱泵系統制冷（熱）量3.2熱泵機組的選型3.2.1考慮因素3.2.2熱泵機組性能參數3.2.3機組資料………………83.3運行方案…………94水力計算及循環水泵選擇…………104.1地埋管水力計算方法4.1.1埋管水力計算1~2管路計算（舉例）4.1.2管件當量長度表……………114.1.3各管段阻力部件當量長度表………124.1.4各管段阻力計算統計表……………………4.2冷熱源機房管道水力計算…………………144.2.1冷熱源機房揚程阻力計算4.4.2機房管道接頭局部阻力計算………………154.2.3機房各類閥門局部阻力計算………………164.2.4冷熱源機房總阻力4.3水泵的選擇…………174.3.1水泵管道的設置5水系統附件選擇……………………18參考文獻……………231工程概況1.1建筑概況本工程為濟南市某辦公樓建筑地源熱泵工程。已知濟南市某辦公樓建筑面積共9400平方米，共5層，主要功能為辦公室。空調系統夏冷、冬季供暖。空調總冷負荷為884kW，冬季總熱負荷為572kW，以風機盤管為末端裝置，要求夏季冷凍水供回水溫度為7/12℃，冬季供回水溫度為55/45℃。機房設置在地下室。1.2地理概況：（1）氣候：濟南地處中緯度，屬于暖溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，日照充分，年平均氣溫14.3℃。冬季最冷月平均氣溫在0℃以下，極端最低溫度平均在-20℃以下，低于-10℃的嚴寒日數98%集中在冬季。最大凍土深度為45厘米左右，最大積雪深度為20厘米左右。冬季降水量在20～25毫米，僅占全年總降水量的3.0～3.7%，整個冬季雨雪稀少，北風頻吹，干燥寒冷。夏季炎熱，季平均溫度在26℃左右，極端最高溫度超過40℃，日最高氣溫≥40℃的酷熱日數均出現在夏季。夏季不僅炎熱，且多降水，雨熱同季。夏季降水量全市各縣區平均都在400毫米以上，全年60%的降水量集中在夏季，7月份降水日數平均在15天左右，日降水量≥50毫米的暴雨日數集中在7、8兩月，占全年暴雨日數的70%。（2）地質：全市有棕壤、褐土、潮土、沙姜黑土、水稻土、風砂土6個土類。其中，以棕壤、褐土兩大土類為主。地表水3．06億立方米，地下水11．73億立方米，地下水源豐富，符合地源熱泵設計的要求。2系統方案2.1設計原則濟南市夏熱冬冷，地源熱泵的設計應滿足夏季降溫為主，和冬季供暖，而夏季空調總冷負荷為884kW，需求量較大，冬季總熱負荷為572kW，需求量較少。空調系統滿足國家及行業有關規范、規定的要求，利用已經學習到的知識，結合查找相關文獻，設計一個符合舒適性、經濟性、節能性要求的空調系統。2.2地源熱泵系統2.2.1.地源熱泵系統技術概念地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移，既可供熱又可制冷的高效、環保、節能的熱泵技術。2.2.2.地源熱泵系統分類地源熱泵中央空調系統主要分三部分：室外地能換熱系統、水源源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。地源熱泵中央空調系統按照室外換熱方式不同可分為四類：（1）土壤源熱泵中央空調系統；（2）地下水源熱泵中央空調系統；（3）單井換熱熱井中央空調系統；（4）地表水源熱泵中央空調系統。根據室外循環水是否為密閉系統，分為開環系統和閉環系統。2.3選擇系統方案2.3.1.工程要求甲方要求采用土壤源地源熱泵垂直埋管方式。2.3.2土壤源熱泵的優點1．資源可再生利用2.運行費用低3.機房占地面積少4.綠色環保5.自動化程度高6.一機多用土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統與建筑物內部完成熱交換的裝置。冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。它以土壤作為熱源、冷源，通過高效熱泵機組向建筑物供熱或供冷。全年能耗可節省40%左右,初投資偏高，機房面積較小，節省常規系統冷卻塔可觀的耗水量，運行費用低，不產生任何有害物質，對環境無污染，實現了環保的功效。綜上所述，本項目采用土壤源地源熱泵系統。2.4地埋管換熱器布置形式2.4.1工程數據現場共鉆孔90眼，井徑120mm，深100m，孔間距5m，孔內安裝單U管，共埋管14400m，管材為PE-3407，管徑32，垂直管路用水平管道連接，并通過循環水泵與熱泵機組連接，形成一個閉式回路2.4.2管路設計及示意圖地下換熱器管路連接方式分為串聯和并聯兩種。采用串聯還是并聯取決于系統的大小、埋管深淺及安裝成本的高低因素。對豎直埋管系統，并聯方式的初投資及運行費均較經濟。因此本項目采用U型管并聯系統。本項目采用的是豎直單U型管地埋管換熱器，同時，為保持各環路之間的水力平衡,采用同程式系統。示意圖：2.5定壓方式系統工作壓力為1.0MPa，采用補水設備進行系統定壓。3熱泵機組選擇3.1制冷設備容量及臺數的選擇冷熱源設備的選擇計算主要根據工藝的要求和系統總耗冷量來確定的，是在耗冷量計算的基礎上進行的。冷熱源設備選擇的適當與否，將會影響整個冷源裝置的運行特性，經濟性能指標以及運行管理。冷熱源設備的選擇一般按下列步驟進行。確定制冷系統的總制冷量確定制冷劑種類和系統形式確定系統的設計工況制冷機組的選擇根據實際情況，熱泵機組的制冷量和制熱量要滿足：制冷量：制熱量：3.2熱泵機組的選型3.2.1選型原則：（1）熱泵機組的選型一般原則有：滿足系統的設計負荷；系統的初投資與運行費小。（2）水源熱泵機組選型時，應盡量接近設計冷(熱)負荷。若機組偏大時

，運行間短，激活頻繁。機組容量合適，運行時間長，有利于除濕。

（3）本次系統設計工況中熱泵主機蒸發器出口的流體溫度高于0℃，不加防凍液所以不用考慮記住的防腐蝕。3.2.2熱泵機組性能參數設備型號臺數冷負荷(KW)耗電量（KW）熱負荷(KW)耗電量（KW）CYWH56O1560106633139CYWH920146289528117標準運行制冷工況:冷凍水(用戶)進水7℃,出水12℃；冷卻水(熱源)進水18℃,出水29℃。標準運行制熱工況:冷凍水(用戶)進水50℃,出水45℃；冷卻水(熱源)進水15℃,出水7℃。3.2.3機組資料特性：1．滿液型水源熱泵機組采用滿液式蒸發器，換熱效率高。采用獨特的回油系統及制冷劑流量精密控制系統。計算機電腦芯片自動化控制，只能調節機組的最佳運行狀態，運行費用低。2.高效性（A）水源熱泵機組采用高效制冷壓縮機，分級能量調節，控制靈活防辦，運行穩定可靠。制冷系統控制元件均采用國際優質品牌不見，保證機組在寬廣的使用工況范圍內穩定高效地工作。換熱器具有“大溫差、小流量”工作特性，盡量節省水資源，降低機組運行費用。機組數據：CYWH56OCYWH460名義制冷量（kW）560462輸入功率（kW）10689名義制熱量（kW）633528輸入功率(kW)139117制冷工況冷卻水阻力（kPa）3836制冷工況冷卻水流量（）5243制熱工況冷凍水阻力（kPa）2624制熱工況冷凍水流量（）5243進出水管（mm）125125機組外型尺寸：長x寬x高（mm）3200x1300x16503300x1350x1700標準運行制冷工況:冷凍水(用戶)進水7℃,出水12℃；冷卻水(地下)進水18℃,出水29℃。標準運行制熱工況:冷凍水(用戶)進水50℃,出水40℃；冷卻水(地下)進水15℃,出水7℃。3.3運行方案因為建筑的冷負荷與熱負荷相差加大，所以選用一臺功率稍大與一臺較小功率的機組協調運行，既能滿足符合要求，更能達到節能目的.夏季供冷兩臺全開逐級開啟水源熱泵機組作為空調的冷源,提供7℃的冷凍水,對建筑物進行制冷(機組最大制冷量為1022KW，滿足空調的需求)冬季熱停開CYWH460逐級開啟水源熱泵機組作為空調熱源，提供50℃的熱水,對建筑物進行制熱（機組最大制熱量為633KW，滿足空調的需求）過渡季節可用于正常的機組日常維護與保養。4水力計算及循環水泵選擇4.1地埋管部分水力計算方法采用假定流速法，其計算步驟如下：（1）繪制冷水系統圖，對管段編號，標注長度和流量；（2）確定合理的流速；（3）根據各個管段的水量和選擇流速確定管段的直徑，計算最不利環路阻力；（4）并聯管路的阻力平衡；（5）計算系統的總阻力由熱泵的主要技術參數得：在設計工況下熱泵機組的制冷性能參數:在設計工況下熱泵機組的制熱性能參數:由室外地熱能換熱系統負荷應滿足地源熱泵系統實際最大釋熱量和最大吸熱量的要求。室外地能換熱系統最大釋熱量：Q1=室外地能換熱系統最大吸熱量：Q2=4.1.11~2管路計算選取最不利環路，并為其編號，如圖：1~2管段的水力計算冷凍水的進水溫度為18℃，出水溫度為29℃。考慮到水的比熱容隨溫度的變化很小，取其計算平均溫度查飽和水的熱物理性質的，應用假定流速法確定其管徑：假定流速V=1.5m/s查標準管徑，去DN=140那么4.1.2管件當量長度表4.1.3各管段阻力部件當量長度表管段管徑D(mm）阻力部件當量長度le(m)總當量長度lz(m)90℃彎管180℃彎管直流三通旁路三通1~214000000.002~31102.06.48.43~41102.02.04~51102.02.05~61102.02.06~7501.02.03.07~8501.01.08~9501.01.09~10501.01.010~11501.01.011~12501.01.012~13501.01.013~14501.01.014~15320.71.71.03.415~161102.05.27.216~171102.05.22.09.217~181403.73.74.1.4各管段阻力計算統計表管段Qv（L/s)管長l（m）管徑D(mm）流速v（m/s）局部阻力部件當量長度le(m)總長度lz(m)比摩阻Rm（Pa/m)總阻力P（Pa）1~222.87201401.490.00202004000.002~311.44301101.208.438.41806912.003~49.1551100.962.07110770.004~56.8651100.722.0750350.005~64.5751100.482.0730210.006~72.286501.163.09300270.007~82.035501.031.062801680.008~91.785500.911.062201320.009~101.535500.781.061801080.0010~111.285500.651.06120720.0011~121.035500.521.0680480.0012~130.785500.401.0650300.0013~140.535500.271.0630180.0014~150.28205320.143.4208.46012504.0015~1611.44451100.247.252.21809396.0016~1711.44401101.29.249.21808856.0017~1822.87201401.493.723.72004740.00阻力求和53768.00地埋管的總壓降為=53.768m4.2冷熱源機房管道水力計算：4.2.1冷熱源機房揚程阻力計算：冷熱源機房揚程阻力計算表：計算管段管段內徑（mm）管段長度（m）比摩阻（Pa/m）總阻力（Pa）集水器至循環水泵干管1404.65+0.7=5.352001070循環水泵入口支管1251.0+4=580400循環水泵出口支管1251.0+4=580400循環水泵出口干管至冷水機組冷凝器干管1400.7+5.1=5.82001160熱泵機組冷凝器入口支管125280160熱泵機組冷凝器至分水器1404.8+0.175+1.03+0.85=6.8552001371冷熱源機房揚程阻力（Pa）1070+400+400+1160+160+1371=4561（注：比摩阻查相關圖表得到）4.2.2機房管道接頭局部阻力計算：冷熱源機房接頭局部阻力表：計算管段接頭類型數量接頭當量長度（m）單個接頭阻力(Pa)總阻力(KPa)集水器至循環水泵干管（DN140）直流三通12.7855655690度彎頭14.4880880循環水泵入口支管（DN140）直流三通12.7855655690度彎頭14.4880880循環水泵出口支管循環水泵至冷水機組冷凝器干管（DN140）直流三通32.78556166890度彎頭14.4880880熱泵機組冷凝器入口支管（DN125）直流三通12.5220220熱泵機組冷凝器至分水器（DN140）直流三通12.78556556冷熱源機房管段接頭局部阻力阻力（Pa）556*3+880*3+1168+220=5696（管件當量長度根據管件當量長度表得到）4.2.3機房各類閥門局部阻力計算各類閥門所在管段位置以及局部阻力計算表：所在管段閥門類型數量（個）局部阻力系數局部阻力和所在管段直徑DN（mm）管段流速（m/s）總局部阻力（Pa）地源側循環水泵給水管蝶閥30.541.081401.491199地源側循環水泵至機組冷凝器蝶閥30.541.621251.325053止回閥12.0201251.32閘閥10.180.181251.32壓力旁通閥12.02.01251.32機組冷凝器至室外地源換熱系統蝶閥40.542.161401.493097閘閥10.180.181401.49閥門局部阻力（Pa）1199+5053+3097=9349（其中局部阻力按照p=ρν2/2計算）4.2.4冷熱源機房總阻力計算總阻力計算表：阻力類型位置沿程阻力（kPa）接頭局部阻力（kPa）閥門局部阻力（kPa）冷凝器壓力降（kPa）集水器（kPa）分水器（kPa）冷熱源機房4.5615.6969.349382632總阻力（KPa）4.561+5.696+9.349+38+26+32=19.606=115.606最不利環路總阻力=地埋管阻力+機房阻力=53.768m+115.606m=169.374m4.3水泵的選擇選用水泵流量和揚程皆考慮10%的余量，則選用的水泵的流量參數為：Q=82.332x1.1=90.5652m3/h，揚程：1.1x169.374根據此參數得出選用的水泵：型號流量(m3/h)揚程（m）效率（%）轉速r/min電機功率（KW）臺數IS100-80-1251001967029001124.3.1水泵管道的設置進行水泵的配管布置時，應注意以下幾點：（1）安裝軟性接管：在連接水泵的吸入管和壓出管上安裝軟性接管，有利于降低和減弱水泵的噪聲和振動的傳遞。（2）出口裝止回閥：目的是為了防止突然斷電時水逆流而時水泵受損。（3）水泵的吸入管和壓出管上應分別設進口閥和出口閥；目的是便于水泵不運行能不排空系統內的存水而進行檢修。。（4）水泵的出水管上應裝有溫度計和壓力表，以利檢測。如果水泵從地位水箱吸水，吸水管上還應該安裝真空表。（5）水泵基礎高出地面的高度應小于0.1m，地面應設排水溝。5水系統附件選擇5.1壓力表根據規范要求，壓力在+40kPa以上時，一般選用彈簧管壓力表或波紋管壓力計。選擇型號為Y-60T的彈簧管壓力表，量程：-0.1~0.3Mpa使用溫度：-40~70度彈簧管壓力表通過表內的敏感元件--波登管的彈性變形，再通過表內機芯的轉換機構將壓力形變傳導至指針，引起指針轉動來顯示壓力，適用測量無爆炸，不結晶，不凝固，對銅和銅合金無腐蝕作用的液體、氣體或蒸汽的壓力。5.2Y型過濾器根據《上海大田閥門管道產品手冊》，選用Y型法蘭過濾器，TYPE-DN140，采用法蘭連接，相關產品參數：公稱通徑DN140公稱壓力1.6-4.0MPa最高允許溫度425外形尺寸L430mm外形尺寸H1143mm外形尺寸H2345mm5.3截止閥 根據系統原理圖，結合《上海大田閥門管道產品手冊》，選用J41T-16型截止閥，相關參數如下：5.4溫度計普通雙金屬溫度計一種適合測量中、低溫的現場檢測儀表，可用來直接測量氣體、液體、和蒸汽的溫度。該溫度計從設計原理及結構上具有防水、防腐蝕、隔爆、耐震動、直觀、易讀數、無汞害、堅固耐用等特點。工作原理：的工作原理是利用二種不同溫度膨脹系數的金屬，一端焊接在