《第三章地源热泵系统的设计及计算》

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1、第三章地源热泵系统的设计及计算第三章地源热泵系统的设计及计算一说到设计，人们往往想到的是工程技术人员的计算和绘 图，当然这些都属于设计领域里的工作，而寻找解决问题的途 径，也是设计任务之一。设计本身包括寻找解决问题的途径，因 此它不限于事先构思，更不排斥实践，而应是思维活动与实践活 动的统一。空调设计的任务及目的，就是把现有能效高的设备组 织好、使用好、充分发挥它们的作用。现代空调系统的不断发展使建筑物内的设施日益增多和复 杂，这对改进人们的生活和工作环境有着积极作用，但同时也带 来了由于系统设计、工程施工和运行管理不当而造成对白然环境 和人体健康有害的因素。因此反过来力求解决这些问题就成为一

2、 种主要的推动力，促使空调技术更进一步向前发展。当前，建筑 节能的重要性越来越引起人们的关注。从建筑设计方面来看，提 高隔热保温性能，采用合理的朝向，增设必要的遮阳等能够减少 空调负荷，降低能耗。对于确定的空调负荷，提高设备的效率和 优化运行过程提供相应的硬件软件，都成为降低能耗的关健。空调系统的设计一般采用工况设计法，是以夏季和冬季室外 空气设计参数为依据的典型工况进行计算，而且是按最不利情况 考虑，按照设备的额定工况选择指标。因此，设备选型较大。空 调设备经常处于部分负荷状态下运行，必须要求设备在部分负荷 运行时也能高效率运行。避免负荷变化了，而设备不能作相应调 节，出现大马拉小车的现象；

3、或设备也能调节负荷，但调节性能差，耗能指标落后。因此，设计的任务就是要用先进的白控技术将空调全工况下的性能调整到最佳程度，这就是所谓的过程设计方法。一、中央空调设计主要参考以下的规范及标准1、通用设计规范1) .采暧通风及空气调节设计规范(GB50019-()；2) .采暖通风及至气调节制图标准(GBJ114 88)3) .建筑设计防火规范( GBJ11A 87)4) .高层民用建筑设计防火规范(GBJ004弘95)5) .民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)(JGJ26-952. 专用设计规范：1) .宿舍建筑设计规范(JGJ36-872) .住宅设计规范(GB50096-99)3) .

4、办公建筑设计规范(JG67 89)4) .旅馆建筑设计规范(JGJ67-895) .旅游旅馆建筑热土与空气调节节能设计标准(GB50189-93)6) .地源热泵系统工程技术规范(JGJ14)7) .地面辐射供暖技术规范(GB50366)8) .其它专用设计规范3. 专用设计标准图集：1）.暖通空调标准图集2）.暖通空调设计选用手册（上、下册）3）、其它有关标准二、空调冷、热负荷计算空调负荷是指为保持室内空气设计条件，单位时间内室内空 气输入或排出的热量，前者称为热负荷，后者称为冷负荷。热负 荷、冷负荷与湿负荷的计算以室外气象参数和室内要求保持的空 气参数为依据。冷热负荷的计算是空调工程设计中

5、最基础的计算工作，负荷 计算的准确性直接影响到建筑的能耗，工程的投资费用和整个系 统的运行费用及使用效果。在设计时，一定坚持对建筑物作负荷分析计算，只有认真的 负荷分析计算，才有热泵机组合理的选型和正确土壤换器的设 计。建筑冷热负荷的分析计算依据：建筑物类型、地理位置、环 境条件、外围结构、建筑物功能、人员状况、新风量等。可采用 能耗分析软件进行适当地优化分析，减少不必要的负荷浪费。设计院一般采用负荷逐时计算法，专业公司一般采用经验估 算。1、室外空气参数的确定：室外的计算参数取值的大小，将会直接影响室内空气状态和 空调运行费用。除有特殊要外，一律按规范中的规定。地名人压力KPa1球温瘦1夏季

6、湿球温度冬季相对湿度%项速ms最大冻1深度 (cm)冬季更季冬季夏季冬季度季北京102, 2499. 864233.226.4452. SL9S52、室内空气参数的确定室内计算参数的确定，除了考虑所提出的一定必要外，空调 房间的负荷要考虑下列因素：照明和设备散热量、人体散热量和 散湿量、新风的热量和湿量。还应根据室外气温、经济条件和节 能要求进行综合考虑各种建筑物室内空气计算参数按国家标准采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-)的具体规定3、冷、热负荷的计算负荷包括：围护结构传热、外窗太阳辐射、人体散热、照明 散热、室内物品的散热、空气的渗入带来的热量等形成的冷负 荷。冷负荷的计算1)

7、、围护结构传热引起的冷负荷：。顽=F K* (rtn t)其中：F外墙、屋顶的计算面积m2,K外墙、屋顶的传热系数W/m2.k,查表一一外墙、屋顶的冷负荷温度的逐时值C,查2) 、玻璃窗的冷负荷, 务.传热引起的冷负荷:其中：F窗口面积 m2,K玻璃窗的传热系数 W/m2k,查表tn室内设计温度 C,tt 玻璃窗的冷负荷温度的逐时值C,查表。b .玻璃窗日射引起的冷负荷J = rzJz +其中：z 玻璃窗对太阳辐射直射的吸收率，% 玻璃窗对太阳辐射散射的吸收率，/厂一一直射太阳辐射强度 W/m2 ,A 、 一一一散射太阳辐射强度 W/m2 , 玻璃吸收太阳辐射热传向室内的比率，一般取 0.31

8、93）电热设备发热引起的冷负荷一照明散热形成的冷负荷：LQ=1000N n. GLe W中N照明灯功率W,h钺流器消耗功率，般取L 2,n2灯罩隔热稀疏,-般取0. 6 M 8h.电器设备发热形成的冷负荷：,。=1000勺W4中 件1、 、屿分别为设备同时使用系数、利用系数、负荷系数,N设备功率kW,E设备效率4）室内湿源形成的湿负荷务.人体散湿、热形成的冷负荷，人体散热与性别、年龄、衣着、活动强度以及环境条件等各种因素有关，在人体散出的热量中，辐射约占40%,对流约占20%,其余40%.则为潜热。（甲）显然:LQW成年男K显热散热量w, 5表H室内人数.-群体系数，-人体显热散热冷负荷系数，

9、（乙）牛;。上=qLn 衬 W均11如成年男子潜热散热量W.查表-b .工艺设备散湿:随着工艺流程可能有各种材料表面蒸发水汽或泄漏，其散湿 量确定方法视具体情况而定，可从有关资料查出。5）冷、热负荷的估算：a、建筑面积估算法总冷负荷：Q=YXQq在初步设计阶段，由于设计基本数据不是很完备，因此一般 是采用负荷指标估算冷热负荷，目的是为了做投资预算的依据。Kt： V建筑侃积 m2Qq 单位血淑冷负荷W/m不同地区建筑物的冷热指标估算:区 域夏季室外温 度笆冬季室外温度 r夏季冷负荷W iu2冬季热例荷W.in?34.1 35.82865 75110-12075 80140 -16029.9-31

10、.429226。-75105-12570 S0140-16030.5-31.2-18-1375-8511。13080 90135160四284-30.7-14 -9S。-909011590-95120 -140五33.2 35.612995 10090 110100110110-1301八33,9 36.57 -2100-11065 100115 -13080 120七25.831.63265-9570-8575 11085F05八32,4 35.24 -10100-1054060区域一w乌鲁木齐.克拉坞依区域二m哈尔*:、沈阳、呼和浩特区域三太原、银川、兰州区域四,青岛、烟台、大连区域lu北

11、京、天津、济南、郑州、西安区域六:成汉、匚沙、上海、1E1X区域以贵阳、昆明、成都区域福建、深圳、广州、海曰b、不同用途的建筑物冷负荷概算指标建筑物，类!I!: 狗前W/m2新ML以:in/n人办公楼95 115 W.n?29T5兵Uj105-145305070 95W/nr20- 30餐厅290-350 W/m：3070百货禅场210-240 W/in1020医院105-130 W/m23070剧院230-350 W/nr2025C .空调的热负荷热负荷包括围护结构的传热，外窗的散热以及室内设施的吸热等形成的热负荷。一般建筑的热负荷量随地质不同有所差异，在中国四、五类区域，热负荷均略小于冷负

12、荷。d .空调湿热负荷湿空气是由干空气和水蒸汽所组成的，在工程计算上定0 C时干空气的粉及饱和水的为 0,则在温度T时干空气的 可表示为：Ia=CpXT = O, 24Tkcai / kg式中：Cp r-空J的炬氏比热kcai/kgnC,仆常温卜，板取0.2h水蒸汽的嬉砰用经验公式计舞：Iw=59o+0,47Tkcai / kg式中：0,47 一水蒸汽的定田比热kcai / kgflC5950 C时水的汽化潜热kcai/ kg室内湿源包括人体散湿和工艺设备的散湿。人的散湿量大约随人的活动程度，轻微活动一中等劳动一重度劳动散湿量逐渐增加 100 250 400g/h。三、能量采集系统的设计（一）

13、水源热泵系统：1、水源热泵水井的确定如果考虑使用地下水水源热泵系统，首先应与当地政府的有 关管理部门联系，争取得到她们的支持，允许使用地下水，然后 再按照以下步骤工作：1）委托当地水文地质管理单位对水文地质进行调查，在当 地勘查部门进行勘查的总结资料的基础上，对地下水源进行估 测、评定，以表明所选的地点是否是安装地下水系统的理想地 点。2）对水文地质条件复杂而且当地没有进行勘查工作的地区， 就需要向当地的勘查部门提出勘查要求，由有资格的水文地质工 作者对当地供水井和回灌井进行预期估测，提供满足系统峰值流 量要求的方案，并建议井的设置，包括水井的数量、间距和供水 井回灌井的直径、深度。3）当地没

14、有做正规的勘查，但有零散的钻井档案，而且水文 地质条件简单，或用水量不大的情况时，可不进行全面的勘查工 作，可是在大面积建筑物水源热泵系统工程确定方案以前，必须 做水文地质钻探。经过钻探能够更直接而且较准确地了解含水层 的埋藏深度、厚度、岩性、分布情况、水位和水质等。利用钻井 抽水试验，注水试验，从而确定含水层的富水性和水文地质参 数，譬如给水度，导水系数，渗透系数，储水系数，水位传导系 数，补给系数及越流系数等。对地下水储存量、补给量、容水量 和水质的评估，选定满足系统峰值流量要求的最佳方案。4）将方案报有关管理部门审批，取得合理开凿地下水许可 证。2、水井的设计水井的设计将由有经验有资格的水文地质工作者完成。1）根据地下水总的取水量，确定单井的预期功能和容量、抽 水井的取水量、抽水井