1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 采用 U 型地埋管换热器的 地源热泵空调系统设计 学生姓名 专业班级 热能与动力工程 学 号 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称） 完成时间 郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书题目 采用 U 型地埋管换热器的地源热泵空调系统设计 专业 热 能 学号 姓名 一、原始资料及技术条件1.采用垂直地埋管，地温 18，2.竖井内径 120 毫米两个，间距 6 米，每米管子换热量 0.05Kw。3.采用 U 型高密度聚乙烯管作为土壤换热器材料，管径 25.4 毫米。4.地埋管换热器进水温度：35；循环水回水温度 16。5.制冷剂：R226.制冷功率 7kw
2、,蒸发温度：7.8，冷凝温度 507. 制热工况：土壤换热器来水温度：10；循环水回水温度 38蒸发温度：5，冷凝温度： 54；一、 主要内容1.设计冷凝器冷凝器：采用套管式冷凝器和低肋管。2设计蒸发器蒸发器：采用套管式蒸发器和低肋管。至少一个采用上计计算设计。3.方案选择与论证，设计计算及说明，选择压缩机。地源的空调系的特点，制冷性能分析、工况及运行方式、冷凝器及蒸发器的设计计算，在设计工况下的制冷量，工质流量，土壤换热器水流量及管长。同时计算制热工况的供热功率，。三、基本要求1.认真进行实习(调研) 、完成实习(调研) 报告。2.阅读文献写出文献综述。3.按统一格式完成开题报告。4.阅读英
3、文文献，并译成中文(不少于 5000 汉字)。5.设计计算至少有两部分为上机计算。6.规范绘制图样，上机绘图不少于二张装配图、一张零件图。7.英中文对照摘要，中文不少于 400 字。8.按统一格式编制设计说明书，不少于 30000 字。9.有全部设计的纸介质文档和电子文档。四.完 成 期 限：2014 年 6 月 7 日指 导 教 师 签 章 ： 赵 大 庆 专业负责人签章： 2014 年 1 月 10 日采用 U 型地埋管的地源热泵空调系统目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 设计背景 .11.2 国内地源热泵发展简史 .21.3 国外地源热泵的发展 .31.4 地
4、源热泵发展趋势 .41.5 地源热泵技术在中国的发展优势 .41.6 地源热泵技术在发展中的问题 .62 热泵工作原理和特点 .72.1 热泵原理 .72.2 地源热泵系统的特点 .82.3 地源热泵对环境的意义 .93 热力计算 .93.1 确定制冷系统的设计工况 .103.2 绘制压焓图和查状态参数 .103.3 循环的热力计算 .114 压缩机的选型 .124.1 压缩机热力计算 .124.2 压缩机的选型 .134.2.1 往复式制冷压缩机 .134.2.2 螺杆式压缩机 .13采用 U 型地埋管的地源热泵空调系统4.2.3 涡旋式空气压缩机 .144.2.4 离心式压缩机 .164.
5、3 压缩机校核 .174.4 制热功率的计算 .185 冷凝器的设计计算 .205.1 水冷式冷凝器及分类 .205.2 参数的选择及冷凝器换热面积计算 .225.3 确定内管根数 .235.4 传热计算 .235.4.1 计算水侧表面传热系数 .235.4.2 计算套管间 R22 冷凝表面传热系数 .235.5 冷凝器总体结构设计 .246 蒸发器的设计计算 .256.1 蒸发器的分类及选型 .256.2 肋管换热面积的计算 .276.3 管内外侧换热系数的计算 .286.3.1 管内侧制冷剂 R22 的换热系数的计算 .286.3.2 管外水侧换热系数的计算 .286.4 管内热流密度验证
6、及管长计算 .296.5 管长的计算 .307 地源热泵系统地下换热器型式确定 .307.1 确定管路连接方式 .317.2 选择地埋管管材及埋管直径 .317.3 地下换热器尺寸的确定及布置 .32采用 U 型地埋管的地源热泵空调系统7.3.1 已知条件的确定 .327.3.2 确定地下换热器换热量 .327.3.3 确定钻孔总长度，孔深及孔数 .328 系统辅助设备的选择 .338.1 电子膨胀阀的选用 .338.2 干燥过滤器的选择 .348.2.1 干燥过滤器的构造及原理 .348.2.2 干燥过滤器的作用 .348.2.3 干燥过滤器的选择 .348.3 电磁阀 .368.3.1 电
7、磁阀的工作原理及作用 .368.3.2 电磁阀的安装和使用 .368.3.3 单向阀选择 .378.4 四通换向阀的选择 .37总结 .39致谢 .40参考文献 .41采用 U 型地埋管的地源热泵空调系统I采 用 U 型 地 埋 管 换 热 器 的 地 源 热 泵 空 调 系 统 设 计摘 要随 着 中 国 的 建 筑 行 业 的 飞 速 发 展 ， 人 们 对 生 活 环 境 的 要 求 也 越 来 越 高 ， 这 种需 求 带 动 了 中 国 的 空 调 制 冷 业 的 发 展 ， 人 们 对 室 内 空 气 品 质 （ IAQ） 有 了 更 深刻 的 认 识 ,对 环 境 的 需 求 意
8、 识 已 经 不 是 简 单 的 冷 热 意 识 ,而 是 趋 向 于 健 康 化 、 卫生 化 的 需 求 。 因 此 采 用 更 先 进 的 空 气 调 节 方 法 提 高 空 气 品 质 满 足 人 们 的 要 求 成 了当 前 制 冷 行 业 发 展 的 热 点 和 重 点 之 一 。地 源 热 泵 技 术 ， 是 利 用 地 下 的 土 壤 、 地 表 水 、 地 下 水 温 相 对 稳 定 的 特 性 ,， 通 过 消 耗 电 能 ， 在 冬 天 把 低 位 热 源 中 的 热 量 转 移 到 需 要 供 热 或 加 温 的 地 方 ， 在夏 天 还 可 以 将 室 内 的 余 热
9、 转 移 到 低 位 热 源 中 ,达 到 降 温 或 制 冷 的 目 的 。 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 。本 文 ， 将 通 过 学 习 有 关 地 源 热 泵 和 中 央 空 调 系 统 设 计 方 面 的 书 籍 与 资 料 ， 在老 师 的 的
10、 指 导 和 同 学 们 的 帮 助 下 ， 用 自 已 大 学 四 年 所 学 过 的 专 业 和 努 力 设 计 一 套土 壤 源 热 泵 中 央 空 调 系 统 。 希 望 借 此 机 会 检 验 我 大 学 四 年 所 学 专 业 的 成 果 ， 并 使我 的 专 业 知 识 系 统 得 到 一 次 升 华 。关键词 地源热泵/中央空调/节能环保/设计采用 U 型地埋管的地源热泵空调系统IIU-SHAPED GROUND HEAT EXCHANGER OF GROUND SOURCE HEATPUMP AIR CONDITIONINGSYSTEM DESIGNABSTRACTWith
11、the rapid development of Chinas construction industry,Peoples requirements of the Living environment is becoming higher and higher.This demand contributed to the Chinas air conditioning refrigeration industry development.People have a more profound understanding of the in indoor air quality.Peoples
12、requirement on the environment is not simple consciousness for cold and hot consciousness,but tend to health,and the demand of sanitation.So use the more advanced air conditioning method is becoming one of the most important part of the development of the current refrigeration industry to improve th
13、e air quality and meet the requirement of people.The ground source heat pump technology,is a technology which use the characteristics of temperature is relatively stable of the soil underground,surface water,groundwater to transfer heat from ground to anywhere that need it in the winter or cool the
14、indoor temperature by let the heat flue into the ground.The ground source heat pump can take the place of the traditional heating and central air conditioning system such as the boiler or municipal pipeline.In this paper,I will design a set of ground source heat pump system with my teacher and class
15、mates help,by using the knowledge that I learned during these four year and looking through books about the ground source heat pump central air conditioning.I hope I can learn more about my subject from this design。KEY WORDS ground source heat pump,Design,central air conditioning,energy saving采用 U 型
16、地埋管的地源热泵空调系统11 绪论1.1 设计背景地热是一种可再生的自然能源。尽管目前它的应用还不能像传统能源(煤、石油、天然气、水力能和核能)那样广泛，但由于地壳里蕴藏着丰富的地热能，特别是在传统能源越来越缺乏的今天，地热能利用在许多国家已得到了相当的重视。地源热泵中央空调系统是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于 400 米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地源，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47的太阳能，比人类每年利用能量的 500 倍还多。它不受地域、资源等限制，真正
17、是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地源也成为清洁的可再生能源一种形式。地源热泵中央空调系统是利用水与地源(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地源中的热量“ 取” 出来，供给室内采暖，此时地源为“热泵”；夏季把室内热量 “取”出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地源为“冷源”。地源热泵中央空调系统通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将 90以上的电能或 7090的燃料内能转化为热量供用户使用，因此地源热泵中央空调系统要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料
18、锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵中央空调系统的热源温度全年较为稳定，一般为 916，其制冷、制热系数可达 3.56.3，与传统的空气源热泵相比，要高出 40左右，其运行费用为普通中央空调的 5060。地源热泵中央空调系统的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少 40以上，与常规电供暖相比，相当于减少 70以上，如果结合其他节能措施减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少 25的充灌量。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。中 国 的 建 筑 行 业 正 处 于 飞 速 发 展 的 阶
19、 段 ， 人 们 对 生 活 环 境 的 要 求 也 越 来 越 高 ，而 生 活 环 境 最 主 要 的 就 是 居 住 环 境 ， 这 种 需 求 带 动 了 中 国 的 空 调 制 冷 业 的 发 展 ，采用 U 型地埋管的地源热泵空调系统2特 别 是 在 “非 典 ”之 后 ， 人 们 对 室 内 空 气 品 质 （ IAQ） 有 了 更 深 刻 的 认 识 ， 室 内空 气 的 好 坏 直 接 影 响 到 人 们 的 健 康 ， 原 来 使 用 的 空 调 技 术 已 经 不 能 满 足 人 们 的 要求 ， 对 环 境 的 需 求 意 识 已 经 不 是 简 单 的 冷 热 意 识
20、 ， 而 是 趋 向 于 健 康 化 、 卫 生 化 的需 求 。 因 此 采 用 更 先 进 的 空 气 调 节 方 法 提 高 空 气 品 质 满 足 人 们 的 要 求 成 了 当 前 制冷 行 业 发 展 的 热 点 和 重 点 。从 2001 年 至 今 ， 电 力 紧 缺 的 问 题 一 直 困 扰 着 我 们 ， 现 在 的 情 形 更 为 严 重 ，一 方 面 是 我 国 的 经 济 每 年 以 两 位 数 的 飞 速 发 展 ， 另 一 面 是 全 球 性 的 能 源 紧 缺 ， 再加 上 去 年 的 全 国 性 的 冰 灾 ， 据 有 关 部 门 预 计 ， 今 年 我 国
21、 南 方 尤 其 是 经 济 发 达 的 广东 地 区 缺 电 达 30%， 不 少 工 厂 被 迫 “开 四 停 三 ”， 严 重 影 响 到 了 经 济 的 持 续 发 展 。电 厂 的 发 展 又 不 能 盲 目 的 增 加 发 电 量 ， 或 者 增 建 新 的 电 厂 ， 必 须 依 靠 宏 观 的 发 展才 能 不 至 于 发 生 电 力 过 剩 的 尴 尬 局 面 ， 而 且 电 厂 发 电 对 环 境 的 污 染 也 会 随 着 电 厂的 增 加 而 增 加 ， 在 这 种 情 况 下 ， 空 调 作 为 用 电 大 户 ， 充 分 利 用 现 有 的 自 然 能 ， 如太 阳
22、 能 、 地 热 能 、 生 活 垃 圾 等 可 利 用 的 能 量 资 源 既 减 轻 了 当 前 电 力 的 负 担 ， 又 增加 了 空 调 的 环 保 能 力 ， 因 此 ， 利 用 自 然 资 源 ， 保 护 环 境 也 成 了 当 前 各 国 空 调 制 冷行 业 的 研 究 方 向 。当 前 空 调 行 业 的 已 经 在 这 些 方 面 有 了 一 定 的 进 步 ， 许 多 节 能 性 空 调 如 变 频 空调 正 越 多 的 得 到 使 用 ， 而 在 中 央 空 调 方 面 ， 溴 化 锂 双 吸 收 式 制 冷 等 保 护 环 境 的 制冷 剂 设 备 也 发 展 的
23、越 来 越 快 。 热 泵 技 术 的 使 用 既 有 效 利 用 了 自 然 能 源 ， 节 省 了 能量 ， 同 时 又 保 护 了 环 境 。1.2 国内地源热泵发展简史地源热泵并不是一种新的空调系统，早在 20 世纪 30 年代，欧洲就已经出现了工程的应用，当时主要用于冬季的供暖。20 世纪 70 年代，出现能源危机，地源热泵系统的工程应用形成高潮，技术日趋成熟。由于中国空调技术应用较晚，地源热泵作为传统空调的一个分枝，对大多数人说，确实较为陌生。我国在地源热泵领域的研究始于20世纪80年代初的天津大学和天津商学院。自此，其他少数单位也先后在地热供暖方面进行了一系列的理论和试验研究，但是，由于我国能源价格的特殊性，以及其他一些因素的影响，地源热泵的应用推广非常
