1、 毕业设计 (论文 ) 地源热泵中央空调系统的设计 学 生 姓 名： 学号： （系）： 专 业 年 级： 指 导 教 师： 职称或学位： 2014 年 05 月 21日 目录 摘要 . 1 关 键词 . 1 ABSTRACT . 2 Key word . 2 前言 . 3 1.绪论 . 4 1.1设计背景 . 4 1.2国内地源热泵发展简史 . 4 1.3国外地源热泵的发展 . 5 1.4地源热泵的发展趋势 . 6 1.5地源热泵机组的优点 . 6 2. 地源热泵系统的分类及本系统类型 的选择 . 7 2.1地下水式热泵系统 . 8 2.2地表水式热泵系统 . 8 2.3土壤源热泵系统 . 8
2、 2.4混合式土壤源热泵 . 8 2.5本系统类型的选择 . 9 3. 工程概况 . 9 3.1土建资料 . 9 3.2设计依据 . 10 3.3空调负荷的计算 . 10 3.4地源热泵系 统的选择 . 10 4. 空调方案的设计 . 11 4.1 确定空调方式 . 11 4.2 确定空气处理过程 . 12 4.2.1 送风方式的确定 . 12 4.2.2 新风负荷的计算 . 12 4.2.3 夏季送风状态点和送风量 . 12 4.3冬季送风状态点和送风量 . 13 4.4送风方式的设计 . 13 4.5空调系统的消声减震设计 . 13 4.5.1 空调系统消声系统选择原则 . 13 4.5.
3、2 空调系统的噪声源 . 13 4.5.3 空调系统的减振设计 . 14 5. 地源热泵地埋管系统 . 14 5.1 确定管路连接方式 . 15 5.2选择地下换热器管材及竖埋管直径 . 15 5.3 埋管内工作流体 . 15 5.4 地下换热器尺寸的确定及布置 . 16 5.4.1. 管材的选取 . 16 5.4.2.PE 管确定管径 . 16 5.4.3.垂直地埋管校核管材承压能力 . 16 5.5运行管理和维护 . 17 结束语 . 18 参考文献 . 18 附录 . 20 致谢 . 22 1 地源热泵中央空调系统的设计 摘要 本文介绍了国内外地源热泵的发展状况，通过比较地源热泵中央空调
4、与传统中央空调的 优缺点，按照要求，确定一套地源热泵中央空调系统。 地源热泵是一种利用少量高品位能源，将低品位能源上升为高品位能源的一种装置。它具有节约能源，保护环境，经济可行的优点， 它是利用地下相对稳定的土壤温度，通过媒介质来获取土壤内冷（热）能量的新型装置 。地源热泵不需要人工的冷源热源 ,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。另外既能达到节约能源，减少污染的目的，又能提高人们的生活质量。 在本文中，将通过学习有关书籍与资料，在老师的的指导和同学们的帮助下，选择地源热泵系统，设计空调方案，以及地埋管系统。希望 借此机会检验我大学四年所学的成果。 关键词 ： 地源热泵；中央
5、空调；设计。 2 Design of Ground Source Heat Pump central Air-conditioning system ABSTRACT This 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
6、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, Pro
7、tect 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 ot
8、her 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 syst
9、em, the scheme design of air, and the buried pipe system. Key Words: ground source heat pump; Design; central air conditioning; 3 前言 近年来，随着我国社会经济的发展及人民生活水平的不断提高，改善建筑热舒适条件已成为一个比较突出的要求。随着空调设备的日益普及，建筑耗能量势必将迅猛增加，对大气环境的污染也将日趋严重。如何在建筑热舒适条件得到改善的条件下把建筑耗能量减下来，减轻对大气环境的污染，成了暖通界人士首要其冲需要解决的问题。 地源热泵作为一种有益环境、节约能 源
10、和经济可行的建筑物供暖及制冷新技术越来越受到关注。它是利用地下相对稳定的土壤温度，通过媒介质来获取土壤内冷（热）能量的新型装置，可一年四季方便地调节建筑内的温度。由于该制冷供热方式不存在能量形式的转换，几乎是一种能量的 “ 搬运 ” 过程，因而其能量转换效率高、运营成本低。 对于土壤源热泵的发展主要是从 1998 年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台，且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中 1998 年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统； 1998 年青岛建工学院建 成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统；湖南大学 1998 年建设了水平埋管土
11、壤源热泵系统； 1999 同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从 2000 年开始，在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。 此次的设计是针对地源热泵中央空调系统的地埋管系统，热泵系统和空调末端系统的选型以及相关的设计计算。 4 1.绪论 1.1 设计背景 热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中 获取低品位热，经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备，可以把消耗的高品位电能转换为 3倍甚至 3 倍以上的热能，是一种高效供能技术。热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵
12、以及地源热泵三类。由于热泵是提取自然界中能量，效率高，没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视 ， 随着 能源及 环境压力的增加， 人们把目光逐渐投入到 地热 等 清洁能源，加上近年碳汇等因素，使得地热的市场开发变得活跃起来。地热能是指蕴 藏在地球内部距地表 skm 以内的能量，是一种由于复杂的地质构造活动而形成的巨大的自然能源。据估算地球蕴藏的地热能约为 14.5 x 1025)，折合4948 万亿吨标准煤，而全球煤的埋藏量仅为 1 万亿吨，由此可以看出地热资源的利用前景非常广阔
13、地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的 热量 “ 取 ” 出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量 “ 取 ” 出来释放到土壤中去，并且常年能保证 地下温度 的均衡。 地源热泵空调系统有诸多优点，第一，地下储能丰富，地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47的太阳能量，比人类每年利用能量的 500 倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在；第二，属经济有效的节能技术，地能或 地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境
14、空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用 40%左右；第三，环境效益显著， 地源热泵 的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少 40以上，与电供暖相比，相当于减少 70以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显；第四，一机多用，应用范围广，地源热泵系统可供 暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、购物商场、家电电脑办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。 1.2 国内地源热泵发展简史 我国地热能资源储量大、分布广，以中低
15、温地热资源为主。据初步评价，我国浅层地热能资源量相当于 95 亿吨标准煤，年可利用量约 3.5 亿吨标准煤；常规地热能资源量相当于 8530 亿吨标准煤，年可利用量约 6.4 亿吨标准煤；增强型地热能理论资源量相当于 860 万亿吨标准煤，约为 2013 年全国能源消费总量的 20多万倍。我国最初的地5 源 热泵工程应用，以北京起步最早，发展最快， 2006 年北京市地源热泵工程应用面积738 万，居全国之首。此后北京虽然每年增长 300 至 500 万 m2，但沈阳市的地源热泵应用后来居上， 2007 年跃居全国第一，达到 1810 万。此后仍每年新增地源热泵供暖面积 1500 万以上， 2
16、008 年达到 3585 万， 2009 年已达到 5462 万。 2008 年，沈阳市地源热泵供暖已占全部建筑供暖面积的 18%，当年沈阳市大气优良环境的天数达到了330 天，环保效益显著， 2009 年仍然保持了这样的环境效益。东北重工业城市沈阳的地源热泵供暖为城 市环境保护和利用清洁能源闯出了一条新路。 从整体上看，我国地源热泵工程应用每年扩展面积越来越大， 2007 年增长了近 1800万， 2008 年增长了 2400 万， 2009 年更增长了 3870 万，全国地源热泵总利用面积已达 1.007 亿。这个数字在 2010 年的世界地热大会上，已经使中国地源热泵在世界上的排名跃升至
17、世界第二位。中国连续两年的年增长率都超过 60%，这个中国速度远远超过了世界地源热泵近 5 年来保持的近 20%年增长率。 伴随地源热泵工程应用的快速增长，为适应市场急速膨胀的巨大需求，国内地源热泵生产企业迅速发 展。 10 年来，我国生产热泵机组的厂商由世纪初的几家，已发展至超过 200 家，分布在山东、北京、深圳、大连、杭州、苏州、广州等地。国产品以水水系统的大机组为主，主流是螺杆式压缩机壳管式换热器，也有涡旋式压缩机板式换热器或套管式换热器的模块式机组，大型机能达 2000-3000 kW 制热（制冷）量，也有小型适应家庭使用的小于 10kW 机，但以 50-2000kW 为主要产品。除
18、热泵主机外，热泵相关配件和 PE 管线等的生产厂家还有 100 多家。另外，国外知名品牌的热泵公司也陆续登陆中国，建立生产基地或合资企业，产品就地供 应中国市场。同时，设计和施工队伍也迅速扩大，目前全国该行业的设计和施工队伍超过 10 万人。 1.3 国外地源热泵的发展 我国地热能资源储量大、分布广，以中低温地热资源为主。据初步评价，我国浅层地热能资源量相当于 95 亿吨标准煤，年可利用量约 3.5 亿吨标准煤；常规地热能资源量相当于 8530 亿吨标准煤，年可利用量约 6.4 亿吨标准煤；增强型地热能理论资源量相当于 860 万亿吨标准煤，约为 2013 年全国能源消费总量的 20多万倍。我
19、国最初的地源热泵工程应用，以北京起步最早，发展最快， 2006 年北京市地源热泵工程应用面积738 万，居全国之首。此后北京虽然每年增长 300 至 500 万 m2，但沈阳市的地源热泵应用后来居上， 2007 年跃居全国第一，达到 1810 万。此后仍每年新增地源热泵供暖面积 1500 万以上， 2008 年达到 3585 万， 2009 年已达到 5462 万。 2008 年，沈阳市地源热泵供暖已占全部建筑供暖面积的 18%，当年沈阳市大气优良环境的天数达到了330 天，环保效益显著， 2009 年仍然保持了这样的环境效益。东北重工业城市沈阳的地源热泵供暖为城市环境保护和利用清洁能源闯出了
20、一条新路。 从整体上看，我国地源热泵工程应用每年扩展 面积越来越大， 2007 年增长了近 18006 万， 2008 年增长了 2400 万， 2009 年更增长了 3870 万，全国地源热泵总利用面积已达 1.007 亿。这个数字在 2010 年的世界地热大会上，已经使中国地源热泵在世界上的排名跃升至世界第二位。中国连续两年的年增长率都超过 60%，这个中国速度远远超过了世界地源热泵近 5 年来保持的近 20%年增长率。伴随地源热泵工程应用的快速增长，为适应市场急速膨胀的巨大需求，国内地源热泵生产企业迅速发展。 10 年来，我国生产热泵机组的厂商由世纪初的几家，已发展至超过 200 家，分
21、布在山东 、北京、深圳、大连、杭州、苏州、广州等地。国产品以水水系统的大机组为主，主流是螺杆式压缩机壳管式换热器，也有涡旋式压缩机板式换热器或套管式换热器的模块式机组，大型机能达 2000-3000 kW 制热（制冷）量，也有小型适应家庭使用的小于 10kW 机，但以 50-2000kW 为主要产品。除热泵主机外，热泵相关配件和 PE 管线等的生产厂家还有 100 多家。另外，国外知名品牌的热泵公司也陆续登陆中国，建立生产基地或合资企业，产品就地供应中国市场。同时，设计和施工队伍也迅速扩大，目前全国该行业的设计和施工队伍超过 10 万 人。 1.4 地源热泵的发展趋势 随着经济的发展和人们生活
22、水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。综合近几十年地源热泵技术的发展，主要有以下几种发展趋势。 （ 1） 市场空间逐渐加大，随着可再生能源法、节约能源法、可再生能源中长期发展规划、民用建筑节能管理条例等法律 法规的相继颁布和修订，财政部、原建设部两部委对国家级可再生能源示范工程和国家级可再生能源示范城市的逐步推进，奠定了地源热泵在我国建筑节能与可再生能源利用中
23、的重要地位。 （ 2） 覆盖面广，从地源热泵产品的应用来看，使用范围较广，包括商品房、高档别墅、公寓、图书馆、博物馆、体育馆、商场、休闲度假场所等等包括部分工业建筑，几乎都可适用 （ 3） 一体化趋势。随着新材料和新工艺的开发，将来的地源热泵系统可能将热泵的转换系统与地上散热系统一体化，使采热和传热的效率更高。 1.5 地源热泵机组的优点 高效：地下土壤温度一年四季 基本恒定在 16左右，略高于该地区平均温度 1到 2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。 节能、省费用：冬季运行时， COP 约为 4.2，即投入 1kw 电能，可得到 4kw 的热能，夏季运行时， COP 可达 5.3，投入 1kw 电能，可得到 5kw 的冷量，能源利用效率为电采暖方式的 3-4倍；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。地源热泵
