目录
前 言 ...................................................................
第1章 概述 .............................................................
1.1建筑概况 .............................................................
1.2 土壤源热泵 ........................................................
1.2.1 土壤源热泵系统的特点 . .............................................
1.2.2土壤源热泵系统在国内外的发展现状及前景 .............................
1.2.3土壤源热泵作为空调系统冷热源的设计方案 .............................
1.3 空调系统 ..........................................................
1.3.1空调系统设计的基本原则 .............................................
1.3.2空调系统方案的比较 .................................................
1.3.3空调系统方案的确定： ...............................................
第2章 空调系统负荷计算 . .................................................
2.1 室内外空气的空调设计参数 . ..........................................
2.2 冷负荷计算 ........................................................
2.2.1 围护结构的冷负荷 . .................................................
2.2.2 人体散热形成的冷负荷 . .............................................
2.2.4 设备散热形成的冷负荷 . .............................................
2.3 热负荷计算 ........................................................
2.3.1 围护结构耗热量的计算 . ............................................. 冷风渗透耗热量的计算 . ....................................................
2.3.3 冷风侵入耗热量的计算 . .............................................
2.4 湿负荷计算 ........................................................
2.5 新风负荷计算 .......................................................
2.6 建筑物总负荷统计 ..................................................
第3章 空气处理过程与空气处理设备 ........................................
3.1 空气处理过程计算原理 ................................................
3.2空调房间送风量 .......................................................
3.3空气处理设备的选择计算 ...............................................
3.3.1风机盘管的选型 .....................................................
3.3.2 风机盘管的布置 . ....................................................
3.3.3新风机组选型 .......................................................
第4章 空调房间的气流组织 . ...............................................
4.1 空调房间的气流组织形式.............................................
4.1.1 气流组织形式和特点 . ...............................................
4.1.2送回风口形式和布置 .................................................
4.1.3 风口选择计算 . .....................................................
4.2 房间气流分布计算 ..................................................
第5章 风道的设计与水力计算 . .............................................
5.1 风道的设计 ........................................................
5.1.2 风道材料 ..........................................................
5.1.3风管风速的确定 .....................................................
5.2风管水力计算 .........................................................
5.2.1 风管水力计算式 . ....................................................
5.2.2 风道水力计算.......................................................
5.3风道的布置及附件 .....................................................
第6章 空调水系统的设计与水力计算 ........................................
6.1空调水系统方案设计 ...................................................
6.1.1水系统开式和闭式的比较 .............................................
6.1.2管路管制的选择 .....................................................
6.1.3定、变水量选择 .....................................................
6.1.4同，异程式系统 .....................................................
6.2冷冻水系统的水力计算 .................................................
6.2.1 管道流量及管径的确定 . ..............................................
6.2.2沿程阻力的计算 .....................................................
6.2.3. 局部阻力计算 . .....................................................
6.2.4 冷冻水系统水力计算 . ................................................
6.3管道的防腐与保温 .....................................................
6.4冷凝水排放系统设计 ...................................................
6.4.1 冷凝水管布置.......................................................
6.4.2 冷凝水管管径的确定 . ................................................
6.4.3 冷凝水管保温.......................................................
6.5管材的选择 ...........................................................
7.1土壤耦合换热器的形式 .................................................
7.2 塑料管的选择 ......................................................
7.3 土壤耦合换热器的布置 ..............................................
7.4土壤耦合换热器长度计算 ...............................................
7.4.1设计计算方法 .......................................................
7.4.2管长计算 ........................................................... 7.5 土壤耦合换热器的水力计算 ..........................................
7.6 土壤耦合换热器的施工安装 . ..........................................
第8章 热泵机房及冷却塔的设计 . ...........................................
8.1冷却塔的选择计算 .....................................................
8.2 冷却塔的布置 ......................................................
8.3 热泵机房主要设备的选择计算 .........................................
8.3.1 热泵机组的选择计算 . ...............................................
8.3.2 冷冻水泵、冷却水泵的选择计算 ......................................
8.3.3 定压装置的选择计算与防冻 ..........................................
8.3.4 水处理装置的选择计算 . ............................................. 总结 ....................................................................参考文献： ..............................................................致谢 ....................................................................附
录.................................................... ........
......... 73
前 言
空调技术是伴随着现代文明社会的进步而发展起来的。而当人们在享受着空调技术给人们的生产与生活带来方便和舒适时，紧接着也就在思考如何减少空调所需要销耗的能量。特别是进入20世纪70年代以来，以石油危机为标志的世界能源危机更加促使一些发达国家在各业中研究和推广节能技术。地源热泵空调作为一项效果显著的节能技术也迅速发展起来。
目前，几乎所有的大型公共建筑都要安装中央空调系统，对生产工艺和室内洁净度有特殊要求的地方还必须建立洁净室。本次设计即为xx 某宾馆地源热泵空调系统设计，设计内容包括系统选型的分析，空调冷热负荷的计算及湿负荷的计算，空气处理过程及空气处理设备的选择，空调房间的气流组织的计算，空调水系统的设计与水力计算以及风道的设计与水力计算；土壤耦合换热器的设计计算和热泵机房的设计与布置。图纸包括空调风系统平面图、空调水系统平面图、制冷机房设备管道平面图等。本次设计本着满足国家及行业有关规范、规定的要求，利用国内外先进的空调技术和设备，创建健康舒适的室内空气品质及环境。
本设计中所有计算及文字说明均参考目前通行的相关规范、设计及施工手册。系统方案由本人单独完成，而系统消声防震等部分，由于本人所学知识所限不能对其进行更具体详细的设计，只能依据设计手册中的相关资料，对其原理进行说明。
本次设计的目的旨在通过这一次系统的设计，培养我们运用大学课程学习时所掌握的理论和技术知识解决实际工程问题，进一步提高设计计算、制图和使用参考资料能力，培养学生创造能力。通过毕业设计，掌握地源热泵空调系统的设计内容、程序和基本原则，巩固所学理论知识，并运用这些知识解决实际问题。为以后走向工作岗位创造基础。在这里还需要强
调的是，在设计过程中，承蒙xxx 老师的耐心指导和大力支持以及xxx 同学的热情帮助，在此表示衷心感谢！
编
者： xx
第1章 概述
1.1建筑概况
本工程位于xx 市，地上建筑最高为八层，地下室为一层。建筑总面积13495平方米, 其中地上建筑面积为12323平方米, 地下建筑面积1172平方米。本设计中采用安装中央空调系统，即夏天制冷，冬天供热。
根据所提供的地质勘查资料，xx 某宾馆所在地区地下79.10m 以上的地层，为粉质粘土、粘土和砂砾堆积层，没有坚硬的岩石层，如果采用土壤热源作为系统的冷热源，地下换热器的钻孔、埋管等各项工艺施工容易，工程造价可以控制在相对较低水平。测量深层土壤的导热情况，对深层土壤的导热系数进行了测试。测试井深70m ，测得土壤导热系数1.266W(m.K)，土壤导热情况良好，适合于作为热泵系统的冷热源。而且，宾馆楼附近有生态停车场、升旗广场、花坛等场地可以布置土壤源热泵系统的地下埋管换热器。由于土壤源热泵的上述诸多优势以及工程项目所在地区的地质特点，决定采用土壤源热泵系统作为宾馆的空调系统冷热源。
第2章 空调系统负荷计算
2.1 室内外空气的空调设计参数
室外气象参数：
东经 104.01
夏季参数
冬季参数
地表面温度
北纬 30.66 夏季大气压 94770.00 pa 空调室外干球温度 31.60通风室外干球温度 29.00空调室外湿球温度 26.70 空调室外日平均温度 28.00 室外平均风速 1.10ms 冬季大气压 96320.00pa 冬季室外供暖计算干球温度 2.00 冬季通风计算温度 6.00 冬季室外空调计算干球温度 1.00 空调相对湿度 0.80 室外平均风速 0.90ms 最多风向平均风速 1.80 ms 地表面平均温度 17.90 地表面最冷月平均温度 7.00 地表面最热月平均温度 27.80 ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC
室内空气设计参数
表2-1设计参数表
房间功能 夏季 冬季
0 新风量 0噪声级 温度C 相对湿度% 温度C 相对湿
度% m H dBA 客房
45
餐厅 25 50
55
65
55 18 19 16 20 50 50 50 45 30 30 20 30 25 55 20 3 50 30 健身、棋牌 25 大厅、走道 25 办公室
45 25
理发、美容 25 55 18 50 30 45
休息区 25 65 20 50 20 45
小卖部 25 65 18 50 20 50
2.2 冷负荷计算
空调冷负荷的计算方法很多，目前应用较多的是冷负荷系数法和谐波反应法。本次设计采用冷负荷系数法。冷负荷的构成：
（1）围护结构冷负荷，包括外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷；内墙及内楼板由于温差传热引起的冷负荷，可视作稳定传热；外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷；透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷。
（2）室内热源散热形成的冷负荷，包括设备和用具显热散热形成的冷负荷；照明散热形成的冷负荷；人体散热形成的冷负荷。
2.2.1 围护结构的冷负荷
2.2.1.1 外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的瞬时冷负荷CL τ（CL 代表冷负荷，单位为W ，角标τ代表计算的时刻），可用下列公式逐时计算：
（2—1）
式中A —外墙或屋面的计算面积，查土建资料计算
—墙或屋面的传热系数，详见参考文献[1]。
—室内设计温度
—外墙或屋面的冷负荷计算温度逐时值，可在参考文献【1】中查取，并对所设计的地点查修正值t d 加以修正。修正系数可从参考文献【8】中
查取
2.2.1.2 外窗玻璃瞬变传热引起的冷负荷
在室内外温差作用下，外窗玻璃瞬变传热引起的瞬时冷负荷，可按下列公式逐时计算
（2—2）
式中 A —窗口面积
—玻璃窗冷负荷计算温度逐时值
—窗玻璃的传热系数
2.2.1.3 透过玻璃窗进入的日射得热引起的冷负荷
透过无外遮阳玻璃窗的日射得热引起的房间瞬时冷负荷按下式计算： （2—3）
式中 —外窗窗口面积，
—窗的有效面积系数，—夏季1 m ²窗玻璃最大日射得热量 ，Wm ²。可按设计地所处纬度带和窗的朝向，采用日射得热量的最大值计算，是考虑最不利情况
—窗玻璃的遮挡系数，
—窗内遮阳设施的遮阳系数，
—冷负荷系数，反映日射得热与形成的冷负荷的转化关系。按设计地位于北区还是南区（以北纬27º30´划线），有无内遮阳和窗的朝向，各钟点相应的冷负荷系数逐时值。
以上各系数可由参考文献【1】查取。
2.2.1.4 内围护结构引起的冷负荷
通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷 （2—4）
式中：
K —传热系数，；
F —传热面积; ；
—邻室计算平均温度，℃, ；
—夏季空气调节室外计算日平均温度, ℃；
—邻室计算平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值，查参考文献【1】表2-46，℃；
—夏季空气调节室内计算温度, ℃。
2.2.2 人体散热形成的冷负荷
人体散热量中，一般情况下辐射成分占40%，对流成分占20%，其余40%为随汗液蒸发散出的潜热。
人体散热量中的潜热成分及显热中的对流成分可构成瞬时冷负荷，而显热中的辐射成分则形成滞后负荷。因此，需分别计算人体显热散热引起的冷负荷和人体潜热散热引起的冷负荷，并且应引入冷负荷系数来计算人体显热散热引起的冷负荷。
（1）人体显热散热引起的冷负荷。其计算公式如下：
（2—5）
式中—一个成年男子的显热散热量（W ）
—房间额定人数
—群集系数
—人体显热散热冷负荷系数
（2）．人体潜热散热引起的冷负荷。其计算公式如下：
（2—6）
式中—一个成年男子的潜热散热量（W ）
—房间的额定人数
—群集系数
2.2.3 灯光照明形成的冷负荷
室内照明设备的散热是稳定得热，他由辐射和对流两种成分组成。对流成分构成瞬时冷负荷，辐射成分形成滞后。在一般情况下，可近似认为照明设备的散热量与其形成的冷负荷相等，即CL ≈W 。不同灯具的照明散热
量的计算式为
白炽灯 W=1000NCLQ （2—7）
荧光灯 W=1000Nn1n 2C LQ （2—8）
式中W —灯具散热形成的冷负荷，W
N —照明灯具额定功率（kW ）
n 1—荧光灯镇流器的消耗功率系数。明装荧光灯的镇流器装设在空调房间
内时取n 1=1.2；暗装荧光灯的镇流器装设在顶棚内时取n 1=1.0。本设计取 n 1=1.0。
n 2—灯罩的隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用
自然通风散热于顶棚内时，取n 2=0.5--0.6；荧光灯罩无通风孔时，可视
顶棚内通风情况取n 2=0.6--0.8。本设计取n 2=0.6。
C LQ —照明散热冷负荷系数，查参考文献【1】 表2-63
2.2.4 设备散热形成的冷负荷
设备及用具散热形成冷负荷按下式计算：
（2-9）
式中：
—设备和用具的实际显热散热量，W ；
—设备和用具显热散热冷负荷系数，分别可由[8]表4-5和[8]表4-6中查出有罩和无罩情况下的逐时值；如果空调供冷系统不连续运行，则=1.0。 电热、电动设备散热量的计算公式:
[1]电热设备散热量
（2-10）
[2]电动机和工艺设备均在空调房间内的散热量
（2-11）
[3]只有电动机在空调房间内的散热量
(2-12)
[4]只有工艺设备在空调房间内的散热量
(2-13)
式中：
—电动设备的总安装功率，kW ；
η—电动机的效率，可由产品样本得；
n1—利用系数，一般可取 0.7～0.9；
n2—电动机负荷系数，定义为小时平均实耗功率与设计最大功率之比，一般可取0.5 左右；
n3—同时使用系数，一般可取0.5～1.0；
n4——通风保温系数，一般取0.5
2.3 热负荷计算
空气调节系统冬季加热、加湿所耗费用远小于夏季的冷却、去湿所耗费用。因为冬季空调室内压力稍高于大气压力，故无需计算冷风渗透形成的热负荷。所以，对于一般的民用建筑，其热负荷的计算通常只考虑围护结构的传热耗热量、太阳辐射得热量等。围护结构耗热量按稳定传热方法计算，冬季空气调节室外计算温度，采用历年平均不保证1天的日平均温度。
2.3.1 围护结构耗热量的计算
（1） 通过围护结构的基本耗热量计算
通过围护结构的基本耗热量计算公式
（2-14）
Q j —基本耗热量，W ；
K —传热系数；
F —传热面积；
t n —室内空气计算温度；
t w —室外供暖计算温度；
α—温差修正系数；
（2） 附加耗热量计算公式
（2-15）
式中：
Q l —考虑各项附加后，某围护的耗热量；
Q j —某围护的基本耗热量；
βch —朝向修正；由中查取。
βf —风力修正；在一般情况下，不必考虑风力附加，所以这里取=0。
βg —高度附加；民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，
当房间高度大于4M 时，每高出1M 应附加2%，
冷风渗透耗热量的计算
（2-16）
式中：
Q2—通过门窗隙缝的冷风渗透耗热量；
Cp —空气的定压比容，Cp =1kj(kg. ℃)
ρ—室外温度下空气密度；
（2-17）
V —渗透空气体积流量；
l —房间某朝向上的门窗缝隙长度；
L —每m 门窗缝隙的基准缝隙长度进入室内空气量，
—门窗缝隙的渗透空气量的朝向修正系数；
2.3.3 冷风侵入耗热量的计算
（2-18）
式中： —通过外门冷风侵入耗热量；
—外门的基本耗热量；
N —考虑冷风侵入的外门附加。
注：空调建筑室内通常保持正压，因而在一般情况下，不计算由门窗缝隙渗入室内的冷空气和由门、孔洞等侵入室内的冷空气引起的热负荷。本工程中采用空调系统，故冷风侵入和冷风渗透热负荷不予考虑。
2.4 湿负荷计算
空调房间的湿负荷和冷负荷一样，对于空调系统的规模有着决定性影响。它们是确定空调系统风量和空调设备容量的基本依据。本设计中，湿负荷的计算主要考虑人体湿负荷。对于保持正压的空调房间，只需计算室内湿源每小时散入室内的湿量。本宾馆属普通舒适性空调，故只需考虑人体的散湿量。
（2-19）
式中D ——人体的散热量
——室内额定人数
——群集系数
——散湿量
2.5 新风负荷计算
空调新风负荷按下式计算
Qw=Gw（i w -i n ） （2-20）
式中 Qw——新风负荷，kw
Gw——新风量，kg
iw ——室外焓值，kjkg
i n ——室内焓值，kjkg
新风量确定的一般原则
目前，我国空调设计中新风量的确定原则仍使用现行规范、设计手册中规定（或推荐）的原则
①满足卫生要求 为满足卫生标准，新风量可按下列数据选取：办公室：30m 3——垂直于单股射流的空间断面面积，m2, 见（4-2）
d0——送风口直径或当量直径，m 。
F n H ⋅B ⋅v 0=53. d 0L
(4-2)
式中：H ——房间高度，m ；
B ——房间宽度，m ；
L —— 房间的总送风量，m3＝2。
式（1）与式（2）中，为管壁热阻。对于单根垂直埋管，；其中为管 子内壁半径；为管壁导热系数，W (m·K) 。对于U 型管，它的管壁热阻为：
= （8）
这里，ID ，OD 分别为管道的内、外直径，m ；Doe 为管道的当量外直径，m ，，
对于单U 型管地热换热器，n=2 。
式（1）与式（2）中， 、分别为热泵机组的供热部分运转系数和供冷部分运转系数：
= （9）
= （10）
为冬季制热工况时土壤的年最低温度，℃；为冬季制热工况时热泵机组的最低进口流体温度，℃。为冬季制热工况时埋地换热器的设计温差，℃。 为夏季制热工况时土壤的年最高温度，℃；为夏季制冷工况时热泵机组的最高出口流体温度，℃。为夏季制冷工况时埋地换热器的设计温差，℃。 为热泵处于最低进口流体温度时的供热负荷，W ；为热泵处于最高出口流体温度时的制冷负荷，W 。
为冬季制热工况机组进口流体温度为时热泵机组的性能系数；为夏季制冷工况机组出口流体温度为时热泵机组的性能系数。
、、、均由机组实测数据确定。
根据式（1）与式（2），可分别计算出设计热负荷与设计冷负荷所对应的U 型管换热器的长度和，本设计，地埋管只提供冬季热负荷所需热量，故只需根据式（1）计算出设计热负荷所对应的U 型管换热器的长度。 土壤的年最低温度
IGSHPA 模型采用Kusuda 分析解方程来计算土壤温度，计算式为：
⎧⎫⎧⎡⎫⎛π⎫⎪X s ⎛365⎫⎤⎪⎪2π⎢⎪T (X s , t ) =T M -A s ⨯exp ⎨-X s t -t 0-⨯ ⎪⎬⨯cos ⎨⎪⎥⎬365⎢2⎝παs ⎭⎥⎪⎝365αs ⎭⎪⎪⎪⎩⎭⎣⎦⎭⎩
（11）
式中 ，为在土壤地下深度Xs 处、时间t 时的温度（以年为周期），℃；TM 为土壤地下平均温度，可认为等于地下水温度或当地年平均空气温度加
1.1℃；As 为年地表面土壤温度波动，依据位置、土壤类型和含水量而变化，对于草地表面，可取为10.6～14.4℃；为土壤热扩散系数，一般可取为0.056㎡day ；为最小土壤表面温度的天数，d 。
利用式（11），位于一定深度Xs 处的最高、最低土壤温度分别为： ⎧⎫⎛⎫π⎪⎪T H =T M +A s ⋅exp ⎨-X s ⎪⎬365αs ⎭⎪⎝⎪⎩⎭
（12）
⎧⎛π⎫⎫⎪⎪T L =T M -A s ⋅exp ⎨-X s ⎪⎬365αs ⎝⎭⎪⎪⎩⎭
（13）
利用式（12）与式（13）计算的结果，地下土壤的年最高、最低温度波动范围随着土壤深度的增加迅速下降，至深度7m 时，年最高、最低温度波动范围接近于零。如图 7-1 所示。
图7-1 土壤年最高、最低温度变化曲线
本设计中，垂直布置的U 型管换热器井深71m ，地下土壤的年最高、最低
温度可取为土壤地下平均温度，即：
（14）
根据《空气调节设计手册》，查取xx 市的全年平均气温为16.1℃，因此TM 可确定为17.2℃。
热泵机组的最低进口流体温度以及相应的制热性能系数
本设计根据冬季供暖设计热负荷确定地下换热器的长度，因此需要确定热泵机组的最低进口流体温度以及相应的制热性能系数。参考ASHRAE 标准，供暖时，热泵的最低进口流体温度，不小于当地最低室外气温再加上16～22 ℃。根据《空气调节设计手册》，xx 市的极端最低室外气温为-4.6℃，这里确定为12℃，符合土壤源热泵系统对最低进口流体温度的要求。 最低进口流体温度下热泵机组的的制热性能系数也根据热泵机组数据而确定。
U 型管换热器的土壤热阻
根据式（3）计算U 型管换热器的土壤热阻。为了计算周围钻孔中U 型管换热器对所计算钻孔中单U 型管土壤热阻影响，对连续运行1500小时后不同半径处（以所计算U 型管所在钻孔中心为圆心）钻孔中U 型管由于热干扰而产生附加的土壤热阻进行了详细的计算，结果如 图7-2所示：
图7-2 附加土壤热阻随半径的变化规律
由图2可以看出：附加土壤热阻随半径的增大而迅速减小，在半径大于6米后几乎为零，即热干扰的影响可以忽略。因此，本设计只考虑半径6m 以内，即以所计算的U 型管换热器为中心，前后左右共4个钻孔中U 型管换热器所产生的附加土壤热阻（最不利情况）。
这样，利用式（3），计算出土壤热阻=0.52 (㎡·℃)W 。
管壁热阻
U 型管换热器外径32mm ，内径25mm ，其当量直径为45.25mm ，导热系数为0.35 Wm·℃ 。利用式（8）计算管壁热阻，管壁热阻＝0.076 （m·℃） W 。
热泵的供热部分运转系数
=
目录
前 言 ...................................................................
第1章 概述 .............................................................
1.1建筑概况 .............................................................
1.2 土壤源热泵 ........................................................
1.2.1 土壤源热泵系统的特点 . .............................................
1.2.2土壤源热泵系统在国内外的发展现状及前景 .............................
1.2.3土壤源热泵作为空调系统冷热源的设计方案 .............................
1.3 空调系统 ..........................................................
1.3.1空调系统设计的基本原则 .............................................
1.3.2空调系统方案的比较 .................................................
1.3.3空调系统方案的确定： ...............................................
第2章 空调系统负荷计算 . .................................................
2.1 室内外空气的空调设计参数 . ..........................................
2.2 冷负荷计算 ........................................................
2.2.1 围护结构的冷负荷 . .................................................
2.2.2 人体散热形成的冷负荷 . .............................................
2.2.4 设备散热形成的冷负荷 . .............................................
2.3 热负荷计算 ........................................................
2.3.1 围护结构耗热量的计算 . ............................................. 冷风渗透耗热量的计算 . ....................................................
2.3.3 冷风侵入耗热量的计算 . .............................................
2.4 湿负荷计算 ........................................................
2.5 新风负荷计算 .......................................................
2.6 建筑物总负荷统计 ..................................................
第3章 空气处理过程与空气处理设备 ........................................
3.1 空气处理过程计算原理 ................................................
3.2空调房间送风量 .......................................................
3.3空气处理设备的选择计算 ...............................................
3.3.1风机盘管的选型 .....................................................
3.3.2 风机盘管的布置 . ....................................................
3.3.3新风机组选型 .......................................................
第4章 空调房间的气流组织 . ...............................................
4.1 空调房间的气流组织形式.............................................
4.1.1 气流组织形式和特点 . ...............................................
4.1.2送回风口形式和布置 .................................................
4.1.3 风口选择计算 . .....................................................
4.2 房间气流分布计算 ..................................................
第5章 风道的设计与水力计算 . .............................................
5.1 风道的设计 ........................................................
5.1.2 风道材料 ..........................................................
5.1.3风管风速的确定 .....................................................
5.2风管水力计算 .........................................................
5.2.1 风管水力计算式 . ....................................................
5.2.2 风道水力计算.......................................................
5.3风道的布置及附件 .....................................................
第6章 空调水系统的设计与水力计算 ........................................
6.1空调水系统方案设计 ...................................................
6.1.1水系统开式和闭式的比较 .............................................
6.1.2管路管制的选择 .....................................................
6.1.3定、变水量选择 .....................................................
6.1.4同，异程式系统 .....................................................
6.2冷冻水系统的水力计算 .................................................
6.2.1 管道流量及管径的确定 . ..............................................
6.2.2沿程阻力的计算 .....................................................
6.2.3. 局部阻力计算 . .....................................................
6.2.4 冷冻水系统水力计算 . ................................................
6.3管道的防腐与保温 .....................................................
6.4冷凝水排放系统设计 ...................................................
6.4.1 冷凝水管布置.......................................................
6.4.2 冷凝水管管径的确定 . ................................................
6.4.3 冷凝水管保温.......................................................
6.5管材的选择 ...........................................................
7.1土壤耦合换热器的形式 .................................................
7.2 塑料管的选择 ......................................................
7.3 土壤耦合换热器的布置 ..............................................
7.4土壤耦合换热器长度计算 ...............................................
7.4.1设计计算方法 .......................................................
7.4.2管长计算 ........................................................... 7.5 土壤耦合换热器的水力计算 ..........................................
7.6 土壤耦合换热器的施工安装 . ..........................................
第8章 热泵机房及冷却塔的设计 . ...........................................
8.1冷却塔的选择计算 .....................................................
8.2 冷却塔的布置 ......................................................
8.3 热泵机房主要设备的选择计算 .........................................
8.3.1 热泵机组的选择计算 . ...............................................
8.3.2 冷冻水泵、冷却水泵的选择计算 ......................................
8.3.3 定压装置的选择计算与防冻 ..........................................
8.3.4 水处理装置的选择计算 . ............................................. 总结 ....................................................................参考文献： ..............................................................致谢 ....................................................................附
录.................................................... ........
......... 73
前 言
空调技术是伴随着现代文明社会的进步而发展起来的。而当人们在享受着空调技术给人们的生产与生活带来方便和舒适时，紧接着也就在思考如何减少空调所需要销耗的能量。特别是进入20世纪70年代以来，以石油危机为标志的世界能源危机更加促使一些发达国家在各业中研究和推广节能技术。地源热泵空调作为一项效果显著的节能技术也迅速发展起来。
目前，几乎所有的大型公共建筑都要安装中央空调系统，对生产工艺和室内洁净度有特殊要求的地方还必须建立洁净室。本次设计即为xx 某宾馆地源热泵空调系统设计，设计内容包括系统选型的分析，空调冷热负荷的计算及湿负荷的计算，空气处理过程及空气处理设备的选择，空调房间的气流组织的计算，空调水系统的设计与水力计算以及风道的设计与水力计算；土壤耦合换热器的设计计算和热泵机房的设计与布置。图纸包括空调风系统平面图、空调水系统平面图、制冷机房设备管道平面图等。本次设计本着满足国家及行业有关规范、规定的要求，利用国内外先进的空调技术和设备，创建健康舒适的室内空气品质及环境。
本设计中所有计算及文字说明均参考目前通行的相关规范、设计及施工手册。系统方案由本人单独完成，而系统消声防震等部分，由于本人所学知识所限不能对其进行更具体详细的设计，只能依据设计手册中的相关资料，对其原理进行说明。
本次设计的目的旨在通过这一次系统的设计，培养我们运用大学课程学习时所掌握的理论和技术知识解决实际工程问题，进一步提高设计计算、制图和使用参考资料能力，培养学生创造能力。通过毕业设计，掌握地源热泵空调系统的设计内容、程序和基本原则，巩固所学理论知识，并运用这些知识解决实际问题。为以后走向工作岗位创造基础。在这里还需要强
调的是，在设计过程中，承蒙xxx 老师的耐心指导和大力支持以及xxx 同学的热情帮助，在此表示衷心感谢！
编
者： xx
第1章 概述
1.1建筑概况
本工程位于xx 市，地上建筑最高为八层，地下室为一层。建筑总面积13495平方米, 其中地上建筑面积为12323平方米, 地下建筑面积1172平方米。本设计中采用安装中央空调系统，即夏天制冷，冬天供热。
根据所提供的地质勘查资料，xx 某宾馆所在地区地下79.10m 以上的地层，为粉质粘土、粘土和砂砾堆积层，没有坚硬的岩石层，如果采用土壤热源作为系统的冷热源，地下换热器的钻孔、埋管等各项工艺施工容易，工程造价可以控制在相对较低水平。测量深层土壤的导热情况，对深层土壤的导热系数进行了测试。测试井深70m ，测得土壤导热系数1.266W(m.K)，土壤导热情况良好，适合于作为热泵系统的冷热源。而且，宾馆楼附近有生态停车场、升旗广场、花坛等场地可以布置土壤源热泵系统的地下埋管换热器。由于土壤源热泵的上述诸多优势以及工程项目所在地区的地质特点，决定采用土壤源热泵系统作为宾馆的空调系统冷热源。
第2章 空调系统负荷计算
2.1 室内外空气的空调设计参数
室外气象参数：
东经 104.01
夏季参数
冬季参数
地表面温度
北纬 30.66 夏季大气压 94770.00 pa 空调室外干球温度 31.60通风室外干球温度 29.00空调室外湿球温度 26.70 空调室外日平均温度 28.00 室外平均风速 1.10ms 冬季大气压 96320.00pa 冬季室外供暖计算干球温度 2.00 冬季通风计算温度 6.00 冬季室外空调计算干球温度 1.00 空调相对湿度 0.80 室外平均风速 0.90ms 最多风向平均风速 1.80 ms 地表面平均温度 17.90 地表面最冷月平均温度 7.00 地表面最热月平均温度 27.80 ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC
室内空气设计参数
表2-1设计参数表
房间功能 夏季 冬季
0 新风量 0噪声级 温度C 相对湿度% 温度C 相对湿
度% m H dBA 客房
45
餐厅 25 50
55
65
55 18 19 16 20 50 50 50 45 30 30 20 30 25 55 20 3 50 30 健身、棋牌 25 大厅、走道 25 办公室
45 25
理发、美容 25 55 18 50 30 45
休息区 25 65 20 50 20 45
小卖部 25 65 18 50 20 50
2.2 冷负荷计算
空调冷负荷的计算方法很多，目前应用较多的是冷负荷系数法和谐波反应法。本次设计采用冷负荷系数法。冷负荷的构成：
（1）围护结构冷负荷，包括外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷；内墙及内楼板由于温差传热引起的冷负荷，可视作稳定传热；外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷；透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷。
（2）室内热源散热形成的冷负荷，包括设备和用具显热散热形成的冷负荷；照明散热形成的冷负荷；人体散热形成的冷负荷。
2.2.1 围护结构的冷负荷
2.2.1.1 外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的瞬时冷负荷CL τ（CL 代表冷负荷，单位为W ，角标τ代表计算的时刻），可用下列公式逐时计算：
（2—1）
式中A —外墙或屋面的计算面积，查土建资料计算
—墙或屋面的传热系数，详见参考文献[1]。
—室内设计温度
—外墙或屋面的冷负荷计算温度逐时值，可在参考文献【1】中查取，并对所设计的地点查修正值t d 加以修正。修正系数可从参考文献【8】中
查取
2.2.1.2 外窗玻璃瞬变传热引起的冷负荷
在室内外温差作用下，外窗玻璃瞬变传热引起的瞬时冷负荷，可按下列公式逐时计算
（2—2）
式中 A —窗口面积
—玻璃窗冷负荷计算温度逐时值
—窗玻璃的传热系数
2.2.1.3 透过玻璃窗进入的日射得热引起的冷负荷
透过无外遮阳玻璃窗的日射得热引起的房间瞬时冷负荷按下式计算： （2—3）
式中 —外窗窗口面积，
—窗的有效面积系数，—夏季1 m ²窗玻璃最大日射得热量 ，Wm ²。可按设计地所处纬度带和窗的朝向，采用日射得热量的最大值计算，是考虑最不利情况
—窗玻璃的遮挡系数，
—窗内遮阳设施的遮阳系数，
—冷负荷系数，反映日射得热与形成的冷负荷的转化关系。按设计地位于北区还是南区（以北纬27º30´划线），有无内遮阳和窗的朝向，各钟点相应的冷负荷系数逐时值。
以上各系数可由参考文献【1】查取。
2.2.1.4 内围护结构引起的冷负荷
通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷 （2—4）
式中：
K —传热系数，；
F —传热面积; ；
—邻室计算平均温度，℃, ；
—夏季空气调节室外计算日平均温度, ℃；
—邻室计算平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值，查参考文献【1】表2-46，℃；
—夏季空气调节室内计算温度, ℃。
2.2.2 人体散热形成的冷负荷
人体散热量中，一般情况下辐射成分占40%，对流成分占20%，其余40%为随汗液蒸发散出的潜热。
人体散热量中的潜热成分及显热中的对流成分可构成瞬时冷负荷，而显热中的辐射成分则形成滞后负荷。因此，需分别计算人体显热散热引起的冷负荷和人体潜热散热引起的冷负荷，并且应引入冷负荷系数来计算人体显热散热引起的冷负荷。
（1）人体显热散热引起的冷负荷。其计算公式如下：
（2—5）
式中—一个成年男子的显热散热量（W ）
—房间额定人数
—群集系数
—人体显热散热冷负荷系数
（2）．人体潜热散热引起的冷负荷。其计算公式如下：
（2—6）
式中—一个成年男子的潜热散热量（W ）
—房间的额定人数
—群集系数
2.2.3 灯光照明形成的冷负荷
室内照明设备的散热是稳定得热，他由辐射和对流两种成分组成。对流成分构成瞬时冷负荷，辐射成分形成滞后。在一般情况下，可近似认为照明设备的散热量与其形成的冷负荷相等，即CL ≈W 。不同灯具的照明散热
量的计算式为
白炽灯 W=1000NCLQ （2—7）
荧光灯 W=1000Nn1n 2C LQ （2—8）
式中W —灯具散热形成的冷负荷，W
N —照明灯具额定功率（kW ）
n 1—荧光灯镇流器的消耗功率系数。明装荧光灯的镇流器装设在空调房间
内时取n 1=1.2；暗装荧光灯的镇流器装设在顶棚内时取n 1=1.0。本设计取 n 1=1.0。
n 2—灯罩的隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用
自然通风散热于顶棚内时，取n 2=0.5--0.6；荧光灯罩无通风孔时，可视
顶棚内通风情况取n 2=0.6--0.8。本设计取n 2=0.6。
C LQ —照明散热冷负荷系数，查参考文献【1】 表2-63
2.2.4 设备散热形成的冷负荷
设备及用具散热形成冷负荷按下式计算：
（2-9）
式中：
—设备和用具的实际显热散热量，W ；
—设备和用具显热散热冷负荷系数，分别可由[8]表4-5和[8]表4-6中查出有罩和无罩情况下的逐时值；如果空调供冷系统不连续运行，则=1.0。 电热、电动设备散热量的计算公式:
[1]电热设备散热量
（2-10）
[2]电动机和工艺设备均在空调房间内的散热量
（2-11）
[3]只有电动机在空调房间内的散热量
(2-12)
[4]只有工艺设备在空调房间内的散热量
(2-13)
式中：
—电动设备的总安装功率，kW ；
η—电动机的效率，可由产品样本得；
n1—利用系数，一般可取 0.7～0.9；
n2—电动机负荷系数，定义为小时平均实耗功率与设计最大功率之比，一般可取0.5 左右；
n3—同时使用系数，一般可取0.5～1.0；
n4——通风保温系数，一般取0.5
2.3 热负荷计算
空气调节系统冬季加热、加湿所耗费用远小于夏季的冷却、去湿所耗费用。因为冬季空调室内压力稍高于大气压力，故无需计算冷风渗透形成的热负荷。所以，对于一般的民用建筑，其热负荷的计算通常只考虑围护结构的传热耗热量、太阳辐射得热量等。围护结构耗热量按稳定传热方法计算，冬季空气调节室外计算温度，采用历年平均不保证1天的日平均温度。
2.3.1 围护结构耗热量的计算
（1） 通过围护结构的基本耗热量计算
通过围护结构的基本耗热量计算公式
（2-14）
Q j —基本耗热量，W ；
K —传热系数；
F —传热面积；
t n —室内空气计算温度；
t w —室外供暖计算温度；
α—温差修正系数；
（2） 附加耗热量计算公式
（2-15）
式中：
Q l —考虑各项附加后，某围护的耗热量；
Q j —某围护的基本耗热量；
βch —朝向修正；由中查取。
βf —风力修正；在一般情况下，不必考虑风力附加，所以这里取=0。
βg —高度附加；民用建筑和工业辅助建筑物（楼梯间除外）的高度附加率，
当房间高度大于4M 时，每高出1M 应附加2%，
冷风渗透耗热量的计算
（2-16）
式中：
Q2—通过门窗隙缝的冷风渗透耗热量；
Cp —空气的定压比容，Cp =1kj(kg. ℃)
ρ—室外温度下空气密度；
（2-17）
V —渗透空气体积流量；
l —房间某朝向上的门窗缝隙长度；
L —每m 门窗缝隙的基准缝隙长度进入室内空气量，
—门窗缝隙的渗透空气量的朝向修正系数；
2.3.3 冷风侵入耗热量的计算
（2-18）
式中： —通过外门冷风侵入耗热量；
—外门的基本耗热量；
N —考虑冷风侵入的外门附加。
注：空调建筑室内通常保持正压，因而在一般情况下，不计算由门窗缝隙渗入室内的冷空气和由门、孔洞等侵入室内的冷空气引起的热负荷。本工程中采用空调系统，故冷风侵入和冷风渗透热负荷不予考虑。
2.4 湿负荷计算
空调房间的湿负荷和冷负荷一样，对于空调系统的规模有着决定性影响。它们是确定空调系统风量和空调设备容量的基本依据。本设计中，湿负荷的计算主要考虑人体湿负荷。对于保持正压的空调房间，只需计算室内湿源每小时散入室内的湿量。本宾馆属普通舒适性空调，故只需考虑人体的散湿量。
（2-19）
式中D ——人体的散热量
——室内额定人数
——群集系数
——散湿量
2.5 新风负荷计算
空调新风负荷按下式计算
Qw=Gw（i w -i n ） （2-20）
式中 Qw——新风负荷，kw
Gw——新风量，kg
iw ——室外焓值，kjkg
i n ——室内焓值，kjkg
新风量确定的一般原则
目前，我国空调设计中新风量的确定原则仍使用现行规范、设计手册中规定（或推荐）的原则
①满足卫生要求 为满足卫生标准，新风量可按下列数据选取：办公室：30m 3——垂直于单股射流的空间断面面积，m2, 见（4-2）
d0——送风口直径或当量直径，m 。
F n H ⋅B ⋅v 0=53. d 0L
(4-2)
式中：H ——房间高度，m ；
B ——房间宽度，m ；
L —— 房间的总送风量，m3＝2。
式（1）与式（2）中，为管壁热阻。对于单根垂直埋管，；其中为管 子内壁半径；为管壁导热系数，W (m·K) 。对于U 型管，它的管壁热阻为：
= （8）
这里，ID ，OD 分别为管道的内、外直径，m ；Doe 为管道的当量外直径，m ，，
对于单U 型管地热换热器，n=2 。
式（1）与式（2）中， 、分别为热泵机组的供热部分运转系数和供冷部分运转系数：
= （9）
= （10）
为冬季制热工况时土壤的年最低温度，℃；为冬季制热工况时热泵机组的最低进口流体温度，℃。为冬季制热工况时埋地换热器的设计温差，℃。 为夏季制热工况时土壤的年最高温度，℃；为夏季制冷工况时热泵机组的最高出口流体温度，℃。为夏季制冷工况时埋地换热器的设计温差，℃。 为热泵处于最低进口流体温度时的供热负荷，W ；为热泵处于最高出口流体温度时的制冷负荷，W 。
为冬季制热工况机组进口流体温度为时热泵机组的性能系数；为夏季制冷工况机组出口流体温度为时热泵机组的性能系数。
、、、均由机组实测数据确定。
根据式（1）与式（2），可分别计算出设计热负荷与设计冷负荷所对应的U 型管换热器的长度和，本设计，地埋管只提供冬季热负荷所需热量，故只需根据式（1）计算出设计热负荷所对应的U 型管换热器的长度。 土壤的年最低温度
IGSHPA 模型采用Kusuda 分析解方程来计算土壤温度，计算式为：
⎧⎫⎧⎡⎫⎛π⎫⎪X s ⎛365⎫⎤⎪⎪2π⎢⎪T (X s , t ) =T M -A s ⨯exp ⎨-X s t -t 0-⨯ ⎪⎬⨯cos ⎨⎪⎥⎬365⎢2⎝παs ⎭⎥⎪⎝365αs ⎭⎪⎪⎪⎩⎭⎣⎦⎭⎩
（11）
式中 ，为在土壤地下深度Xs 处、时间t 时的温度（以年为周期），℃；TM 为土壤地下平均温度，可认为等于地下水温度或当地年平均空气温度加
1.1℃；As 为年地表面土壤温度波动，依据位置、土壤类型和含水量而变化，对于草地表面，可取为10.6～14.4℃；为土壤热扩散系数，一般可取为0.056㎡day ；为最小土壤表面温度的天数，d 。
利用式（11），位于一定深度Xs 处的最高、最低土壤温度分别为： ⎧⎫⎛⎫π⎪⎪T H =T M +A s ⋅exp ⎨-X s ⎪⎬365αs ⎭⎪⎝⎪⎩⎭
（12）
⎧⎛π⎫⎫⎪⎪T L =T M -A s ⋅exp ⎨-X s ⎪⎬365αs ⎝⎭⎪⎪⎩⎭
（13）
利用式（12）与式（13）计算的结果，地下土壤的年最高、最低温度波动范围随着土壤深度的增加迅速下降，至深度7m 时，年最高、最低温度波动范围接近于零。如图 7-1 所示。
图7-1 土壤年最高、最低温度变化曲线
本设计中，垂直布置的U 型管换热器井深71m ，地下土壤的年最高、最低
温度可取为土壤地下平均温度，即：
（14）
根据《空气调节设计手册》，查取xx 市的全年平均气温为16.1℃，因此TM 可确定为17.2℃。
热泵机组的最低进口流体温度以及相应的制热性能系数
本设计根据冬季供暖设计热负荷确定地下换热器的长度，因此需要确定热泵机组的最低进口流体温度以及相应的制热性能系数。参考ASHRAE 标准，供暖时，热泵的最低进口流体温度，不小于当地最低室外气温再加上16～22 ℃。根据《空气调节设计手册》，xx 市的极端最低室外气温为-4.6℃，这里确定为12℃，符合土壤源热泵系统对最低进口流体温度的要求。 最低进口流体温度下热泵机组的的制热性能系数也根据热泵机组数据而确定。
U 型管换热器的土壤热阻
根据式（3）计算U 型管换热器的土壤热阻。为了计算周围钻孔中U 型管换热器对所计算钻孔中单U 型管土壤热阻影响，对连续运行1500小时后不同半径处（以所计算U 型管所在钻孔中心为圆心）钻孔中U 型管由于热干扰而产生附加的土壤热阻进行了详细的计算，结果如 图7-2所示：
图7-2 附加土壤热阻随半径的变化规律
由图2可以看出：附加土壤热阻随半径的增大而迅速减小，在半径大于6米后几乎为零，即热干扰的影响可以忽略。因此，本设计只考虑半径6m 以内，即以所计算的U 型管换热器为中心，前后左右共4个钻孔中U 型管换热器所产生的附加土壤热阻（最不利情况）。
这样，利用式（3），计算出土壤热阻=0.52 (㎡·℃)W 。
管壁热阻
U 型管换热器外径32mm ，内径25mm ，其当量直径为45.25mm ，导热系数为0.35 Wm·℃ 。利用式（8）计算管壁热阻，管壁热阻＝0.076 （m·℃） W 。
热泵的供热部分运转系数
=