地源热泵中央空调系统设计

论文总字数：55054字

摘 要

关键词：Designbuilder；全年逐时冷热负荷；建筑内区；冬季新风供冷；地源热泵；土壤冬夏吸放热不平衡

DESIGN OF A HVAC SYSTEM USING GROUND

SOURCE HEAT PUMP SYSTEM

03111607 Shaojie Yuan

Supervied by Zhenqian Chen

Abstract: In this thesis, a stadium’s HVAC system in Anhui Huainan was designed using ground source heat pump system.The thesis calculates the cooling load and heat load by hand, and uses the Designbuilder to establish the model of the stadium, analyzing the hourly cooling and heat load in a whole year. The result shows that it fits well with the hand count data. The paper divides the stadium into several different zones in order to build the comfortable building environment and save energy. The paper also introduces the overheat problem of the inner zone in the stadium. Applying outdoor air to avoid the overheat problem and energy waste. Choosing two GSHP units and a water chiller as the cold and heat source of the stadium. In order to avoid the unbalance between the heat output in the cool supply season and absorbed heat in the heat supply season in the soil the paper chooses the climaveneta’s 4 pipes heat pump unit. This unit can supply domestic hot water along with supplying cold water. The total unbalance rate decrease to less than 10% by using this method. The paper calculated and designed the fan coil unit make-up air unit and all air system along with its air duct and water supply system.

Key words: Designbuilder, hourly cooling and heat load of a year, inner zone in the building, cool supply using fresh air in winter, GSHP, heat unbalance in the soil

目 录

1、 绪论 1

1.1引言 1

1.2建筑概况 1

1.3设计规范 2

1.4设计参数 2

1.4.1室外设计参数 2

1.4.2室内设计参数 2

1.4.3围护结构参数 4

2、 建筑负荷手工计算 6

2.1冷负荷计算 6

2.1.1通过围护结构进入的非稳态传热形成的逐时冷负荷 6

2.1.2通过围护结构（非空调区内墙）进入的稳态传热形成的冷负荷 6

2.1.3透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷 7

2.1.4照明散热形成的冷负荷 8

2.1.5设备散热形成的冷负荷 8

2.1.6人体散热形成的冷负荷 9

2.1.7新风冷负荷 9

2.1.8手算法计算冷负荷实例 9

2.2热负荷计算 15

2.2.1围护结构传热耗热量 15

2.2.2冷风渗透耗热量 16

2.2.3冷风侵入耗热量 16

2.2.4手算法计算热负荷实例 17

3、 Designbuilder软件负荷模拟分析与校验 20

3.1模型建立，数据输入 20

3.2体育馆功能分区与人员，照明，设备设定 20

3.3体育馆运行时间设定 22

3.4 Designbuilder冷热负荷模拟结果 23

4、系统分区与空气处理方案 25

4.1 体育馆空调分区 25

4.1.1系统分区原则 25

4.1.2 体育馆各区域空气调节方案介绍 28

4.1.3 体育馆内区划分 29

4.2 排风全热回收方案 29

4.3 体育馆空气处理方案 32

4.3.1外区风机盘管 独立新风系统 32

4.3.2内区风机盘管 独立新风系统 37

4.3.3外区全空气系统 39

4.3.4内区全空气系统 42

4.4 气流组织校验 45

5、 冷热源方案 47

5.1空调季划分 47

5.2 冷热源方案确定 47

5.3 地源热泵冬夏冷热不平衡性解决方法分析 49

6、 风系统水系统设计 52

6.1体育馆风系统管路设计 52

6.1.1风系统设计思路 52

6.1.2风管形状与材料 52

6.1.3风管风速选取 52

6.2冷冻水系统设计计算 52

6.2.1冷冻水系统设计概括 52

6.2.2冷冻水系统管径确定 53

6.2.3冷冻水系统流动阻力确定 53

6.2.4冷冻水系统水泵选型 54

6.2.5水系统的定压补水设备设计 56

6.3 地埋管计算 57

6.3.1 地埋管长度、钻孔计算 57

6.3.2 地埋管换热量计算 59

6.3.3 地埋管选型 60

6.3.4地埋管循环水泵选型 60

7、 自动控制与运行策略设计 61

7.1空气处理机组（AHU）自动控制 61

7.2空调系统运行策略 62

7.2.1室内热湿负荷变化时的运行调节 62

7.2.2室外空气状态变化时的运行调节 62

结论 64

致谢 65

参考文献 66

附录 67

附录 A 手算冷负荷汇总 67

附录 B 手算热负荷汇总 69

附录 C 设备选型表 72

地源热泵中央空调系统设计

1、 绪论

1.1引言

建筑能耗在发达国家占全国总能耗的30%以上，而建筑能耗大部分又产生在建筑的供冷采暖通风系统中。因此对这一部分系统如果能够进行合理的设计就可以节约大量的能量，对我们这个能源紧缺的国家有着重要意义。

本文使用地源热泵系统设计位于安徽省淮南市的某体育馆，地源热泵系统利用土壤中的能源通过输入少量的电能来实现制冷效果，其节能效果显著。美国能源部的报告中提到，目前56%的地源热泵容量在北美地区，仅有5%的容量在亚洲。近些年，由于地源热泵系统的优越性，且中国地区气候环境与美国相似，比较适合发展地源热泵，中国的地源热泵市场在进一步发展。所以，探究地源热泵空调系统的设计就变的很有意义。

本文使用了Designbuilder软件建立了体育馆的模型并进行运算得出了体育馆全年逐时的冷热负荷。通过软件模拟想要达成的目的有两个：一是通过软件的分析计算校核之前使用手算的冷热负荷数值，以防手算数值出现较大的偏差；二是软件可以得出全年逐时冷热负荷，可以计算出全年累计的冷热能耗，这对冷热源选型、空调季划分和运行策略的制定有着重要意义。

本文根据体育馆不同的建筑运行时间，房间温室度要求，和防火分区来对其进行了详细的空调方案分区处理。体育馆不同功能房间运行时间不同，有的房间属于全年运行区域，而有的房间属于赛时运行，如果简单划分成同一冷热源，同一空气处理机组来处理就会带来很多问题。不同的空调分区有不同的气流组织形式来满足不同房间的要求，如比赛大厅使用可调的旋流风口送风，而坐席采用舒适性更好的坐席送风。不同的空调分区也有着不同的空气处理方案，如健身用房余热余湿量大，不能简单将与其他办公用房划分同一空调系统。本文还探究了冬季大型公共建筑的内区冷负荷的问题，冬季通过使用全新风的方式，不仅减少了能耗，更使得建筑内区人员摆脱了冬季过热的困扰。通过这样空调区域的划分，可以满足不同功能房的室内舒适性要求，并使场馆达到最节能，最科学的运行策略。

1.2建筑概况

淮南市体育文化中心位于淮南市田家庵区，北临朝阳西路，西沿广场北路，总建筑面积25820 m²，由体育馆、综合训练馆、多功能会议厅等相关体育设施组成。

本毕业设计的主要任务是进行淮南市体育文化中心体育馆暖通空调工程方案设计。

淮南市体育文化中心比赛馆建筑面积19820 m2，比赛场地46.8m×72m，主要进行各种球类的比赛，共设坐席6744个（其中固定座椅3072个）。

本体育文化中心周边无热力外网、热电厂、化工厂、污水处理厂等，水、电、燃气管网配套完备，冷热源方式可合理自定。

能源价格（可能与实际有别，按给出的价格执行）：

电价：峰电价格：1.42元/kWh；平时电价：0.88元/kWh；谷电价格：0.55元/kWh；峰电时间：9:00-11:30；14:00-16:30；谷电时间：23:00-7:00；其他时间为平电价。

天然气价格：3.8元/Nm³。

1.3设计规范

（1）民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012），中国计划出版社，北京；

（2）公共建筑节能设计标准（DBJ32J-96-2010），中国建筑出版社，北京；

（3）《暖通空调制图标准》（GB/T 50114-2010），中国计划出版社，北京；

（4）空气调节，赵荣义等编，中国建筑工业出版社；

（5）供热空调设计手册。陆耀庆主编，中国建筑工业出版社。

1.4设计参数

1.4.1室外设计参数

淮南位于安徽省，气候四季分明属于夏热冬冷地区，其空调室外空气计算温度如下。

表1-1 淮南市室外空气设计参数

1.4.2室内设计参数

本建筑类型为比赛馆，除了比赛大厅外，还有商服中心、观众休息厅、管理设备用房等不同功能区，参考[3][6]确定室内空气设计参数以及人员、灯光、设备及空调运行时间等参数。

表1-2 多功能会议厅室内空气设计参数

注：淋浴间、卫生间只设排风系统。

表1-3 人员、新风、照明、设备参数

1.4.3围护结构参数

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