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江苏常州空气源热泵冷暖两联供工程设计方案
发布日期:2016/6/15 16:17:00


文/上海海立睿能环境技术有限公司

 

  摘 要:本项目为地板采暖和风机盘管制冷系统暖通工程设计,冷、热源采用海立睿能常温 循环式冷暖机组,根据该工程特点,结合我公司多年的工程经验,采用空气源热泵冷暖系统不但环保、安全、管理简单(全自动控制),而且也是目前经济效益最好的冷暖系统,特点是在满足用户冷热源供应需求的同时,为用户节省十分可观的运行费用。

 

  关键词:空气源、两联供、节能

 

1、项目概述

 

  工程名称:空气源热泵冷暖两联供工程

 

  项目地址:江苏常州

 

  空调面积:66平方;采暖面积:66平方

 

  项目形式:地板采暖+风机盘管制冷

 

  室温要求:冬季不低于18℃

 

  供回水温度:进水温度45℃,回水温度35℃,进回水温度不超过10℃

 

  项目现状及参数:本项目为地板采暖和风机盘管制冷系统暖通工程设计,冷、热源采用海立睿能常温循环式冷暖机组,根据该工程特点,结合我公司多年的工程经验,采用空气源热泵冷暖系统不但环保、安全、管理简单(全自动控制),而且也是目前经济效益最好的冷暖系统,特点是在满足用户冷热源供应需求的同时,为用户节省十分可观的运行费用。

 

  空气源热泵机组冷暖系统复杂程度较高,在充分利用空气热源的同时,缓解了高、低设定水温对水泵机组的不利影响,减少了不必要的能源浪费。使用者能够够方便的操作控制,让机组一直处理最佳运行状态。

 

2、设计依据

 

  《建筑给排水设计规范》GB50015-2003

  《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002

  《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

  《辐射供暖供冷技术规范》JGJ142-2012

  《建筑设计防火规范》GB50016-2014

  《建筑电气工程质量验收规范》GB50303-2002

  《工程测量规范》GB50026-93

  《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001

  《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325-2001

 

3、设计参数

 

3.1室外设计参数

 

  夏季室外干球温度tw=34℃;湿球温度ts=28.2℃。

 

  冬季室外干球温度tw=-1.9℃;相对湿度¢=78%。

 

  常州基本气候情况:(根据1971—2000年资料统计)

 

4、负荷计算

 

4.1空调设计说明

 

  本项目为家居暖通项目,地理位置属于长江流域,是典型的夏热冬冷区域。故而夏季冷负荷远大于热负荷,下面主要从制冷的方面进行选型计算。

 

4.1.1房间冷负荷的构成

 

  1.通过围护结构传入室内的热量;2.透过外窗进入室内的热量;3.人体散热量;4.照明散热量;5.设备散热量;6.其它室内散热量。

 

4.1.2房间湿负荷的构成

 

  1.人体散湿量;2.其它室内散湿量。

 

4.1.3主要计算公式

 

  冷负荷系数法,当计算某建筑物空调冷负荷时,则可按照条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数,用稳定传热公式形式即可算出经围护结构传入热量所形成的冷负荷和日射得热形成的冷负荷。

 

  (1)人体冷负荷

 

  由显热散热造成的冷负荷=群集系数×计算时刻空调房间的总人数×一名成年男子小时的显热散热量×人体显热散热量的冷负荷系数

 

  由潜热散热造成的冷负荷=群集系数×计算时刻空调房间的总人数×一名成年男子小时的潜热散热量×人体潜热散热量的冷负荷系数

 

  (2)人体湿负荷

 

  湿负荷=0.001×群集系数×空调房间人数×一名成年男子小时散湿量

 

  (3)灯光冷负荷

 

  白炽灯和镇流器在空调房间外的荧光灯的冷负荷

  镇流器装在空调房间内的荧光灯的冷负荷

  暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯的冷负荷

 

  其中:N-设备的总安装功率 KW;

 

  η-电动机的效率

 

  n1-同时使用系数,一般可取0.5~1

 

  n2-利用系数,一般可取0.7~0.9

 

  n3-小时平均实耗功率于设计最大功率之比,一般可取0.5左右

 

  n4-通风保温系数

 

  a-输入功率系数

 

  时间设备、器具散热的冷负荷系数

 

  (4)设备冷负荷

 

  电热设备冷负荷=1000×同时使用系数×利用系数×小时平均实耗功率与设计最大功率之比×通风保温系数×设备安装总功率×设备器具散热的冷负荷系数

 

  电动机和工艺设备均在空调房间内的冷负荷=1000×同时使用系数×输入功率系数×设备安装总功率×设备器具散热的冷负荷系数

 

  只有电动机在空调房间内的冷负荷=1000×同时使用系数×输入功率系数×设备安装总功率×(1-电动机效率)×设备器具散热的冷负荷系数

 

  只有工艺设备在空调房间的冷负荷=1000×同时使用系数×输入功率系数×设备安装总功率×电动机效率×设备器具散热的冷负荷系数

 

  其它冷负荷=1000×设备散热量×设备散热量的冷负荷系数

 

  (5)新风冷负荷

 

  新风全冷负荷Qq=md×新风量×(iw- in)/3.6

 

  其中: md--夏季空调室外计算干球温度下的空气密度(1.13kg/m³)

 

  iw--夏季室外计算参数下的焓值(kJ/kg)

 

  in--室内空气的焓值(kJ/kg)

 

  (6)新风湿负荷

 

  新风湿负荷Qq=md×新风量×(dw-dn)×0.001(kg/h)

 

  其中: dw--夏季空调室外计算参数时的含湿量(g/kg)

  dn--室内空气的含湿量(g/kg)

 

  (7)外墙和屋面冷负荷

 

  冷负荷CL=F×K{(tl+td)×Ka-tn}

 

  其中: F--外墙或屋面的面积

 

  K--外墙或屋面的传热系数

 

  tl--冷负荷计算温度的逐时值

 

  td--温度的地点修正值, 单位:度

 

  Ka--温度的由于外表面放热系数不同引起的温度修正系数

 

  tn--室内设计温度

 

  (8)外窗和天窗冷负荷

 

  该冷负荷可分为三部分: 直射冷负荷, 散射冷负荷, 传热冷负荷。

 

  直射冷负荷 CL=Fz×Cz×Dj, max×Ccl

 

  其中:Fz--窗玻璃的直射面积

 

  Cz--窗玻璃的综合遮挡系数

 

  Dj, max--日射得热因数的最大值

 

  Ccl--冷负荷系数

 

  散射冷负荷 CL=Fs×Cz×Dj, max×Ccl

 

  其中:Fs--窗玻璃的散射面积

 

  传热冷负荷 CL=F×K(tl-tn)

 

  (9)内围护结构冷负荷

 

  注:内围护结构包括: 内门, 内窗, 内墙, 楼板。

 

  冷负荷 CL=F×K×Tls

 

  其中 Tls--邻室温差

 

4.2 冷负荷计算

 

4.2.1主要计算公式:

 

  (1)外遮阳玻璃窗的日射冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中: ——各小时的日射冷负荷(W);

 

  ——包括窗框的窗的面积(㎡);

 

  ——窗的有效面积系数;

 

  ——窗玻璃修正系数;

 

  ——窗的内遮阳的遮阳系数,无内遮阳时 =1;

 

  ——窗日射得热量最大值(W/㎡);

 

  ——冷负荷系数。

 

  (2)玻璃窗传热的冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中: ——玻璃窗传热的冷负荷(W);

 

  ——玻璃窗的传热系数[W/(㎡. ℃)];

 

  ——夏季室外逐时温差;

 

  ——夏季空气调节室外计算日平均温度;

 

  ——玻璃窗的传热系数的修正系数;

 

  ——包括窗框的窗的面积(㎡);

 

  ——室内计算温度。

 

  (3)外墙和屋面的冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中:——屋面(或外墙)“计算时间”的冷负荷(W);

 

  ——屋面(或外墙)的传热系数[W/(m2. ℃)];

 

  ——屋面(或外墙)的面积(m2);

 

  ——夏季空气调节室外计算日平均温度(℃);

 

  ——屋面(或外墙)外表面辐射热平均温升(℃);

  ——太阳总辐射日平均照度(W/m2);

 

  ——围护结构外表面的太阳辐射热吸收系数;

 

  ——围护结构外表面的放热系数,一般取αw=18.6 W/(m2. ℃);

 

  ——屋顶(或外墙)“作用时间”室外温度波动部分的综合负荷温差(℃)

 

  ——室内计算温度。

 

  (4)内墙、内窗、楼板、地面的冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中: ——内墙或楼板的冷负荷;

 

  K ——内墙或楼板的传热系数[W/(m2. ℃)];

 

  F ——内墙或楼板的面积(m2);

 

  ——邻室平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值(℃);

 

  ——室内计算温度。

 

  (5)设备冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中:T——热源投入使用的时刻(点钟);

 

  τ-T——从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间(h);

 

  时间设备、器具散热的冷负荷系数;

 

  ——热源的计算散热量(W)。

 

  (6)照明冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中:T ——开灯时刻(点钟);

 

  τ-T ——从开灯时刻算起到计算时刻的时间(h);

 

  ——τ-T时间照明散热的冷负荷系数;

 

  ——照明设备的散热量(W)。

 

  当不能确定照明灯开关的确切时间时,照明的冷负荷亦可按下式估算:

  式中——照明设备的散热量(W),

 

  对于有窗的房间,当围护结构的综合最大负荷出现在白天时,可仅计算白天开灯的散热量;

 

  ——蓄热系数,明装荧光灯可取0.9,暗装的荧光灯或明装的白炽灯可取0.85。

 

  对于明装的白炽灯:

 

  对于荧光灯:

 

  式中N——照明设备的安装功率(kw);

 

  ——同时使用系数,取0.6;

 

  ——整流器消耗功率的系数,当整流器在空调房间内时取1.2,当整流器在吊顶内时取1.0;

 

  ——安装系数,明装时取1.0,暗装且灯罩上部穿有小孔时取0.6;暗装灯罩上无孔,视吊顶内通风情况取0.7;灯具回风时可取0.35。

 

  (7)人体的冷负荷和湿负荷

 

  ①人体显热冷负荷

 

  计算公式:

 

  式中:——人体的显热散热量(W);

 

  T——人员进入空调房间的时刻(点钟);

 

  τ-T ——从人员进入房间时算起到计算时刻的时间(h);

 

  ——τ-T时间人体显热散热量的冷负荷系数。

 

  对于人员特别密集的场所,如电影院、剧院、会堂等,人体对围护结构和室内家具的辐射量相应较少,可取Xτ-T=1,对于轻型结构,亦可取Xτ-T=1。

 

  人体显热散热量可按下式计算

  式中 n——空调房间内的人员总数;

 

  ——群集系数;

 

  ——每名成年男子的显热散热量(W)。

 

  ②人体全热冷负荷

 

  冷负荷的计算公式:

 

  式中——人体潜热冷负荷;

 

  ——每名男子的潜热散热量(W)。

 

  ③人体的湿负荷Wr(kg/h)

 

  计算公式:

 

  式中——每名成年男子的散湿量(g/h)。

 

4.3项目计算结论

 

  根据业主使用情况,墙体保温结构,人员密度等做一定调整留有一定富余量,空调总面积约为66m2 。

 

 

5、系统选型

 

5.1主机选型

 

  系统冷负荷为9.2KW,选用4HP冷暖机1台,制冷工况下进/出水温度:7℃/12℃,额定制冷量为10 KW;制热工况下进/出水温度:45℃/40℃ ,额定制热量为12 KW。

 

  空调系统主要设备材料有:热泵模块机,空调循环泵,蓄能水箱,电子除垢仪,镀锌钢管,风机盘管,地暖盘管,风管,阀门管件,保温材料,电器控制设备等。

 

5.2蓄能水箱选型计算

 

  水暖暖通系统需要考虑系统水容量对系统稳定性的影响,对于空气源热泵地暖系统,最大的影响因素是冬季机组除霜。睿能空气源热泵机组化霜时间为3-8 min,结合上海地区气象资料,取最小化霜时间4min来计算蓄能水箱容积。

 

  系统热稳定性要求:冬季运行时,主机除霜时间 4 min,供水温度允许降低不超过3℃。

 

  系统最小水容量M1=Q*T/(CP*3)=6.3*4*60/(4.2*3)=120kg

 

  系统水容量=0.15*L=0.15*66*7=69.3kg

 

  保温水箱有效容积=M1-M2=120-69.3=50.7kg

 

  建议系统配置24L膨胀罐1台,但由于是展厅使用业主可做参考。

 

6、各类采暖设备运行成本及经济比较

 

  100㎡建筑面积,120天采暖季,采暖费用的相关产品经济性比较:

 

7、系统示意图

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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