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空气源热泵设计、选型与配置大全
2019-05-22  来源:互联网转载    发布者:小A

一、空调负荷计算

1.空调负荷计算的组成(QL)

(1)由于室 内外温差和太阳辐射作用,通过建 筑物围护结构传入室内

的热量形成的冷负荷;

(2)人体散热、散湿形成的冷负荷;

(3)灯光照 明散热形成的冷负荷;

(4)其他设 备散热形成的冷负荷;

(5)渗透空 气所形成的冷负荷

(6)新风量负荷

 

2.空调负 荷计算方法简单介绍

空调动 态负荷的计算显得比较繁琐,即便是 采用一些简化手段,计算工 作量也是比较大的。估算(zui)简便,捷径行路,人之通性,慢慢的 被它取而代之了。

但是估 算的根据并不坚定,偏于保 守是不可避免的,总是顾 虑怕估算的小了,这也是可以理解的。估算法 也要注意与实际相符合,要根据 实际的经验以及不同建筑的各自不同的情况。目前空 调负荷的计算还是以估算为主。

3.民用建 筑空调单位面积冷负荷(qL)

987.png
 


 

4.负荷计算——单位面积冷负荷法

QL=qL×S

式中:QL——建筑物 空调房间总冷负荷 (W)

     QL—— 冷负荷 (W/m2 )

     S—— 空调房间面积 (m2)


 

二、 空调末端(风机盘管)的计算与选择


 

(1)根据风量:房间面积、层高(吊顶后)和房间 气体循环次数三者的乘积即为房间的循环风量。其对应 的风机盘管高速风量,即可确 定风机盘管型号。

(2)根据冷负荷:根据单 位面积负荷和房间面积,可得到 房间所需的冷负荷值。利用房间冷负荷对应风机盘管的中速风量时的制冷量即可确 定风机盘管型号

一般采用第二种方法——根据冷 负荷选择风机盘管,在特殊 场合如对噪音要求较高的场所,可用第 一种方法进行校核。

确定型号以后,还需确 定风机盘管的安装方式(明装或安装),送回风方式(底送底回,侧送底回等)以及水管连接位置(左或右)等条件。

房间面 积较大时应考虑使用多个风机盘管,房间单 位面积负荷较大,对噪音 要求不高时可考虑使用风量和制冷量较大的风机盘管。注意:对于风 管超过一定长度的风盘,应采用中、高静压的风盘,且出风 管道上不宜多于两个出风口。


 

三、 采暖负荷计算


 

1.采暖负荷计算的组成(Qn)

冬季采 暖通风系统的热负荷,应根据 建筑物下列散失和获得的热量确定:

1)围护结构的耗热量,包括基 本耗热量和附加耗热量,

2)加热由 门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量

3)加热由门、孔沿及 相邻房间浸入的冷空气的耗热量;

4)建筑内部设备得热;

5)通过其 他途径散失或获得的热量。

对于一 般民用住宅层高在3m 以下工 程上可采用面积热负荷法进行概算。

单位面积热负荷法:

Qn=K×qn×S

式中:Qn—— 建筑物 的采暖设计热负荷,W

     S —— 建筑物的建筑面积,m2;

     qn—— 建筑物 的采暖单位面积热负荷,W/m2,

     K —— 附加系数

建筑各 个区域的围护结构、冷空气 渗透情况均有差别,如果需 要计算的较为准确,应根据 各个区域在建筑中的位置(如:是否靠近外墙、外墙上的门窗)和门窗(是否有冷空气渗透)进行分别计算。


 

2. 室内采 暖单位面积热负荷计算(qn)

1)一般原则

别墅的 负荷一般要比住宅的大一些。

别墅的 顶层负荷要大于中间层或底层。

普通卫 生间根据面积提供500~1000W的定值来计算。

别墅地下室一般不配。

客卧一 般负荷相对较大。

对于外 墙较大或玻璃面积较大的,建议做负荷计算

2)室内采 暖单位面积热负荷估算表(qn)

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3. 附加系数

附加系 数为采暖面积与全房间面积的比值,根据下表进行选择:

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上表的 附加系数为标准推荐数值,在实际 工程中应根据实际情况做出具体调整。

房间进深大于6 米时,以距外墙6 米为界 分区当作不同的单独房间,分别计算供暖热负荷。


 

4.另一种 采暖热负荷的估算办法

Qn=a×Rn×V×(tn-tw)

Qn—— 采暖热负荷 W

tn—— 室内空气温度 ℃

tw—— 室外供暖计算温度 ℃

V —— 建筑的体积 m3

Rn—— 体积热指标 根据建 筑的保温情况宜取0.4-0.7

a —— 修正系数。请参考下表

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四、 采暖末端计算与选择


 

1. 地暖盘管

地暖面 盘管的管间距直接影响到地板的散热量,而地板 散热量需满足室内负荷的要求。

管间距根据管材、室内设计温度、供水温度、地板材料等因素而定。

下表是PE-RT管材,地面材料为水泥地砖,在不同水温、室内温 度和管间距的条件下的地面散热量(其他地 面材料的散热量数据见附录1)

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2. 散热片

根据散 热片进出口水温,求出散热片平均水温;

根据室 内设计温度求出散热温差;

根据散 热温差查散热片选型表,获得单片散热量q。


 

五、 空气源 热泵冷暖机组配置计算


 

1. 确定建筑的负荷

由设计院获取

根据建 筑物的负荷指标和相应建筑面积的乘积,得出建筑的负荷。

将各空 调房间的负荷逐个相加得出空调总负荷。


 

2. 机组台 数和容量的确定

机组总负荷的确定:建筑的 负荷或空调总负荷×80%左右的同时使用率。公寓房 可不考虑同时使用率。特殊情 况需根据建筑功能和使用情况确定。

大、中型工 程应选二台以上,但不宜过多,并考虑 备用机组的可能性。

若建筑物的(zui)大负荷与(zui)小负荷的差距过大,宜大、小容量机组搭配工作。


 

六、 机组安 装位置规划和环境控制


 

1. 机组安装位置规划

1) 热泵主 机的安装与空调室外机的安装要求相似。可安装在屋顶、阳台、地面上。出风口 应避开迎风方向。

2) 主机(侧出风)与四周 墙壁或其他遮挡物之间的距离不能太小,出风口1米内不应有遮挡物,保证主 机换热器的吸热散热不受阻碍。

3) 主机(顶出风)进风口1米内不能有遮挡物,出风口2米内不应有障碍物,保证主 机换热器的吸热散热不受阻碍。

当机组 安装在屋檐下或机组上方有水平障碍物时,机组的 安装位置必须在通风良好的地方,否则容 易发生气流短路,造成机组散热能力差。


 

2. 机组安装环境控制

1) 尽量不 在阳光直射的地方。

2) 不在卧 室的窗台或卧室的附近。

3) 进、出风有足够的距离,便于散热。

4) 能承受室外机自重的 2-3 倍以上的地方。

5) 没有油 烟或其它腐蚀气体的地方。

6) 不影响 其它因素或环境的地方。


 

七、 采暖和冷暖系统介绍


 

1. 采暖和冷暖系统分类

1) 开式循环系统:管路中 的循环水与大气相通的系统。循环水水与大气接触,易腐蚀管路;用户与 机房高差较大时,水泵则 需克服高差造成的静水压力,耗电量大。

2) 闭式循环系统:管路系 统不与大气接触,在系统(zui)高点设 有排气阀的系统。管道与设备不易腐蚀;不需克服高度差,从而循环水泵功率小。

3) 同程式系统:并联环 路中的各支路的流程都是相等的系统。

◆优点:系统的水力稳定性好,各设备 间的水量分配均衡。

◆缺点:由于采用回程管,管道的长度增加,水阻力增大,使水泵的能耗增加,并且增加了初投资。

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4) 异程式系统:并联环 路中的各支路流程不等的系统

◆优点:异程式系统简单,耗用管材少,施工难度小。

◆缺点:各并联 环路管路长度不等,阻力不等,流量分配难以平衡。

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5) 定水量系统:系统中 循环水量为定值,或夏季 和冬季分别采用不同的定水量,负荷变化时,改变供、回水温 度以改变制冷量或制热量的系统。

特点:定水量系统简单,操作方便,不需要 复杂的自控设备和变水量定压控制。

6) 变水量系统,一般适 用于间歇性降温的系统(影院、剧场、大会议厅等):保持供 水温度在一定范围内,当负荷变化时,改变供水量的系统。

特点:变水量 系统的水泵的能耗随负荷较少而降低,在配管 设计时可考虑同时使用系数,管径可相应减少,降低水 泵和管道系统的初投资;但是需要采用供、回水压 差进行流量控制,自控系统比较复杂。


 

2. 空气源 热泵采暖和冷暖常用系统型式

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八、 水泵选型计算


 

冷暖系 统按空调系统的水流量和水阻力选定水泵流量和扬程。

1. 水泵的流量:

在没有 考虑同时使用率的情况下选定的机组,可根据 产品样本提供的数值乘以1.1~1.2倍的系数选用。

如果考 虑了同时使用率,建议用 如下公式进行计算。公式中的Q为没

有考虑 同时使用率情况下的总负荷。

L = Q×0.86/ △T

L —— 循环水流量 m3/h

Q —— 总负荷 kW

△T —— 进回水温差 ℃(采暖系统取10℃,冷暖系统取5℃)

水泵的流量 = (1.1~1.2)×系统循环水量


 

2. 水泵的扬程:应为它 承担的供回水管网(zui)不利环路的总水压降。

(zui)不利环 路阻力计算经验公式如下:

Hmax =Δp1+Δp2+0.05L(1+ K)

△P1:机组内部的水压降;

△P2:(zui)不利环 路中并联的各末端装置的水压损失(zui)大一台(或部分)的水压降。

0.05L:沿程损失取每100m管长约5mH2O;

式中K为(zui)不利环 路中局部阻力当量长度总和与直管总长的比值。当(zui)不利环路较长时K取0.2~0.3;(zui)不利环路较短时K取0.4~0.6。

水泵扬程(mH2O)= (1.1~1.2)× Hmax


 

3. 其他要求:

水泵必须选用热水泵,其Q~H 特性曲线,应是随着流量的增大,扬程逐渐下降的曲线。同时适用于水/乙二醇((zui)高30%)溶液。

应根据 水泵提供商提供的参数要求,并根据 现场水力系统的要求选泵,水泵应 在其高效区内运行。


 

九、 膨胀罐选型计算


 

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C = 系统中的水容量(包括热泵主机、管道、末端等)约为系统循环

水流量的1/15 到1/20。

e = 水的热膨胀系数(系统冷 却时水温和锅炉运行时的(zui)高水温的水

膨胀率之差,见下表),标准设备中e=0.0359(90℃)

P1=膨胀罐的预充压力(绝对压力)

P2=系统运行的(zui)高压力(绝对压力)

V = 膨胀罐的体积

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选型经验:

5HP 以下 选用的2L 膨胀罐

5-10HP 选用的5L 膨胀罐

10-18HP 选用的8L 膨胀罐

18-30HP 选用的12L 膨胀罐

30-45HP 选用的18L 膨胀罐

45-60HP 选用的24L 膨胀罐

(其中制冷/热量KW 和HP 的换算关系为1HP ≈ 2.5KW)


 

十、 储能(缓冲)水箱计算


 

水暖系 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,(zui)大的影 响因素是冬季机组除霜。空气源 热泵机组化霜时间为 3-8min,取化霜时间 4 min 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(zui)小水容量M1:

= Q * T /(C*3) (kg)

Q —— 主机制热量 (kw)

T —— 化霜时间 (S)

C —— 水的比热取4.2 (kJ/kg℃)

系统水容量M2:

= 0.15*L (kg)

L —— 系统管路总长 (m)

储能水箱有效容积M:

= M1-M2 (kg)


 

十一、 系统管道计算


 

1. 管径计算公式如下:          

 

22.png

Q:管段内流经的水流量(L/s)

D:管道内径(mm)

V:假定的水流速(m/s) (管内水 流速推荐表如下,单位m/s)

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2. 管径经验选定法——系统水 流量和单位长度阻力损失表

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3. 连接各 末端装置的供回水支管的管径,宜与设 备的进出水管接管管径一致,可查产品样本获知。


 

十二、 分集水器选择


 

1. 材质为 黄铜材质或不锈钢材质,同时适用于水/乙二醇((zui)高30%)溶液。

2. 一般规格:

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3. 选型建议:根据盘 管环路数选择分集水器支路数,支路数应控制在8路以内,若超过8 路,可增设 多一套分集水器解决。分集水 器主管管径应至少比系统供水管管径大一个规格,支路数越多,分集水 器主管管径宜越大,具体以 实际水力计算为准。

 


 

十三、 地暖管的选择


 

1. 地暖管管径

1) 在水阻 力不超限的情况下,水流速 度越大管道内越不容易积气,有利于 减小传热热阻从而增加散热量。一般管 道内水流速度不得小于0.25m/s,一般流速应在0.25m/s-0.5m/s 之间为宜,分集水 器内的水流速一般不宜超过0.8m/s,过小的 流速会影响散热量,过大的 流速则会增加水泵的负担,且水流噪声会较明显。

2) 一般要 求在任何情况下系统水流量不得小于系统额定水流量的 60%,如果实 际中有可能出现流量小于60%的情况,需加装 压差旁通阀或其他旁通措施,否则可 能导致机组保护。

3) 从减少 加热盘管的水侧阻力,提高采 暖效果的角度考虑,加热管道宜选择外径Φ20 管道,从施工 安装方便的角度考虑,加热管道宜选择外径Φ16 管道,根据工 程实际情况选择合适的方案。


 

2. 地暖管长度

加热盘 管的长度和环路简易计算(例:采暖房间内面积10 ㎡,分集水 器与采暖房间连接距离10 米)

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加热盘管长度建议:每环路 加热盘管长度宜控制在60~80 米,(zui)长不应超过100 米,各环路 长度宜相等或相近,管长差值应控制在15 米内。


 

3. 地暖管材质

PE-X :交联聚乙烯 ,力学性能好,耐低温和高温。但是没有热塑性,不能采用热熔接,通常采用卡式连接。是目前 欧洲在地暖系统中使用量(zui)大的一个品种。进口和 国产的差价更大,低价位 的产品应用存在一定的风险。

PE-RT:中密度聚乙烯,力学性能好,耐应力开裂,低温冲击,耐水压,耐热蠕变的性能。具有可以热熔连接、原料性 能稳定可靠和柔韧性好等优点,其综合 的优良特性使之在地板辐射采暖领域中具有一定的竞争力。价格适中。

PB:聚丁烯 ,管材(zui)柔软,相同压力下,管壁设计(zui)薄,是当前 几种用于热水的塑料管中价格(zui)贵和可靠性(zui)高的品种。

由于采 暖系统中渗入氧会加速系统的氧化腐蚀,选择PB、PE-X、PE-RT塑料管 道时宜选择含有阻氧层的管道。


 

十四、 散热片的选择


 

1、根据房 间的热负荷和散热片的散热量相匹配的原则进行选型;

2、兼顾房间的舒适性、美观性 来确定与之相符的散热片的型号;

3、散热片 选型的计算方法:

A=Q/q×β1×β2

A: 散热片片数

Q: 房间热负荷

q: 单片散热量

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十五、 风机盘管的选择


 

风机盘管分类

按形式:卧式暗装、卧式明装、立式暗装、立式明装、卡式五种

按厚度:超薄型、普通型

按有无冷凝水泵:普通型、豪华型

按机组静压:0Pa、12Pa、30Pa、50Pa、80Pa (机外静压)

按照排管数量 :两排管、三排管

按制式:两管制、四管制

确定型号以后,还需确 定风机盘管的安装方式(明装或安装),送回风方式(底送底回,侧送底回等)以及水管连接位置(左或右)等条件。

房间面 积较大时应考虑使用多个风机盘管,房间单 位面积负荷较大,对噪音 要求不高时可考虑使用风量和制冷量较大的风机盘管。

考虑所 接风管的沿程阻力、出风口的阻力、软接的阻力, 低静压(12pa)直接接 风口或接不超过1米的风管,中静压的风盘(30pa)接不超过四米的风管,高静压(50pa)的风盘 接不超过七米的风管。

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