PHNIX地源热泵在办公室的设计

PHNIX地源热泵在办公室的设计在设计前可参考常规空调系统设计规范，设计标准和设计手册等资料进行前期的准备工作（如查呼和浩特的气象资料、负荷的计算公式等）。(1)根据建筑物特点(形式、面积)估算供热、制冷时的热负荷、冷负荷和湿负荷；(2)根据热负荷、冷负荷选择热泵机组；(3)根据向土壤排放和吸收热量设计计算埋管换热器；(4)根据热负荷、冷负荷和湿负荷设计和选择风机盘管。1.1热泵机组的选择1.1.1气象条件表3－１室内设计参数夏季冬季温度/℃相对湿度/%温度/℃相对湿度/%25≤6020≥30表3－2室外设计参数干球温度/℃湿球温度/℃相对温度/%室外风速/m/s最大冻土深度大气压力/kPa夏季30211.588.926冬季-23531.6143m90.1261.1.2热泵机组的确定冬热负荷：60-80W/㎡，夏热负荷：95-115W/㎡；取热负荷:65W/㎡（北方比较冷），冷负荷:95W/㎡。则制热量：650kW；制冷量：950kW。选择上海开利空调销售服务有限公司设计的开利30HXC-HP螺杆式水-水热泵机组，它可使用地下水，湖水，河水，土壤等作为热源/冷源；制热量：498-1548kW；制冷量：479-1337kW。表3－3典型的高温冷热水型螺杆水源热泵机组系列性能参数（制冷剂R134a）300A—HP2名义制量输入功率冷凝器蒸发器热水进/热水流量水压降热水进/热水流量水压降率/KW/KW出水温度/℃/3m/㎏功率/KPa出水温度/℃/3m/㎏/KPa制冷工况116732550/551656915/77429制冷工况98720112/71706518/299335备注：1：双螺杆压缩机（2台）；半封闭电动机；电子膨胀阀。2：制热时最高热水出水温度60℃；3：机组水侧标准设计压力1.0MPa;4：机组由两个回路组成，大大提高机组可靠性。5：整个空调系统还要配上安装于室内的分机盘管式空气处理末端装置。1.1.3性能指标的计算R134蒸发温度0℃，冷凝温度60℃。如图3-1所示图3-1单级蒸气压缩循环蒸发温度为0℃时对应的蒸发压力：P1=P4=292.82kPa冷凝温度为60℃时对应的冷凝压力：P2=P3=1681.3kPa蒸发温度为0℃时饱和蒸汽的焓：h1=397.2kJ/kg蒸发温度为0℃时饱和蒸汽的比容：v1=0.06893m/kg蒸发温度为0℃时饱和蒸汽的熵：s1=1.722kJ/(kg.K)冷凝温度为60℃时饱和蒸汽的焓：h3=287.4kJ/kg节流前后焓相等，故：h3=h4=287.4kJ/kg压缩过程1—2为等熵过程：s2=s1=1.722kJ/(kg.K)2点压力为：p2=1681.3kPa可知2点的焓：h2=432.0kJ/kg单位质量制热量为qe=h2-h3=432.0-287.4=144.6kJ/kg单位质量耗功量为：w=h2-h1=432.0-397.2=34.8kJ/kg制热系数为：COPh=qc/w=144.6/34.8=4.2制冷系数为：COP=4.2-1=3.21.2冬夏季地下换热量计算1.2.1换热量计算冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可由下述公式计算：Q1’=Q1×(1+1/COP1)=950×(1+1/3.2)=1246.9kWQ2’=Q2×(1+1/COP2)=650×(1+1/3.2)=853.7kW式中：Q1’------夏季向土壤排放的热量，kWQ2’------冬季向土壤排放的热量，kWQ1-------夏季设计总冷负荷,kWQ2------冬季设计总冷负荷,kWCOP1----设计工况下水源热泵机组的制冷系数COP2-----设计工况下水源热泵机组的制冷系数1.2.2U型埋管管径和管材及长度的确定在实际工程中确定管径必须满足两个要求:(1)管道要大到足够保持最小输送功率；(2)管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm,25mm,32mm,40mm,50mm,。小管径采用32mm，大管径采用75mm。材料高密度聚乙稀管HDPE。U型埋管的总长度：L=Q’×1000/55=1246.9×1000/55=22668.6mL=Q’×1000/55=853.7×1000/55=12466m取长的修正后为23000m式中：Q’-------夏季向土壤排放的热量或冬季向土壤排放的热量，kWL--------U型埋管总长,m分母“55”每米管长的最大散（吸）热量,W/m1.2.3钻孔间距及钻孔数量的确定在夏季制冷(冬季制热)工况下，随着热泵机组的运行，埋管向地下放热(吸热)而使其周围土壤温度不断升高(降低)并向远处传热，必然存在一区分土壤温度是否受扰动的界面，定义此界面到埋管中心轴线的水平距离为热作用半径。为了简化计算，忽略钻孔之间的热作用相互影响，所以在设计时，必须确保相邻钻孔之间的距离大于热作用半径。一般取4—6m。取5m。钻孔数量可由下式确定:N=L/2l=23000/2×80=144式中:N一钻孔总数，个;L一埋管总长度，m;I一单个钻孔深度，m;分母“2”一考虑到单个钻孔内埋管长度约等于钻孔深度的2倍。1.2.4埋管方式及连接方式单U型竖直埋管。（水平埋管占地面积大不适合中国人多地少的国情）并联连接。（串联采用大管径管道需较多防冻液管道成本及安装费高）如图3-2所示的埋管换热器布置方式：图3-2埋管的布局1.3分机盘管机组设计1.3.1湿负荷的确定M=0.001MNG=0.001×1×2000×204=204kg/h=57g/s式中：G----成年人每小时散热量，g/h（取102）M-----群聚系数，（取1）N------室内全部人数，（取2000人）1.3.2新风量的确定每人所需新风量20--303m/h人，（取25.53m/h人）则新风量：G我=510003m/h1.3.3送风量的确定①：=Q/W=950000/57=16667kJ/kg图3-3焓湿图在图3-3上根据t=25℃及相对湿度65%确定N点，In=57.5kJ/kg过N点作线与相对湿度90%线交点，即得送风状态IoIo=45kJ/kg则总风量：G=Q/(In-IO)=950/(57.5-45)=76kg/s②风机盘管（FP）的风量：GF=G-GW=76-16.8=59.2Kg/s=1776003m/s③确定M点：MO/OL=GW/GF=(Im-Io)/(Io-Il)16.8/59.2=(Im-45)/(45-57.5)Im=41.5kJ/kg④FP供冷量：QT=GF(In-Im)=59.2(57.5-41.5)=947.2kW＜950kW符合设计要求1.3.4分机盘管机组的选择由上可以选择北京北空空调器有限公司的分机盘管机组：表3－4常规型分机盘管机组（卧式暗装，中挡）型号风量3m/h冷量W热量W输入功率W噪声dB水量kg/h水阻KRFP-201600100941514121052192050风机形式双进风多叶低噪声钢风轮离心风机叶轮数量4电机2电源220V/50HZ热交换器构造薄壁紫铜管穿U型双翻边铝翅片高校热交换器最大压力1MPa尺寸L㎜1990K480M226备注；1：制冷：室内干球温度27℃,室内湿球温度19.5℃，冷水进/出口温度7/12℃；2：制热：室内干球温度21℃,冷水进口温度60℃；3：采用双管制，供回水管夏季供冷水，冬季供热水；冬夏冷热水切换在机房完成。4：风机盘管采用三速风量调节。