《地源热泵设计》PPT课件

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1、地源热泵,2012年6月29日,目录,1.热泵的基础知识篇 2.空调设计篇 3.热水设计篇 4.地源热泵篇 5.PHNIX地源热泵篇,热泵的基础知识篇,热泵的基本原理,生活热水 南方气候潮湿、冬季气温变化大(经常在10-20间变化)、夏季炎热;而北方冬季寒冷,夏季炎热,因此,洗澡用的生活热水成为生活必须; 夏季空调制冷 夏季炎热,制冷空调已成为城市家庭和办公的基本设施; 冬季采暖 16是人体对寒冷忍受程度的一个界限,冬季绝大多数地方的气温都会降至16以下。,(1)供热制冷的需求特点,(2)农业消费需求特点,需要温控的农业大棚、禽舍、鱼池等需求越来越旺。利用地源热泵技术,可以为现代农业提供价廉质

2、优的温控系统。,(3)工业生产需求特点,生产工艺需要在一个恒定的温度和湿度范围进行,提高产品质量。利用地源热泵技术,可以为工业生产提供一个需要的环境。,热泵的应用,中央空调设计篇,意义和必要性,我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的55,炎夏季节多数电网高峰负荷约有13用于空调制冷,使许多地区用电高度紧张,拉闸限电频繁。 我国新建建筑全面执行节能标准,建筑能耗要减少50%。,负荷计算: 1、量空调面积 2、算房间负荷=面积*单位负荷指标(根据房间类型而定) 末端选择: 1、根据负荷选择末端(尽量不用FP-34,末端宁大不小) 2、根据房间形状判断适合选用多台小的或是选较大的风机盘管 末端布置:

3、1、考虑送风方式(能侧送则侧送,不能则一般选择上送) 2、考虑安装位置(气流组织是否顺畅) 3、注意不要造成气流短路,中央空调设计步骤,水管布置: 1、立管位置的选择(优先管井,卫生间,墙角等) 2、水管布置尽量沿墙走 3、注意避开梁、柱 4、方便的情况下节省管道 设备连接: 1、使用鸿业软件点设备连接根据提示操作自动连接 标管径(软件自动标注) 水泵的选型 绘制系统图 工程材料统计(一定要仔细) 仔细检查,中央空调设计步骤,水泵选型,A.冷却水流量:一般按照产品样本提供数值选取,或按照如下公式进行计算,公式中的Q为制冷主机制冷量,L(m3/h)=,Q(kW),(4.55)x1.163,X(1

4、.151.2),B.冷冻水流量: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 供的数值选用或根据如下公式进行计算。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为建筑没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。,L(m3/h)=,Q(kW),(4.55)x1.163,1、水泵流量,水泵选型由两个参数决定,流量和扬程。,水泵选型,2、水泵扬程,冷冻水泵扬程的组成 1.制冷机组蒸发器水阻力:一般为57mH2O;(具体值可参看产品样本) 2.末端设备(空气处理机组、风机盘管等)表冷器或蒸发器水阻力:一般为57mH2O; (据体值可参看产品样本) 3.回水过滤器阻力,一般为35mH2O;

5、 4.分水器、集水器水阻力:一般一个为3mH2O; 5. 水管路沿程阻力:先估算最长供回管路长度,按100米管路5米压降估算。例别墅类供回路100米管长,即5mH2O; 6. 水管路局部阻力损失:按沿程阻力的一半计算,即3mH2O。 综上所述,冷冻水泵扬程为2635mH2O。 注意:扬程的计算要根据制冷系统的具体情况而定,不可照 搬经验值!,冷却水泵扬程的组成 1.制冷机组冷凝器水阻力:一般为57mH2O;(具体值可参看产品样本) 2.冷却塔喷头喷水压力:一般为23mH2O 3.冷却塔(开式冷却塔)接水盘到喷嘴的高差:一般为23mH2O 4.回水过滤器阻力,一般为35mH2O; 5. 水管路沿

6、程阻力:先估算最长供回管路长度,按100米管路5米压降估算。例别墅类供回路100米管长,即5mH2O; 6. 水管路局部阻力损失:按沿程阻力的一半计算,即3mH2O。 综上所述,冷冻水泵扬程为1726mH2O,一般为2125mH2O。,水泵选型,由上表可见:水泵并联运行时,流量有所衰减;当并联台数超过3台时,衰减尤为厉害。故强烈建议:1.选用多台水泵时,要考虑流量的衰减,留有余量,取1.1-12的安全系数。2.空调系统中水泵并联不宜超过3台,即进行制冷主机选择时也不宜超过三台。,3、水泵并联运行情况,水泵选型,1.水系统设计主要包括水管材料的选用、水管管径的确定。 2.水管材料:主要由镀锌钢管

7、、无缝钢管、PPR管、PVC管等。镀锌钢管用在空调供回水管路较多,PPR管主要用在家用空调和热水系统,热熔连接方便,大管DN80不建议用,对应配件贵,PVC主要用于冷凝水系统,无缝钢管主要用于DN150,价格贵,在大系统中用,我们很少用。 3.在空调系统中所有水管管径一般按照下述公式进行计算:,L(m3/h),0.785x3600 xV(m/s),D(m)=,公式中:L-所求管段的水流量 V-所求管段允许的水流速,空调水系统,流速的确定:一般,当管径在DN100到DN250之间时,流速推荐值为1.5m/s左右,当管径小于DN100时,推荐流速应小于1.0m/s,管径大于DN250时,流速可再加

8、大。进行计算是应该注意管径和推荐流速的对应。,1.风管系统设计主要包括风管系统材料的选用、风管形状尺寸的确定和风管阻力的计算。 2.常用制作风管的材料有:镀锌钢板、无机玻璃钢、酚醛泡沫复合风管、聚胺脂发泡复合风管等。 3.风管形状及尺寸: AB风量Q(m3/h) / 3600风速v(m/s) a.风管形状一般采用圆形或矩形。矩形风管的宽高比不易大于6。 b.要确定风管尺寸,应先确定风速,风速可参考下表,空调风系统,4.风管阻力计算:根据风管系统情况选择最不利管路计算风管阻。工程一般取510Pa/m进行估算。例如送风距离有20m,则风柜至少有100pa的风压。 5.风口 a.舒适性空调普遍采用的

9、送风口型形有:侧送风口和散流器。 b.回风口型式有网格式、固定百叶式、和活动式,排风口与回风口类同。 c.新风口通常采用百叶式。新风口应设在室外空气较洁净处,并就处于排风口的上风侧和低于排风口,新风口底部距室外地坪,不宜低于2米。 d.风盘侧送送回风尺寸,空调风系统,热水篇,1.热水用量 经验热水用量计算作为参考,视具体情况而定。 家用别墅:公寓楼无浴缸,按常住人口每人80L估算;别墅有浴缸,按卫生间数量计算,单 个浴缸按300L,普通卫生间150L计算。 酒店宾馆:普通宾馆,单人间100L,双人间200L,高级宾馆,单人间150L,双人间300L。 足浴城:按洗脚位计算,25L/人,每个洗脚

10、位使用次数根据营业情况而定,一般按照3次; 公共浴室:估计人流量,普通50L/人,高级80L/人。 2.热量计算 Q (kWh)=txVm3x1.163 t,目标热水温度-自来水进水温度,目标热水温度一般是55,自来水夏季一般按照20,冬季在江西按照5; Vm3/T,热水用量; Qkwh,加热热水所需的热量,主机选型时参照使用时间内最冷天气时所需热量。,热水篇,3.机组选型 机组型号、数量=Q/制热时间/机组小时制热量 制热时间一般冬季运行时间不大于16小时; 机组小时制热量根据机组变工况曲线,查询最恶劣工况下制热能力; 备注:综合13P热水机性价比最高。,4.水箱选型 低于30T热水量的系统

11、,建议热水量多大,水箱用多大;大于30T可选用承载90%的水箱。视具体情况而定,可参考左边表格。,地源热泵篇,地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源,即在冬季,把地能中的热量取出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地能中去。,可再生能源 热量冬取夏蓄,利用可再生能源; 高效节能 性能系数较高,节省运行费用3050; 运行稳定 运行工况稳定,机组运行安全高效; 美观 无室外机,

12、不影响建筑外观; 冷、暖、热水兼用 均衡用电负荷,节省建筑空间;,地源热泵特点,热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体,包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散地相对地均衡。,可再生能源,地下水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为1222,水体温度比环境温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。而夏季水体为1835,水温度比环境温度低,所以制冷的冷凝温度降低,机组效率提高。据美国环保署EPA,设计安装良好地水源热泵,利用江河湖水等,供热制冷空调的运

13、行费用可节省3050。,高效节能,地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22,温度比环境空气温度高,热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高;土壤或水体温度夏季为18-32,温度比环境空气温度低,制冷系统冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率大大提高,运行可靠,同时不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。,运行稳定,美观,安装灵活,机组摆放随意,不需要特别考虑通风等问题,可以跟建筑风格融为一体。特别对于徽派风格建筑,楼顶不适合放置机组,地源热泵则可任意摆放。,应用灵活,随着社会的不断发展,节能环保成为时代的主题。地源热泵空调的节能、高效、可靠性,得到人们的青睐。同时政府也大力推

14、广地源热泵的应用,实行项目补贴。,地源热泵政政策,地源热泵形式比较,备注:以下地源热泵内容主要针对地埋管地源热泵。,初投资较高 系统中增加地埋管换热器,造价高,受地质条件影响; 占用土地设置地埋管换热器 在建筑容积率高的场合受限; 冷热负荷的平衡 冷热负荷不平衡产生地下的热量积累。,地源热泵的制约条件,地埋管地源热泵的应用条件,有点地 有地埋管 有点钱 有钱埋管 有点冷热负荷 用好埋管 有眼光 因工程制宜,因地制宜,合理利用,地源热泵的工程图片,地下水地源热泵,地表水地源热泵,地源热泵的工程图片,地源热泵的工程图片,地埋管地源热泵,1、地下换热器管材及传热介质的选择,地埋管式地源热泵水系统设计

15、-热源侧水系统设计,1)管材的选择 A、管材所需的特性 化学稳定性好; 耐腐蚀 流动阻力小、导热率大; 较强的耐冲击性; 管道连接处强度要高,密封性能要好; 必须易于施工且连接方便。,B、管材的类型 聚乙烯(PE)管,其应符合给水用聚乙烯管材 GB/T13663的要求; 聚丁烯(PB)管,其应符合冷热水用聚丁烯管材GB/T19473.2的要求; 管材的工程压力不应小于1.0MPa,工作温度应在-2050范围内。,地埋管式地源热泵水系统设计-热源侧水系统设计,C、埋管管径 管径大小的选取应基于紊流区,这样流体与管内壁之间的换热效果好。此外,除在保证埋管换热器中流体流量最小且能保存紊流状态外,选管

16、时应考虑安装成本低。兼顾以上考虑,埋管管径通常采用外径为5-50mm,管内流速应在0.20-0.8m/s范围内为佳。 工程中,单U常采用dn32,双U常采用dn25。,地埋管厂家,参照地源热泵供热空调技术规程要求:地埋管不应采用金属管道,不宜采用金属塑料复合管或聚氯乙烯(PVC)管及管件。宜采用高密度聚乙烯管(PE)或聚丁烯管(PB)。 通常选用PE100或PE80管(部分项目有特殊要求的,不选用PE80)。,地埋管式地源热泵水系统设计-热源侧水系统设计,2)传热介质的选择 A、介质性质 安全性(包括毒性、易燃性及腐蚀性); 良好的传热特性(具有较大的导热系数); 较低的摩擦阻力(具有较低的黏

17、度)。 B、介质类型 除水外,还可以采用的传热介质一般包括:氯化钠溶液、氯化钾溶液、乙 二醇溶液、丙醇溶液、丙二醇溶液等。,3、地埋管换热器选择(只适用于U型垂直埋管),1)换热量的计算,Q1 夏季向土壤排放的热量,kW ; Q1夏季设计总冷负荷,kW; Q2冬季从土壤吸收的热量,kW; Q2冬季设计总热负荷,kW; COP1设计工况下机组的制冷系数 COP2设计工况下机组的供热系数,地埋管式地源热泵水系统设计-热源侧水系统设计,2)打井数、井深及埋管长度设计,地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外,还需要有 当地的土壤技术资料,如地下温度、传热系数等。这些因素的计算很繁 琐,并且

18、部分数据不易获得。在实际工程中,可以利用管材“换热能力” 来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量,一般垂 直埋管为4070W/m(井深),或2035W/m(管长),水平埋管为1530W/m (管长)。,地埋管式地源热泵水系统设计-热源侧水系统设计,PHNIX地源热泵篇,主要适用于别墅用户,为用户提供房间采暖、制冷和生活热水。,PHNIX地源热泵系统图,PHNIX地源热泵效果图,1、使用侧水系统的类型,1)一次泵水系统,地埋管式地源热泵水系统设计-热源侧水系统设计,系统简单,系统定频运行,运行费用高。,地埋管式地源热泵水系统设计-使用侧水系统设计,2)二次泵水系统,地埋管式地源

19、热泵水系统设计-热源侧水系统设计,系统稍复杂,二次泵系统,当末端开启数量少时,可直接使用储能水箱的冷热量,末端水泵变频,运行费用低。,广东芬尼克兹节能设备有限公司 GuangDong PHNIX Eco-Energy Solution Ltd .,地埋管式地源热泵水系统设计-使用侧水系统设计,2、缓冲水箱的选择,1)作用:A、防止机组频繁启动; B、增加系统的水容量,避免水温波动,2)类型:承压式(可以安装在水系统的低处)或开式(必须安装在 水系统的最高点),3)水箱容量: 保证机组10分钟以内不能重复启动。现推荐一经验值:每1匹主机选用25-30L。,4)前提条件: A、系统负荷在100KW

20、以内 B、系统只使用一台主机的。,机组选型,为什么机组不带热回收?为什么不做家用的三位一体机组? 特灵空调、采暖、热水一体机 一台机组整体解决家庭生活热水、地板采暖、空调三种需求 ,机组“缺点”剖析,1)带热回收的机组就是常说的“三位一体机”。 目前商用三位一体机的市场很受欢迎。主要是基于机组的容量大,可回收的费热量比较多,加之制冷季节用户的制冷需求量较大,用户的需求一般都是集中时段、长时间、大面积供冷,因此整个制冷期每天可回收的废热量比较客观,用户在制冷季可享受到实实在在免费的热水。 家用“三位一体机”却是不同。一方面机组本身的容量就小,可回收的冷凝废热有限,且家庭用户使用空调一般都会分时段

21、、分区域使用,因此每天的制冷需求也会相应较少。在不制冷的时候,机组就不会产生冷凝废热,也就不可进行热回收。因此家用机组进行热回收并不是很理想。,机组“缺点”剖析,2)“三位一体机”可运行多种模式,比如“制冷模式”、“制热模式”、“制冷+制热水模式”、“制热水模式”。 冬季采暖季节,机组只能优先制热水模式,在满足热水需求后进行制热模式,提供室内采暖。 对于家庭用户而言在某些时间段需要暂停室内采暖热源。 那为什么商用三联供机组就可以不暂停热源呢?,机组“缺点”剖析,商用场合一般使用机组较多,热源可互为备用,即使优先制热水,也能保证室内基本的采暖需求。(部分机组制热水,部分机组制热),3)多种需求都

22、集中在一个系统,无疑增加了系统及控制的复杂性。系统过于复杂,稳定性会降低。且一旦主机故障,那么空调和热水的使用都会受到影响。家庭用户一般对设备的稳定性、可靠性的敏感指数较高。日后售后隐患无群!,机组“缺点”剖析,一、高能效 采用专利技术的C&S换热器和高能效的旋转/涡旋压缩机;,PHNIX地源热泵特点,1)结构紧凑效率高 高效换热管,换热面积是光管3.7 倍,管外肋片引起冷媒的强烈紊流,传热效率大大提高。 2)逆流布置: 冷却水回路和冷媒回路逆流布置,可保证出口冷媒过冷度,提高了系统效率; 3)适应较大的进出水温差: 减少了冷凝水循环量,缩小冷凝水水管尺寸和循环泵规格;降低了泵功率以及运行费用; 4)制冷剂回路与壳体间隙小: 不会造成润滑油滞留,可保证回油;,PHNIX地源热泵特点,PHNIX地源热泵特点,谢谢,

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