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空气源热泵设计、选型与配置大全
发布日期:2024-9-21

一、空调负荷计算

1.空调负荷计算的组成(QL)

(1)由【yóu】于室内外温差和【hé】太阳辐射【shè】作用【yòng】,通过建筑物围护结构传【chuán】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【hé】的计算显得比较繁琐,即便【biàn】是采用一些简化手【shǒu】段,计【jì】算工【gōng】作【zuò】量也是比较大的。估算(zui)简【jiǎn】便【biàn】,捷径【jìng】行路,人之【zhī】通性,慢慢的被它取而代之了。

但是估算的根据并不坚【jiān】定,偏【piān】于保守是不可避免的【de】,总是顾虑【lǜ】怕估【gū】算的小了,这也是【shì】可【kě】以理解【jiě】的。估算【suàn】法也要注意与实际相符合,要根据实际的【de】经验以及不【bú】同建筑【zhù】的各自不同的情况。目前【qián】空调负【fù】荷的计【jì】算还是【shì】以【yǐ】估算为主。

3.民用建筑空调单位面积冷负荷(qL)

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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【fù】荷 (W/m2 )

     S—— 空【kōng】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【jiān】面积【jī】、层【céng】高【gāo】(吊【diào】顶后)和房间气体循环次数三者的乘积即为房【fáng】间【jiān】的【de】循环风量。其对【duì】应的风机盘管高速【sù】风量,即可确定风【fēng】机盘管型号。

(2)根【gēn】据冷负荷:根据【jù】单位面积负【fù】荷和【hé】房间【jiān】面积,可得到房间所【suǒ】需的【de】冷负【fù】荷值。利用【yòng】房间冷负荷对应风机【jī】盘管的中速风量时的制冷量即可确【què】定风【fēng】机盘管型号

一般【bān】采【cǎi】用第二种【zhǒng】方法——根【gēn】据冷负荷选【xuǎn】择风机盘【pán】管,在特殊场合如对【duì】噪音要求较【jiào】高的场所【suǒ】,可用【yòng】一种方法进行校核。

确【què】定型号以后,还【hái】需确定风机盘管【guǎn】的安装方式(明装或安装),送回风方式(底【dǐ】送【sòng】底【dǐ】回,侧送底回等【děng】)以及水管连接【jiē】位【wèi】置(左或右【yòu】)等条件。

房间面积较大时【shí】应考虑使【shǐ】用【yòng】多个【gè】风机盘管,房间单位面【miàn】积【jī】负【fù】荷较大,对噪【zào】音要【yào】求不【bú】高时可考虑使用风量【liàng】和制冷量较大的风机盘管。注意:对于风【fēng】管超过一定长度的风盘【pán】,应采用中、高静压的风盘【pán】,且【qiě】出风管道上【shàng】不宜【yí】多【duō】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【jì】采暖通风系统的热【rè】负荷【hé】,应根据建【jiàn】筑物下【xià】列散失和获得的【de】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【xià】工程上【shàng】可采【cǎi】用面【miàn】积热【rè】负【fù】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【zhù】物的建筑面【miàn】积,m2;

     qn—— 建筑物的采【cǎi】暖单位面积【jī】热负荷,W/m2,

     K —— 附加系数

建筑各个区域【yù】的围护结【jié】构、冷空气渗【shèn】透情况均有差别,如果需要计算的较【jiào】为准确【què】,应根据各个【gè】区域在建筑中的位【wèi】置【zhì】(如【rú】:是否靠近【jìn】外墙、外墙上的门窗)和门窗(是否有冷空【kōng】气渗【shèn】透)进【jìn】行【háng】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【jiā】系数为标准推荐数值【zhí】,在实际工【gōng】程中应根【gēn】据实际情况【kuàng】做出具【jù】体调整。

房间进深大【dà】于6 米时,以距【jù】外墙6 米为【wéi】界【jiè】分区当【dāng】作不同的【de】单独房间【jiān】,分别计【jì】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0.9-21.7

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【jù】直接【jiē】影响到地板的散【sàn】热【rè】量,而地板散热量需满足室内负【fù】荷的要求【qiú】。

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【biǎo】是PE-RT管材,地面材料为水泥地砖,在不同水温、室内温【wēn】度【dù】和【hé】管间【jiān】距【jù】的条件下【xià】的地【dì】面散热量(其他地面材【cái】料的【de】散热量数据见附录【lù】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【jī】组总负荷的【de】确定:建筑的负荷或【huò】空调【diào】总负荷×80%左右的同时使用率。公寓房可不考虑【lǜ】同时使用【yòng】率。特【tè】殊【shū】情况需根【gēn】据建【jiàn】筑功能和使【shǐ】用情况确定【dìng】。

大、中型【xíng】工程应选【xuǎn】二台以【yǐ】上,但不宜过多,并考虑【lǜ】备用机【jī】组的可能性。

若【ruò】建筑物的(zui)大负荷与(zui)小负【fù】荷的差距过大【dà】,宜大、小容量机【jī】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【shì】外【wài】机的【de】安装要求相【xiàng】似【sì】。可安装在屋顶、阳台【tái】、地面上。出风口【kǒu】应避开迎风方向。

2) 主机(侧出风【fēng】)与【yǔ】四周墙壁或其【qí】他遮挡物之间【jiān】的距离不能太小【xiǎo】,出风口1米内不应有【yǒu】遮挡物【wù】,保证主机换热器的吸热散热【rè】不受阻【zǔ】碍。

3) 主机(顶【dǐng】出风)进风口1米内不能有遮挡物,出风【fēng】口2米内【nèi】不应【yīng】有障碍物,保证主机换热【rè】器的吸热散【sàn】热【rè】不【bú】受【shòu】阻碍【ài】。

当机组安装【zhuāng】在屋檐下或机组上方有【yǒu】水平障【zhàng】碍物时,机组的安装位【wèi】置【zhì】必须在通风良好的地【dì】方,否则容【róng】易发生【shēng】气流短【duǎn】路,造成【chéng】机组散热【rè】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 9-21 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【shì】循环【huán】系统:管【guǎn】路中的循环水与【yǔ】大气相通的系统。循环水水与大气【qì】接触,易【yì】腐蚀管【guǎn】路;用户【hù】与机【jī】房高差【chà】较大时,水泵则需【xū】克服高差【chà】造成的静水压【yā】力,耗电量大。

2) 闭式循【xún】环系【xì】统【tǒng】:管【guǎn】路系统不与【yǔ】大气接触,在系统(zui)高【gāo】点设有排气阀的系统。管道与设【shè】备不易腐蚀【shí】;不需克【kè】服高【gāo】度差,从【cóng】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【yú】采【cǎi】用回程管,管【guǎn】道的长【zhǎng】度增【zēng】加【jiā】,水阻力增大,使水泵的【de】能耗增加,并且增【zēng】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【tǒng】:系统中循环水【shuǐ】量为定值,或夏【xià】季和【hé】冬季分别采用不【bú】同的定水量,负【fù】荷变化【huà】时,改变供、回水温【wēn】度以【yǐ】改变【biàn】制冷量或【huò】制热量的【de】系统。

特【tè】点:定【dìng】水量系统简单,操作【zuò】方便,不需要复【fù】杂的自控设【shè】备和变水量定压控制。

6) 变水量系统【tǒng】,一般适用于间歇【xiē】性降温的系统(影院、剧场、大会【huì】议厅等):保【bǎo】持供水温【wēn】度在一【yī】定范围内【nèi】,当负【fù】荷变化时【shí】,改变供水量的系【xì】统【tǒng】。

特点:变水量系统的水泵的能耗随【suí】负【fù】荷【hé】较少而【ér】降低【dī】,在配管设计时可【kě】考虑同时使用【yòng】系【xì】数,管径可【kě】相应减少【shǎo】,降低水泵和管道系统的初投资;但是需要采【cǎi】用供、回水压差进行流量控【kòng】制,自控系统【tǒng】比【bǐ】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【de】情【qíng】况下选定【dìng】的机组,可根据产品样本提供的数值【zhí】乘以1.1~1.2倍的系数选【xuǎn】用【yòng】。

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【chà】 ℃(采暖【nuǎn】系统取【qǔ】10℃,冷暖系统取5℃)

水泵的流量 = (1.1~1.2)×系统循环水量


 

2. 水【shuǐ】泵的【de】扬程:应为它承担的供回水管网(zui)不利【lì】环路【lù】的【de】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【lián】的各【gè】末端装置【zhì】的水压损失(zui)大一【yī】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【wéi】(zui)不利【lì】环路中局部阻力【lì】当量长【zhǎng】度总和与直管总【zǒng】长的【de】比【bǐ】值。当(zui)不利环路【lù】较【jiào】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【bì】须选用【yòng】热水泵,其Q~H 特性【xìng】曲线【xiàn】,应【yīng】是随着【zhe】流量的增大,扬程【chéng】逐渐下降的【de】曲线。同时适用【yòng】于水/乙二醇((zui)高30%)溶液。

应根据水【shuǐ】泵提【tí】供商提供的参数要求,并根据【jù】现场水力系统的【de】要求选泵,水泵【bèng】应在其高【gāo】效【xiào】区内运行【háng】。


 

九、 膨胀罐选型计算


 

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C = 系统中【zhōng】的水容【róng】量(包【bāo】括热泵【bèng】主机、管道、末端等)约为【wéi】系统循【xún】环

水流量的1/15 到1/20。

e = 水【shuǐ】的【de】热膨胀系数(系统冷却时【shí】水【shuǐ】温和锅炉运行时的(zui)高水【shuǐ】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【zhōng】制冷/热量KW 和HP 的换【huàn】算关系为1HP ≈ 2.5KW)


 

十、 储能(缓冲)水箱计算


 

水暖系【xì】统需要考【kǎo】虑系统水容量对系统稳【wěn】定性的【de】影响,对于空气源热泵地暖系统【tǒng】,(zui)大的影响【xiǎng】因素是冬季机组除【chú】霜。空气源热泵机组【zǔ】化霜时间【jiān】为 3-8min,取化霜时【shí】间【jiān】 4 min 来计算【suàn】蓄【xù】能水箱容积。

系统热稳定性要求:冬季运行【háng】时,主机【jī】除霜时间 4 min,供水【shuǐ】温度允许降【jiàng】低不超【chāo】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:          

 

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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【shuǐ】流速推荐表【biǎo】如下【xià】,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【shuǐ】支管的管径,宜与设【shè】备的进出水【shuǐ】管【guǎn】接管【guǎn】管径一致,可查产品样本【běn】获知【zhī】。


 

十二、 分集水器选择


 

1. 材质为黄铜【tóng】材质或【huò】不锈钢材质,同时【shí】适用于水/乙二醇【chún】((zui)高30%)溶液。

2. 一般规格:

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3. 选型建议【yì】:根据盘【pán】管环路数选择分集水【shuǐ】器支【zhī】路数,支路数应控制在8路以内,若【ruò】超过8 路,可增设多一套分集水器解决。分【fèn】集水器【qì】主管管径应至少比【bǐ】系【xì】统供水管管径大一个【gè】规格,支【zhī】路数越多,分集水【shuǐ】器主管管径宜越大,具【jù】体以【yǐ】实际水力计算【suàn】为【wéi】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【dù】越大管道【dào】内【nèi】越不容易积【jī】气,有利于【yú】减小传【chuán】热热阻从而【ér】增加散热量。一【yī】般管道内水流【liú】速度不得小【xiǎo】于0.25m/s,一【yī】般流速应在0.25m/s-0.5m/s 之间为宜,分集水【shuǐ】器【qì】内【nèi】的水流速一般不宜超过0.8m/s,过【guò】小的流速会影响散热量,过【guò】大的流【liú】速则会增加水泵的负担,且水流噪【zào】声【shēng】会较明显【xiǎn】。

2) 一般要求在任何情况下系统水流量不得小于系统【tǒng】额定水【shuǐ】流量的【de】 60%,如果实际中有可【kě】能出现【xiàn】流量【liàng】小于60%的【de】情况,需加【jiā】装压差旁【páng】通阀【fá】或【huò】其他旁通措【cuò】施,否则【zé】可能导致机组保护【hù】。

3) 从减少加热盘【pán】管的【de】水侧阻力【lì】,提高采暖效果的角度考虑,加热管道宜选择外径【jìng】Φ20 管道,从施工【gōng】安装方便的角度【dù】考虑【lǜ】,加热管道宜选择外径Φ16 管【guǎn】道,根据工【gōng】程实际情况选择合适的方【fāng】案【àn】。


 

2. 地暖管长度

加【jiā】热盘管的【de】长度和环路简【jiǎn】易计算(例:采暖房【fáng】间内面积10 ㎡,分集【jí】水器【qì】与采暖房间连接距离【lí】10 米)

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加【jiā】热盘管长【zhǎng】度建议:每环路【lù】加热盘管长度宜控制在60~80 米,(zui)长不应【yīng】超【chāo】过100 米,各环【huán】路长度宜相等或相近,管【guǎn】长差值应控制在15 米【mǐ】内【nèi】。


 

3. 地暖管材质

PE-X :交联【lián】聚乙烯 ,力学【xué】性能好,耐低【dī】温和高温。但【dàn】是没有热【rè】塑性,不能采用热熔【róng】接,通常采用卡式【shì】连接。是目【mù】前欧洲在地暖系统中使用量(zui)大【dà】的一【yī】个品【pǐn】种【zhǒng】。进【jìn】口和国产的差价【jià】更大,低价位的产【chǎn】品应用存在【zài】一定的风险。

PE-RT:中密度聚乙烯【xī】,力【lì】学性能【néng】好,耐应力【lì】开裂【liè】,低【dī】温冲击,耐【nài】水压【yā】,耐热蠕变的性能。具有【yǒu】可以热熔连接、原料性能【néng】稳定可靠和柔韧性好等优点【diǎn】,其综合的【de】优良特性使之在地板辐【fú】射【shè】采暖领【lǐng】域【yù】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【lì】下【xià】,管壁设计(zui)薄,是【shì】当前【qián】几【jǐ】种用于【yú】热水的塑料【liào】管【guǎn】中价格(zui)贵和可靠性【xìng】(zui)高的品种。

由于【yú】采暖系统中渗入氧会加【jiā】速系【xì】统的氧化腐蚀【shí】,选【xuǎn】择PB、PE-X、PE-RT塑料管【guǎn】道时【shí】宜【yí】选择【zé】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【wài】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【hào】以后,还需确定风机盘管的【de】安装方式(明【míng】装或安装),送【sòng】回风方式【shì】(底送底回,侧送底回等【děng】)以及【jí】水管【guǎn】连接位置(左或【huò】右【yòu】)等条件【jiàn】。

房间【jiān】面积较【jiào】大时应考【kǎo】虑使用【yòng】多个风机盘【pán】管,房间单位面【miàn】积负荷较大,对噪音要求不高【gāo】时【shí】可考虑使用风【fēng】量和制冷量较【jiào】大的【de】风机盘管。

考【kǎo】虑所接风管的沿程阻力、出风【fēng】口【kǒu】的【de】阻【zǔ】力、软接的阻力, 低静压【yā】(12pa)直接接风口或接不超过1米【mǐ】的风管【guǎn】,中静【jìng】压的【de】风盘(30pa)接不超过四米的【de】风【fēng】管,高静压(50pa)的风盘接不【bú】超过七米的风管。

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