小型别墅中央空调系统毕业设计

'第1章绪论中国的建筑行业正处于飞速发展的阶段，人们对生活环境的要求也越来越高，而生活环境最主要的就是居住环境，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展。从发展趋势上看小型中央空调将成为住宅、办公室空调的主流产品。因此中国市场发展前景非常诱人。1.1家用小型中央空调的发展现状一个国家家用空调的发展是与该国的地理气候条件、经济发展水平、人民生活水准、居住住宅形式以及社会人文环境等因素密切相关的，脱离了这些因素来谈家用空调的发展是不现实的。同样，分析家用小型中央空调的发展也离不开这些因素。一般而言，常见的住宅可以分为公寓型住宅和别墅型住宅。以下将分别结合这两种典型住宅的特点，结合各个国家的不同特点，对外国和中国的家用小型中央空调的发展现状进行分析。1.2外国家用小型中央空调发展现状　　美国的家用小型中央空调普及率较高，这与其良好的居住条件以及较高的生活水平是分不开的。美国是世界第一经济大国，人民生活水准较高，对居住的舒适性要求也较高，这些都促进了该国家用小型中央空调的普及使用。　　美国的别墅型住宅具有宽敞、高大的特点，通常由中、高收入的家庭居住。由于其层高较大，具有足够的建筑空间用于布置风道，因此在美国，风管式系统在家用小型中央空调中所占的比重相当大。同时，由于美国居民对家用空调舒适性的要求较高，因此多采用有新风的风管式系统。目前，美国风管式系统的年产量约为600万台/年，占其家用空调产量的一半左右。　　美国的公寓型住宅适合于中、低收入的人群居住，其消费水平偏低，其家用空调的型式以窗式空调器为主，也有采用小区供冷/热水的，一般不使用家用小型中央空调。目前美国窗式空调器年产量约为600万台/年，占其家用空调产量的一半左右。　　日本的家用空调走的是一条"氟系统"为主的发展道路，从窗式空调器到定速分体式空调器，再到变频分体式空调器。同样，日本的家用小型中央空调也以冷剂式空调即VRV（VariedRefrigerant35 Volume）系统（包括一拖多）为主。　　在世界冷剂式空调行业中，在二十世纪九十年代以前，60％的市场被日本所占有，并且在设备开发和控制技术上都处于世界最前沿。同时，日本国土面积小而人口众多，人口密度非常大，其住宅多属于高密度住宅，建筑结构较为紧凑。而且日本是个国内资源匮乏的国家，其能源消耗主要依赖于从国外进口，因此该国非常强调节能。家用空调作为能源消耗大户，其节能技术的开发尤其受到重视。以上这些因素决定了日本家用小型中央空调的型式以VRV系统为主。　　此外，在日本，对于别墅住宅，有采用冷/热水机组的，在这种系统中，室内末端装置多采用落地式风机盘管，当采用吊顶式风机盘管。1.3中国家用小型中央空调发展现状1.3.1中国家用小型中央空调发展情况与国外的对比从二十世纪九十年代后期开始，我国逐渐开始对家用小型中央空调进行研究和应用。相对于美国和日本，我国在这方面的研究起步较晚，但发展较快。目前，我国家用小型中央空调的年产量约为10万台/年，数目虽然不大，但增长速度较快。　　与美国和日本选择的家用小型中央空调发展道路不同，我国的家用小型中央空调主要发展的是冷/热水机组的型式，目前其产量占我国家用小型中央空调总量的70%以上。此外也有风管式系统，但其数量比冷/热水机组少得多，VRV系统的数量就更少,冷/热水机组的优势有如下几个方面：　（1）冷/热水机组的室外主机实际上就是一个风冷热泵装置，室内末端是风机盘管。而目前我国的风冷热泵技术经过多年的探索和研究，已经基本成熟。而在风机盘管技术上我国目前已经处于世界领先水平。因此我国发展冷/热水机组有技术上的保证。　（2）冷/热水机组不需要占用太多建筑层高，在住宅内布置较为方便，且施工简单，安装费用低。而风管式系统的设置需与建筑结构相配合，占用建筑空间大，且施工不方便。对于VRV系统，目前国内在此领域的技术尚不成熟，还存在流量控制问题、管道材质问题、现场焊接问题、管道施工问题等需进一步研究和完善的方面。且VRV系统的初投资太高，限制了它的推广。35 （3）从舒适性的角度考虑，风管式系统由于调风/调温的问题解决得不好，无法同时满足多个空调房间不同的空调负荷需求。而冷/热水机组则可以很方便地进行各房间的独立控制和调节，同时也能达到节能的目的。从以上的分析可以看出我国家用小型中央空调发展现状。所以本设计采用冷/热水机组实现房间制冷。1.3.2中国小型中央空调发展前景中国的建筑行业正处于飞速发展的阶段，人们对生活环境的要求也越来越高，而生活环境最主要的就是居住环境，这种需求带动了中国的空调制冷业的发展，特别是在“非典”之后，人们对室内空气品质（IAQ）有了更深刻的认识，室内空气的好坏直接影响到人们的健康，原来使用的空调技术已经不能满足人们的要求，对环境的需求意识已经不是简单的冷热意识，而是趋向于健康化、卫生化的需求。因此采用更先进的空气调节方法提高空气品质满足人们的要求成了当前制冷行业发展的热点和重点之一。另外一方面，从2001年至今，电力紧缺的问题一直困扰着我们，电厂的发展又不能盲目的增加发电量，或者增建新的电厂，必须依靠宏观的发展才能不至于发生电力过剩的尴尬局面，而且电厂发电对环境的污染也会随着电厂的增加而增加，在这种情况下，空调作为用电大户，充分利用现有的自然能，如太阳能、地热能、生活垃圾等可利用的能量资源既减轻了当前电力的负担，又增加了空调的环保能力，因此，利用自然资源，保护环境也成了当前各国空调制冷行业的研究方向。当前空调行业的已经在这些方面有了一定的进步，许多节能性空调如变频空调正越多的得到使用，而在中央空调方面，溴化锂双吸收式制冷等保护环境的制冷剂设备也发展的越来越快。热泵技术的使用既有效利用了自然能源，节省了能量，同时又保护了环境。1.3.3中国小型中央空调的优势小型中央空调一般指可满足各种户型60～600m带有集中冷热源的空调形式，现被广泛应用多个房间的要求。外国目前普及率已达到50%以上35 而我国普及率1%还不到。从发展趋势上看小型中央空调将成为住宅、办公室空调的主流产品。因此中国市场发展前景非常诱人。由于目前中国仍存在用电紧张现象，因此国人更加关注节能，使数码涡旋压缩技术受到推崇的主要原因就是它节能的技术优势。我国空调产业一直沿用家用空调和中央空调的分类,家用空调和中央空调的两类生产厂家互不涉足。目前,市场出售的两类空调都有其局限性:一般家用空调使用于小面积、居室少的环境中,大型建筑则采用中央空调。但是随着社会经济的不断发展与进步,居民居住的面积也越来越大,对室内空气品质的要求也越来越高。例如:一个三居室用户要装三部空调器,需要三个不同的室外空间,原来使用的家用空调特别是分体式空调器的安装就受到限制；虽然有些空调器生产厂家加装了排气扇,但空气流通不畅,空气质量差等弊端仍没有从根本上克服。而大型中央空调虽可同时为多用户集中供冷暖,但缺少个性化选择、自由度小,一次性投资较大,只能应用在大型建筑物和高档住宅小区,同时中央空调用于大型建筑特别是出租式建筑时又会遇到收费较困难等问题。为了解决上述两种空调的弊端户式中央空调就应运而生。通过分析得出小型中央空调的以下优点:（1）室内末端装置可采用多种方式安装如:暗藏、半暗藏、明装等方式,适宜配合室内装修,尤其适合高档装修。（2）户式中央空调系统是小型化的中央空调系统,可满足用户多居室需求,以家庭为单元,可适应用户的个性化需求不受其他用户影响。（3）由于主机由微电脑控制,在室内可完成全部操作,且操作简便；采用先进的电子控制技术系统可根据实际负荷自动化运行,节约能源及运行费用。（4）由于小型空调采用了分体式空调室内机与室外机相分离的结构形式,使主机与末端装置相分离,这样就保证了宁静的家居环境；符合空调低噪声的发展趋势。1.3.4小型中央空调系统的特点所谓小型数码多联中央空调系统是指由采用了数码宽度脉冲调节控制技术的变容量涡旋压缩机的空调室外机与多台可单独控制调节的空调室内机组成，是新一代模块化、集约化的多联机系统，由于其安装维护的简便性，灵活性使其更能满足空调市场的需求。35 由于小型空调系统的主要运行范围在50-75%之间，这个范围的能效值将直接影响到整个系统的能效，从测试结果看：以为例多联机系统在这个范围内比其他竞争者高出40%，别墅数码空调与其他空调运行费用的比较见表1-1运行费用比较：　表1-1运行费用比较区分小型别墅中央空调水冷机式可变风量系统能耗44.2x0.843x1.052.5x1.0月耗129061569519162半年耗77436941701149721年耗5575678082753年耗1672620340248335年耗278773390041839比较结果100%121%148%　　别墅数码空调能效比消耗见表1-2：表1-2别墅数码空调能效比消耗负荷％COP负载因子平均COP负载因子差量COP消耗1003.07113.450.10.345753.830.93.9040.51.952503.9790.43.3080.30.993252.6830.12.6380.10.264　　中国的能效标准见表1-3：表1-3中国的能效标准额定冷量(W)COP额定冷量<280003.0028000--840002.95>840002.95从图表中不难看出在效能比、制冷能力和节电方面、数码涡旋机组均占有一定的优势，它能减少高峰负荷能量消耗，节约能源。这对于电能供需矛盾日益突出的中国来讲，极具吸引户别墅码中央空调还具有如下特点：　　a.灵活组合，整个组合系统采用集散控制，各个实际能量需要小。35 b.机组采用独立制冷系统，在不同季节和气温下可以自动调整负荷，保证运行在节能状态，数码涡旋提供的无级容量输出。　　c.保证了房间温度的控制精度在±0.5℃，让使用者在最舒适的空调环境下工作。因此本设计，采用了水源热泵空调系统、风机盘管系统对建筑环境进行调节。首先使用水源热泵充分利用了地热资源，并且对环境没有污染；消除了由于使用空调而产生的室内环境循环被污染的现象。以上两个技术在国内尚处于开始发展阶段，并且发展潜力很大。因此夏天我们采用比较成熟的风机盘管制冷，回收室内风的同时补入新风，并且过滤处理新风，对室内环境同样起到了较好的控制。第2章建筑信息本建筑是郑州市一座2层高的别墅，建筑占地面积为125平方米，室内的房间多为卧室，房间疏散。2.1建筑概述35 本建筑是一座家用别墅，所在地郑州市，房间总面积约260平方米。共二层，主要房间有客厅、二楼小客厅、主卧室、客卧、厨房、卫生间等，层高3.5m，窗高2m、门高2.5m，空调面积为约230平方米。2.2地理位置河南省郑州市东经：34.43北纬：113.39海拔：110.4m年平均温度：14.2℃2.3大气参数2.3.1室外计算参数夏季大气压:1004.50kPa夏季室外计算干球温度:35.6℃夏季空调日平均:30.8℃夏季计算日较差:9.2℃夏季室外湿球温度:27.40℃夏季室外平均风速:3.0m/s2.3.2室内计算参数房间用途：居住用房设计温度：25℃相对湿度：60%人员密度：0.05p/m2室内风速：≤0.25m/s噪声级别：≤40dB空气中含尘量：0.30mg/m³2.4建筑围护结构信息外墙：属Ⅱ型的墙体，厚度为370mm的砖墙，墙外表面为浅赭色喷浆，内表面为厚100mm的泡沫混凝土保温层，木丝板和白灰粉刷加油漆。传热系数为1.5W/(m2·K)。内墙：属Ⅲ型的墙体，墙体中间层为240mm厚的砖墙，内外各为20mm厚的白灰粉刷，墙体总厚度为260mm，传热系数K=1.5W/m2·K。外窗：玻璃为双层标准玻璃朔钢窗,当аn=8.7W/m2·K，аw35 =18.6W/m2·K时,传热系数K=3.5W/m2·K，窗内装浅蓝布帘，遮阳系数Cn=0.6。屋面：属Ⅲ型屋面，传热系数K=0.72W/m2·K。楼板：楼板传热系数K=1.5W/m2·K。照明、设备：照明为暗装荧光灯，散流器设置在顶棚内，荧光灯罩通风孔，功率为25w/m²。设备主要为300w计算机、80w电视机，2000w电磁罩等。　　空调使用时间：假设家里有老人和孩子，空调每天使用10小时，即8：00～18：00。2.5动力资料水源：地下水电源：220/380V第3章空调方式方案选择本建筑是郑州市一座2层高的别墅，建筑占地面积为125平方米，室内的房间多为卧室，房间疏散。因此，本设计采用定风量全空气系统。此系统相对简单，施工方便，维护容易。本设计采用上送侧回式的气流组织形式。35 3.1方案比较（1）直接蒸发机组系统：这种系统将制冷系统的蒸发器直接在室内来吸收余热余湿。这种系统常用分散安装的局部空调机组，制冷机管道不变长距离输送，不宜作为集中式空调系统来使用，另外这种系统对制冷机有一定要求，需要防止渗漏产生的污染，且设备耗电大。（2）中控制空调系统：这种系统是将空气通过空气处理设备（过滤，加热，加湿设备和风机等）处理后，经风管送到各方间。处理过程复杂，耗电量大。空气处理设备集中设置，因此主机房占地面积较大，对于不设有地下室的别墅使用显然不太方便。（3）水源热泵空调系统：以地表水或地下水为冷热源，通过热交换对建筑进行空气调节。该系统利用了地球表面浅层的地热资源，冬季通过热泵将水中的地位热能提高品位，对建筑供暖；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温。水源热泵系统简单，耗电量小。水源热泵系统是一种有效利用低位热能的节能技术。这里就以上三种方案在某些方面进行比较，如下表3-1。3.2方案的选择该建筑设计原则是环保、节能，根据以上比较，选择水源热泵空调系统对建筑进行空气调节。3.2.1空调末端系统方案为了创造较舒适健康的人居环境，夏天则采用传统的风机盘管换热系统，两个系统互相独立，季节性交替使用。下面就末端水系统和风系统分别叙述方案。（1）空调末端水系统表3-1三种方案的优缺点直接蒸发机组系统集中控制空调系统水源热泵空调系统系统简单，各自独立，需独立设计安装系统设计复杂，设计周期长不需要复杂设计，设计周期短制冷剂管需绝热材料保温，增加额外投资系统水管需绝热材料保温，增加额外投资系统水管不需保温，安装简易经济35 各个独立的系统互不干扰，但安装周期大主机房占地面积较大，机房土建投资和机房设备安装投资较大，机心土建投资较大免机房，需提供地下水资源，水泵放置场所，节省了主机占地面积制冷剂储能，成本大同一系统内不能同时满足供暖和制冷的不同要求，季节交替时需一次性转换制冷或供热。当只有部分空调使用时，浪费大量能源水流储能，冷暖采用同一能源，可满足用户不同要求同一系统内，用户可根据需要随意选择制冷或供热，大大节省使用成本费用计量按使用的电量记取费用不易计算，无论用户用否或用多用少，费用一样支付可独立装表计量，用户根据使用空调时间的长短计费维修需专门人员，也需要专门设备，费用高需专门技术人员维护和保养，手续费用较高。机组昂贵，费用高系统简单，只需一般技术人员即可应付自如。维修简易，费用低廉单机人为简单控制，不适合于中央楼宇的使用能进行智能化控制，但主机和末端制点多，系统复杂，工程量大机组均有智能接口，能进行智能化控制。控制简单1）室外水路系统采用潜水泵水井供水，供水跟部分回水混合达到一定的温度后送入热泵，回水部分送回地下回灌井。2）室内部分夏季采用风机盘管，热泵处理后的水送入风机盘管，对混合后的空气进行换热后，返回热泵继续处理，循环水系统设有膨胀水箱。（2）空调末端风系统本设计夏季采用风机盘管系统，本设计采用机械排风装置，在人员集中的卧室、客厅安装排风装置，如主卧、老人房、儿童房等安装排风扇。排风量为新风量的90％，其他10％可以通过门窗渗透补充排风。小面积、新风量少的房间只需设置排风扇排风。由于是别墅型房屋，房间面积都不大，所以，不需要采用排风管道，仅需设置排风扇排风。3.3自动控制系统35 （1）区域温度控制：通过室内温度控制器来控制空调机组供水温度。（2）空调机组控制：通过空调机组面板上的控制器切换制冷、制热工况。空调系统设有远程控制器，可通过电话控制空调系统的启动。3.4环保节能措施室外环境保护与节能措施：1）水源热泵系统采用闭式环路，节约自来水，并且对地下水没有污染。2）水源热泵机组供热制冷COP值高，高效节能。第4章负荷计算以及数据汇总目前国内采用较多的是冷负荷系数法，适用于计算民用和公用建筑物及类似的工业建筑物。4.1负荷计算特点空调冷负荷计算采用冷负荷系数法，适用于计算民用和公用建筑物及类似的工业建筑物空调工程设计冷负荷。35 a）通过维护结构传入室内的热量；b）透过外窗、天窗进入室内的太阳辐射热量；c）人体散热量；d）照明、设备等室内热源的散热量；4.2冷负荷系数法公式维护结构的冷负荷的计算方法有许多种,目前国内采用较多的是冷负荷系数法。对墙体、外窗、屋顶，得热引起的冷负荷逐时进行计算,而对内墙、楼板、地面得热引起的冷负荷及人体散热和设备散热引起的冷负荷均按稳定传热计算。最后把各项冷负荷计算结果逐时累加,求出冷负荷最大值及发生时间。a)墙体、屋顶、外窗，传热得热引起的冷负荷计算：冷负荷=传热系数×传热面积×[(冷负荷逐时计算温度+本地修正值)-室内设计温度]b)外窗辐射得热引起的冷负荷计算公式：冷负荷=窗户面积×日射得热因子的最大值×冷负荷系数×窗户有效面积系数×窗户内遮阳系数×窗玻璃修正系数c)内墙、楼板等内围护结构稳定传热引起的冷负荷计算公式：冷负荷=传热系数×传热面积×(夏季空调室外计算平均温度+邻室计算温差-室内计算温度)舒适性空调房间夏季地面冷负荷一般不计算，对于工艺性空调房间：地面冷负荷=传热系数×有效传热面积×计算温差式中：非保温地面的传热系数一般取0.47W/(m2·℃)；有效传热面积指距外墙2.0m以内的地面面积。计算温差=夏季空调室外计算日平均温度–室内设计温度。d)人体散热引进的冷负荷计算公式：冷负荷=人数×群集系数×成年男子的全热散热量湿负荷=人数×群集系数×成年男子的散湿量e)设备散热冷负荷计算公式：冷负荷=设备功率(W)×1000湿负荷=设备散湿量(kg/h)35 4.3负荷计算4.3.1外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下,外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可由文献[7]查得计算公式：Qc,τ=KF[(tc,τ+td)KαKρ-tn]式中:Qc,τ——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷,W；F——外墙和屋面的面积，㎡；K——外墙和屋面的传热系数，W/(㎡·℃)tn——室内计算温度,℃；td——地区修正系数,℃;ka——不同外表面换热系数修正系数kp——不同外表面的颜色系数修正系数由于αw、αn、ρ都采用北京地区特定条件,则有：Kα=1.0Kρ=1.0由文献[7]查得附录E表E-5，郑州地区南向的地点修正td=0.8℃。由文献[7]查得附录E表E-3可得8—18时的冷负荷计算温度tc,τ值，代入外墙计算式即可计算出修正后的外墙瞬时冷负荷计算温度tˊL,τ和外墙瞬时冷负荷Qc,τ。以一层101房间为例计算结果见下表4-1：F=0.6*3.5*2+4.3*3.5-2.8*2+1.2*3.5*2-0.8*2*2+1.8*3.5-1.2*2+1.2*3.5=26.9㎡表4-1一层101室南外墙冷负荷南外墙时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00tL,τ34.634.233.933.533.232.932.832.933.133.433.9td0.80.80.80.80.80.80.80.80.80.80.835 tL,τˊ35.43534.734.33433.733.633.733.934.234.7tL,τˊ-tn10.4109.79.398.78.68.78.99.29.7Ｋ1.5F(m2)26.95QC,τ(W)420.42404.25392.12375.95363.83351.70347.66351.70359.78371.91392.12同理可计算出其它外墙冷负荷。其它外墙计算方法同上，不做详细表述，结果见下表4-2：表4-2一层101室西、北、东外墙冷负荷西外墙时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00tL,τ37.837.336.836.335.935.335.234.934.834.834.9td1.3tL,τˊ39.138.638.137.637.236.636.536.236.136.136.2tL,τˊ-tn14.113.613.112.612.211.611.511.211.111.111.2Ｋ1.5F(m2)2.1QC,τ(W)44.4242.8441.2739.6938.4336.5436.2335.2834.9734.9735.2835 北外墙时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00tL,τ32.332.131.831.631.431.331.231.231.331.431.6td2.1tL,τˊ34.434.233.933.733.533.433.333.333.433.533.7tL,τˊ-tn9.49.28.98.78.58.48.38.38.48.58.7Ｋ1.5F(m2)4.75QC,τ(W)66.9865.5563.4161.9960.5659.8559.1459.1459.8560.5661.99东外墙时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00tL,τ3635.535.2353535.235.636.136.637.137.5td1.3tL,τˊ37.336.836.536.336.336.536.937.437.938.438.8tL,τˊ-tn12.311.811.511.311.311.511.912.412.913.413.8Ｋ1.5F(m2)25.2QC,τ35 (W)464.94446.04434.70427.14427.14434.70449.82468.72487.62506.52521.644.3.2内墙,楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,由文献[7]查得传热公式计算：Qc,τ=F·K·(tls-tn)W式中：F——内维护结构的传热面积，m²；K——内维护结构的传热系数，W/(m²·k)；tn——夏季空调房间室内设计温度,℃；tls——相邻非空调房间的平均计算温度,℃。t"ls按下式计算t"ls=t+tls℃式中：t——夏季空调房间室外计算日平均温度,℃；tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的差值,当相邻散热量很少(如走廊)时,tls取3℃,当相邻散热量在23～116W/m2时,tls取5℃所以内墙及楼板冷负荷计算：内墙及楼板冷负荷的计算公式为：Q=KF（tls－tn)其中：tls=twp+△tlstls——相邻非空调房间的平均计算温度；twp——夏季空调室外计算日平均温度；△tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值。由文献[7]查得表3—13查得△tls=5℃　一楼101内墙的面积为：F=5.5×3.5㎡=19.25㎡则：Q=19.25×1.5×（33.8-25）W=254.1W　其他房间围护结构负荷计算由于计算量较大,仅在最后统计时给出计算结果。4.3.3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷由文献[7]查得35 下式计算：Qc,τ=F·K·(tl–tn)W式中：F——外玻璃窗面积,m²；K——玻璃的传热系数,W/(m²·k)；tl——玻璃窗的冷负荷温度逐时值,℃；tn——室内设计温度,℃。不同地点对t1按下式修正：tl’=tl+td式中：td——地区修正系数,℃所以外窗传热温差引起的冷负荷：玻璃窗由温差引起的冷负荷计算公为：Qc,τ=KF(tˊc,τ-tn)其中：tˊc,τ=(tc,τ+td)Kα由朔钢窗的传热系数为3.5W/（m2·℃），由文献[7]查得表3—8查得双层塑钢窗框的传热系数修正值为1.0，则有：K=3.5W/（m2·℃）由文献[7]查得表3—6查得，αw=18.6W/（m2·℃）时，外表面传热系数修正值Kα=1.0。由文献[7]查得附录E表E—8查得郑州地区玻璃窗冷负荷的地点修正td=2℃。由文献[7]查得表3—7可得8—18时玻璃窗的逐时冷负荷计算温度tˊc,τ和传热得热引起的冷负荷Qcˊ,τ,计算结果见下表4-3：表4-3南外窗传热温差引起的冷负荷南外窗时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00tL,τ26.927.92929.930.831.531.932.232.23231.6td2tL,τˊ28.929.93131.932.833.533.934.234.23433.6tL,τ3.94.966.97.88.58.99.29.298.635 ˊ-tnＫ3.5F11.2QC,τ(W)152.88192.08235.20270.48305.76333.20348.88360.64360.64352.80337.124.3.4透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷由文献[7]查得下式计算：Qc,τ=F·CZ·Dj.max·CLQW式中：F——玻璃窗的净面积,是窗口面积乘以有效面积系数Ca，本设计双层钢窗Ca=0.75；CZ——玻璃窗的综合遮挡系数CZ=Cs·Cn；其中，Cs——玻璃窗的遮挡系数,6mm厚吸热玻璃Cs=0.87；Cn——窗内遮阳设施的遮阳系数,中间色活动百叶帘Cn=0.6；Dj.max——日射得热因数的最大值,W/m²CLQ——冷负荷系数所以南外窗日射得热引起的冷负荷：玻璃窗由日射得热引起的冷负荷计算公式为：Qf,τ=FCSCnDj,maxCL其中：Qf.Τ——透过玻璃窗的日射得热引起的逐时冷负荷（W）；Dj,max——不同纬度带各朝向七月份日射得热因素的最大值；CS——窗玻璃的遮阳系数；CL——冷负荷系数。以北纬27030´为界，分为北区和南区；Cn——窗内遮阳系数。采用6㎜厚的玻璃，由文献[7]查表3—8中查得双层钢窗的面积系数为Ca=0.75。由文献[7]查得表3—11查得玻璃窗的遮阳系数Cn=0.6。35 由郑州地区纬度34043ˊ，由文献[7]查得表3—7得各方向日射得热因素最大值Dj,max由于属于北区，则可由文献[7]查得附录E表E—12查取北区有内遮阳的玻璃窗逐时冷负荷系数CL，代入公式计算出Qf，τ结果见下表4-4：表4-4南外窗日射得热引起的热负荷南外窗时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00CL0.210.280.390.490.540.650.60.420.360.320.27F8.40CS0.78Cn0.6Dj,max251Qf,τ(W)207.21276.28384.83483.50532.83641.38592.04414.43355.22315.75266.424.3.5设备散热形成的冷负荷（1）电动设备当工艺设备及其电动机都放在室内时：Q＝1000·n1·n2·n3·N/ηW当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：Q＝1000·n1·n2·n3·NW当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时：Q＝1000·n1·n2·n3·NW式中：N——电动设备的安装功率，kW；η——电动机效率，可由产品样本查得；n1——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9可用以反映安装功率的利用程度；35 n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比；n3——同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.5～0.8。（2）电热设备散热量对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：Q＝1000·n1·n2·n3·n4·NW式中：n4——考虑排风带走热量的系数，一般取0.5；其他符号意义同前。（3）电子设备散热量Q＝1000·n1·n2·n3·N其中系数n2的值根据使用情况而定，本设计对计算机n2取1.0。所以设备散热的热量：Q＝1000·n1·n2·n3·N其中系数n3的值根据使用情况而定，本设计对计算机n2取1.0。n1——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.7～0.9可用以反映安装功率的利用程度；n2——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比；Q＝1000×0.08×0.6×0.8=38.4W4.3.6照明散热形成的冷负荷根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式由文献[7]查得分别为：白炽灯：LQ=1000·N·CLQW荧光灯：LQ=1000·n1·n2·N·CLQW式中：LQ——灯具散热形成的冷负荷，W；N——照明灯具所需功率，kW；n1——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n1＝1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n1＝1.0；本设计取n1＝1.0；n2——灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热与顶棚内时，取n235 ＝0.5～0.8；而荧光灯罩无通风孔时,取n2＝0.6～0.8；本设计取n2＝0.6；CLQ——照明散热冷负荷系数。a.荧光灯引起的得热热量计算101房间荧光灯的总功率为：F=（1.5+4.6）×（4.3+3.6）+0.5×3.6+2×0.6=53.9WP=25W/㎡×53.9=1347.5荧光灯采用明装时n1=1.2,无通风孔时n2=0.6则有：Q=n1·n2·P=1347.5×1.2×0.6=907.2Wb.照明得热引起的逐时冷负荷　照明得热引起的逐时冷负荷的计算公式为：Qτ=Q·CL由文献[7]查得附录F表F—1查得照明冷负荷系数CL，代入公式计算出Qτ。结果见下表4-5：表4-5一层101照明引起的冷负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00CL0.630.90.910.930.930.940.950.950.950.950.96Q970.20Qτ(W)611.2873.2882.9902.3902.3912.0921.7921.7921.7921.7931.44.3.7人体散热形成的冷负荷人体散热引起的冷负荷计算式为：Q＝qs·n·n’·CLQ+ql·n·n’W式中：Q——人体散热形成的冷负荷，W；qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，Wn——室内全部人数；n’——群集系数，办公楼群集系数为0.93；CLQ——人体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数所以人体散热引起的冷负荷：人体散热引起的冷负荷的计算公式为：35 Qτ=QS·CL+Qr其中：QS=n1n2qs　Qr=n1n2qrQS——人体或设备显热散热量；Qr——人体或设备的潜热散热量；n1——室内人数；n2——群集系数。别墅属于极轻劳动，由文献[7]查得表3—14，当室温为25℃时，成年男子散发的显热和潜热分别为：qs=65W/人qr=69W/人由文献[7]查得表3—15取群集系数n2=0.93,且已知共有5人，则有：QS=5×0.93×65=302.25Qr=5×0.93×69=320.85由文献[7]查得附录F表F—2可得人体散热冷负荷系数CL的逐时值，将各项值代入人体散热逐时冷负荷计算公式计算出Qτ,计算结果见下表4-6。4.3.8门引起的冷负荷门安装在大厅与临室之间，两个房间内通过逐时冷负荷变化不大，Q=KF（tls－tn)K=3.5W/（㎡℃）F=1.5×2.5=3.75㎡夏季空调节日平均温度为30.8℃tls=twp+△tls=33.8℃Q=KF（tls－tn)=115.5W表4-6一层101人体散热引起的热负荷时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00CL0.060.530.620.690.740.770.80.830.850.870.89QS302.25Qr320.85Qτ(W)339.0481.0508.2529.4544.5553.6562.7571.7577.8583.8589.935 4.3.9人体散湿负荷散湿源为5名人，散湿量的计算公式，W=n1n2g选取n2=0.93，n1=5，单位人员散湿量g=102g/h。所以W=0.93×5×102=0.132g/s一层101房间8--18时的总负荷量见下表4-7：表4-7一层101房间8--18时的总负荷量时间8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00外墙(W)996.8958.7931.5904.8890.0882.8892.8914.8942.2974.01011.0外窗传热(W)152.88192.08235.2270.48305.76333.2348.88360.64360.64352.8337.12外窗日射(W)207.21276.28384.83483.50532.83641.38592.04414.43355.22315.75266.42内墙(W)254.1门(W)115.5照明(W)611.23873.18882.88902.29902.29911.99921.69921.69921.69921.69931.3935 人体(W)338.99481.04508.25529.40544.52553.58562.65571.72577.76583.81589.85设备(W)38.4房间负荷2715.05W3189.27W3350.65W3498.44W3583.35W3730.93W3726.10W3591.31W3565.53W3556.01W3543.81W由于计算量大，其他负荷计算略，如下表4-8：表4-8房间最大负荷及时间房间号101102103201202203204时间13:0017:0018:0018:0018:0017:0018:00最大负荷3730.93W2953.59W1688.13W1713.5W2747.4W1839.9W2870.2W房间的最大总负荷是16.5kW第5章设备的计算与选用，机组及其配件的选择由于最大负荷出现在18时，因此以18时为依据，计算各房间负荷，选择各房间的风机盘管和制冷机组。5.1风机盘管及制冷机组的选型35 风机盘管有送风机、盘管、外壳组成,作为中央空调的末端设备，可广泛应用于宾馆、公寓、别墅等场所。根据各个房间的冷负荷本设计选用FP系列挂壁式风机盘管，它具有国内一流生产水平，表冷器采用高纯度无缝铜管，优质铝箔散热片。使用水侧与空气热交换均匀，风机采用双进风、多叶、大轮径前倾式离心风机。具有风量大、耗电少、躁声低、水阻低、结构紧凑，运行平稳等优点。例如一层101房间已知：房间冷负荷3730.93W，湿负荷0.132g/s，室内设计温度，室内相对湿度60%，新风量10m3/(h.人），室外计算温度30.8℃，相对湿度。a、室内热湿比：图5-1夏季空气处理b、在图上确定送风状态点O，通过N画出的过程线与相交，即得送风点O，则送风温度，送风湿差，则得到，，，。c、总风量：d、风机盘管风量：e、35 查图得：显冷量：全冷量：=3.52kW其他房间冷量不再详细计算，所以所选与各个房间冷量相对应的风机盘管及功能所需设备由文献[5]查如下表5-1及表5-2：表5-1房间最大负荷及时间房间号101102103201202203204时间13:0017:0018:0018:0018:0017:0018:00最大负荷(W)3730.932953.591688.131713.52747.41839.92870.25.2水源热泵机组的特点水源热泵机组可以采用多种形式的冷热源，可以是土壤、地下水、工业废水、喝水及海水，其温度意念四季基本不受外界气候的影响，系统运行稳定，能效比可达5-6。（1）此种机组品种多样、功能齐全，有冷热风机组、冷热水机组、还冷热及带生活热水型的三位一体的多功能机组。本设计采用冷水机组。（2）本设计的机组采用进口低噪音、高效能压缩机，陪以进口四通换向阀，膨胀阀等系统附件。采用微电脑控制，无需专业管理人员，使机组更加能够经济实用安全可靠运行。（3）冷水机组安装布置灵活，占地面积小，外形美观大方。（4）微电脑自动控制，故障自动诊断，多重故障保护。本设计采用WRB系列冷水机组：它采用进口全封闭涡旋式压缩机，使用侧为冷热水形式，机组采用铝合金外框，结构紧凑，外型美观，它主要应用于50-1500m²的家庭及小型宾馆等场所。表5-2风机盘管型号房间101房间102房间103房间201房间202房间203房间204房间35 型号FP-8FP-6.3FP-3.5FP-3.5FP-6.3FP-5FP-6.3风量(M³/h)高800630350350630500630中680540300300540420540低560450240240450360450制冷量(W)高4500350020002000350028003500中4000320018001800320025003200低3500270016001600270022002700躁声Db(A)38363232363536输入功率(W)高65403030403340中55332424332833低42272222272527供水量(Kg/h)800650350350650500650水阻力(mH2O)1.30.871.11.10.870.590.87进、出水管径25DN、35DN冷凝水排出接口Ф20朔料软管备注1、整机工作压力为1MPa2、冷工况为干球温度27℃湿球温度19.5℃进水温度7℃温差为5℃由以上表可知各个房间的风机盘管的名义制冷量总和为21.8kW。有风机盘管的总制冷量可以选水源热泵机组。5.3冷水机组选型本设计冷水机组选型由文献[5]查如下表5-3：表5-3冷水机组型号型号WRB25使用侧型式全不锈钢板式换热器制冷量23.3kW水流量4t/h制热量27.1kW水压降<4035 输入功率（制冷/制热）4.1/6.4管径35DN电源3N-50HZ-380V热源侧型式全不锈钢板式换热器制冷剂（R22）7.6Kg水流量2.2t/h外型尺寸长*宽*高840*670*1370水压降<40管径35DN循环水泵型号德国威乐机组重量250Kg扬程25mH2O功率0.85kW备注使用侧：进/出水温度12℃/7℃热源侧：进/出水温度18℃/29℃5.4机组的安装(1)安装位置：机组的四周及上部应有足够的空间便于维修及安装，机组必须安在室内，位置应安在远离有静音要求的场所，有考虑到水管与电线的连接，应通风良好，明亮的地方，本设计安装在院内单独设一房间，靠近别墅。(2)管路连接：机组与水源、用户、水泵、水过滤器等附属设备的连接，应注意以下几点：机组的配管与阀配件应安国家规范操作，系统管路重量不由机组承担。弯头、阀门等均使系统阻力增大，应力求简单，安在调节处，进出水管路应配一段软接，以减少震动与噪音。水管路最高处设排气阀，最低处设排水阀，便于排污。(3)电气部分：主电源是3N--50HZ--380V，WRB25选择线径为6mm25.5水井负荷Q=16.5kW水的比热容，取热泵进口进出水温差则水流量　G=Q/(C△t)=16.5/(4.19x5)=0.78x10-3m3/s35 =2.8m3/h设计两眼结构完全相同的水井，一眼井作为抽水井，一眼井作为回灌井，有利于地下水的回灌和延长水井的使用寿命，水井的基本参数如下：水井直径800——1000mm，深50m，提供8~10℃的地下水，水量约为3m3/h。5.6潜水泵在井中设置1台潜水泵，由文献[1]查得潜水泵的具体参数为：选择1台型号为QDX－12J的潜水泵，流量10m3/h，扬程12m，功率0.4kW，220V/50Hz，电流为3.9A，泵重19kg。5.7自动排气阀由文献[1]查得选用ZP－I型，接管规格采用DN15。使用范围：I型<110 ℃；P≤700kPa。外形尺寸：L×B×H（mm）=158×90×125。5.8膨胀水箱膨胀水量的容积是由系统中水容量和最大水温变化幅度决定的，可用下式确定：（m3）式中：—膨胀水箱的有效容积；—水的体积膨胀系数，；—最大的水温变化值，℃；—系统内的水容量，m3。则：由文献[1]查得选用方形膨胀水箱：公称容积0.5m3，有效容积0.61m3，外形尺寸长×宽×高（mm）：900×900×900。水箱配管公称直径DN：溢流管DN40，排水管DN32，膨胀管DN25，信号管DN20，循环管DN20。水箱自重156.3kg5.9水管设计空调立管的选择：水流量G=3950m3/h水管流速一般1.25～2.5m/s，取则立管断面：A=G/V=1.1x10-3/1.3m/s=0.84x10-3m2/s又，所以d=0.032m所以空调立管管径为DN35因为风机盘管配管进出水管25DN、35DN，所以水管管径选取25DN、35DN空调支管水管管径均为25DN、35DN35 由于是家庭别墅小型中央空调，水管管路布置较简单，沿程阻力及局部阻力不大，这里不做详细计算。第6章管道保温与系统消声，减震设计以下主要就地源热泵水冷机组及其系统水管谈谈保温、防振和消声设计方法。6.1冷冻管保温保温层厚度的选取方法：（1）室内管道：35 当钢管管径d≥φ15.88mm,保温层厚度δ=20mm；（2）室外管道：根据当地气象参数，保温层厚度适当增加5—10mm，保温材料应选用防晒、防风化、不龟裂的材料。否则，室外管道应该采用金属保护壳进行保护，以防止外力或人为的破坏。6.2系统消声躁声是各种不同频率和声强的声音无规律发组合在一起。广义而言，凡是对工作不需要的有防碍的或使人烦恼、讨厌的声音都称为躁声。空调工程中的躁声源主要是通风机、制冷机、水泵等。本设计采用消声静压箱，及在风机出口处设静压箱并贴吸声材料，即可起到稳定气流，又可以起到消声器的作用。6.3系统隔震空调系统中的风机、水泵、制冷压缩机等设备运转时，会由于转动部件的质量中心偏离轴中心而产生振动。该振动传给支撑结构（基础和楼板），并以弹性波的形式沿房屋结构传到其他房间，又以噪声的形式出现，这种噪声称为固体声。当振动影响某些工作的正常进行或危及建筑物的安全时，需采取隔振措施。为了减少振源（设备）传给支撑结构的振动需消除它们之间的刚性连接，即在振源与支撑结构之间安装弹性构件，如弹簧、橡胶、软木等。本设计的冷水机组直接设隔振台座，采用“平板型”。风机盘管采用橡胶隔振吊构。机房内水管采用橡胶隔振吊构。第7章自动控制简介35 自动控制系统可以减少人员的劳动强度，并且能够自动检测压力、温度等参数，并对异常情况作出判断和排除，保证系统的正常安全工作，使安全系数大为提高。另外空调采暖系统是按照最大负荷的情况来设计的，但实际运行时，一天的负荷变化量很大，因此不必要也不应该一直使所有设备处于满载工作的状态。自动控制系统可以在满足用户要求的情况下，根据负荷变化，自动调节风机、水泵、阀门等的工作情况，使能耗降低，运行费用减少。7.1冷热源部分根据季节工况通过热泵冷水机组面板上的控制器切换夏天制冷、冬天制热工况。空调系统设有远程控制器，可通过电话控制空调系统的启动。热泵进水部分，通过温度感应器控制混水泵的混水量，以达到热泵进水所需要的温度。7.2末端系统部分夏季风机盘管根据室温调节盘管进出水量，并由用户手动控制风机三档变速。风机与电磁风阀联动启闭。第8章结论本次设计采用了水源热泵空调和风机盘管制冷系统。水源热泵空调利用地下水的低位热能带走环境的热量，这样与传统的空调制冷系统相比较，水源热泵可以很好的保护环境，并且有效利用自然资源，夏天供冷，冬天供暖，是空调制冷行业的研究和发展方向。35 风机盘管制冷在国内已经到了很成熟的地步，因此，在夏季采用此技术，对室内环境同样起到了很好的控制作用，改变室内的温度环境，产生比较舒适的居住环境。室内的空气不会因为使用空调而受到污染。通过本次设计，我们对空调的概念有了更深层的认识。空调不只是提供舒适的温度环境，而是提供健康的，舒适的环境，并且要对环境没有破坏，这样的技术才是符合社会发展的技术，才能有发展的空间。致谢经过三个多月的努力，终于完成了毕业设计。在本次设计过程中，参阅并引用了大量的有关科技文献和技术资料，在此向所引用的参考文献的作者致意；在毕业设计的整个过程中我学到了很多东西；李好学老师给予了设计指导，并提供了大量的帮助，因为李35 老师教务繁忙，但他仍然抽出很多时间来为我们解答疑惑，曾经多次在非上班时间帮住我们解答疑难问题。所以在此表示衷心的感谢。借此机会，我还要感谢本专业的所有老师，尤其是王宏老师，李好学老师，张敏老师、和李建雄老师。感谢他们在大学三年时间里给我们的悉心教导和帮助。使我从刚进入大学校门的懵懂小伙逐渐成找为能够有能力有信心跨向社会的人!也使我对未来充满信心。感谢我的同学，感谢他们在毕设过程中给我的帮助和关心。由于参阅并引用了大量的有关科技文献和技术资料，所以疏漏错误之处还请各位老师指出并教导，感激不尽！最后，再次感谢老师们的悉心指导和同学们的热情帮助！参考文献[1]电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.32--43[2]中央空调常用数据速查手册,何青,机械工业出版社,2005.17--2135 [3]朱蓓丽.环境工程概论[M].北京:科学出版社,2003.21--36[4]徐伟,郎四维.地源热泵技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.43--62[5]http://www.co.163.com/——土木在线[6]寿炜炜.姚国琦主编.《户式中央空调系统设计与工程实例》.机械工业出版社,2004.26--33[7]徐勇主编.《通风与空气调节工程》[M].机械工业出版社,2007.65--75附录1.机组配置图2.系统平面图35'