前言
我国每年大约有20亿平方米的建筑总量，接近全球年建筑总量的一半，建筑能耗约占全国社会终端总能耗的27.6％，因此建筑节能势在必行。
可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。
地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一，同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式，近年来在国内得到了日益广泛的应用。
在大型商业建筑和公用建筑中,合理空调方案的确定是个至关重要的问题。
按负担室内空调负荷所用介质分类，空调系统可分为全空气系统、全水系统、空气-水系统和冷剂系统。
每种空调系统都有各自的适用性，对于建筑空间大，易于布置风道且对室内温、湿度洁净度控制要求严格的场合，适合用全空气系统。
全水系统适合用于建筑空间小，不易于布置风道的场合。
空气-水系统适用于室内温、湿度控制要求一般且层高较低，冷、湿负荷也较小的场合。
对于空调房间布置分散，要求灵活控制空调使用时间且无法设置集中式冷、热源的场合适合用冷剂系统。
通过毕业设计消化和巩固大学四年学习的本专业全部理论知识和实际知识，并将它应用到工程实践中去解决工程的实际问题，熟悉有关的技术法规内容，培养施工设计的思维能力和制图技巧及对工程技术的认真态度。
第1章概述
1.1建筑概况
1.1.1设计地点
山东省青岛市。
1.1.2建筑物土建资料
见土建资料图纸。
1.1.3 建筑物使用功能
本次设计为商住两用建筑，一到五号楼。
本次设计不考虑住宅部分。
总占地面积约为8000㎡，空调面积为约18807㎡。
楼底部作沿街店铺，小区配套服务设施，及设备用房。
台湛路一层二层做商场，延安三路一层二层作沿街商铺。
工程地下室作为地下车库。
1.1.4 建筑物的周围环境
本设计建筑物位于青岛市市北区，延安三路与台湛路交界处。
1.1.5 建筑物所在地区土质资料
根据勘探井的资料得知设计地点土质为粉质粘土，轻微潮湿，土壤导热系数为1.8 W/(m.K)左右，且地下八十米以上是非岩层地带，土壤导热情况良好，适合于作为热泵系统的冷热源。
1.2土壤源热泵
1.2.1 热泵系统的特点
a. 热泵空调系统是利用低位再生能的热泵技术，其特点如下：
（1）用能遵循了能量的循环利用原则，避免了常规空调系统用能的单向性。
所谓用能的单向性是指“热源消耗高位能（电、燃气、油与煤等）——向建筑物内提供低温的热量——向环境排放废物（废热、废气、废渣等）”的单向性用能
模式。
它是一种仿效自然生态过程物质循环模式的部分热量循环使用的用能模式，实现热能的级别提升。
（2）合理利用高位能的模范。
热利用高位能作为驱动能源，推动动力机（如电机、燃气机、燃油机等），然后再由动力机驱动工作机（如制冷机）运行。
工作机像泵一样，把低位热能输送至高位以向用户供暖实现了科学配置能源。
（3）用大量的低温再生能源替代常规空调中的高位能。
通过热泵技术，将贮存在土壤、地下水、地表水或空气中的自然低品位能源，以及生产和生活中排放的废热，用于建筑物的采暖和热水供应。
（4）暖通空调供热一般来说都是低位热源，如风机盘管只需要50—60℃热水，地板辐射采暖一般要求提供的热水温度低于50℃，这为使用热泵创造了提高性能系数的条件。
也就是说，在暖通空调工程中采用热泵有利于提高它的制热性能系数
b. 实际工程中较常见的有空气源热泵和地源热泵，地源热泵又包括地下水源热泵，地表水热泵，土壤源热泵。
（1）空气源热泵
系统简单，初投资较低。
但是不够稳定，其效率容易受室外气象参数的影响，在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率较低，而这时候热负荷和冷负荷的需求都比较大。
但是在供热季节，如果室外气温过低，空气源热泵的供热能力衰减大，并且有的蒸发器结霜之虞，需要进行定期除霜，增加系统运行能耗。
（4）地源热泵
①. 地下水源热泵
此种系统采用地下水，会对地下生态造成一定的影响。
②. 地表水热泵
由提供的设计原始资料，未发现该建筑周围由大量的地表水资源。
③.土壤源热泵
根据本建筑所处地理位置，离江河湖泊较远，同时考虑到对地下生态环境的影响，采用地埋管热泵系统。
因每年传给土壤的冷热量不同，夏季采用冷却塔辅助散热，维持地下的热平衡。
地源热泵的地下换热器所处的位置是在地壳中的浅层地表土壤中土壤的类型、热特性、热传导性、密度、湿度等对地源热泵系统的
性能影响较大。
根据地质钻探可知济南地区浅层土是以粘土、亚粘土及粉砂为主的软土，属于第四世纪沉积层，且土壤潮湿，地下水位高，是埋管系统较适合的土壤类型。
由于本次设计中建筑物分布较密集，所留空间不适宜做水平埋管，因此本次设计选用垂直埋管系统形式。
在2011年聊城举办的《山东省暖通空调制冷学术年会》上，中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院徐伟院长，做的《中国地源热泵应用适宜性评价》学术报告中指出，青岛是适宜采用土壤源热泵的地区。
该学术报告，从岩土体资源性条件和土壤源系统系条件两方面，有针对性的做了土壤源热泵适宜性研究分析，该分析具体从土壤平均温度、节能性、经济型、环保性、平衡性，包括系统能效比，投资回收期，标煤替代量，吸排热量不平衡率等方面，综合分析比较后，给出了中国土壤热泵适宜性分区图，济南处于采用土壤源热泵系统的适宜性分区范围内。
该分区图如下所示：
图1-1 中国土壤源热泵系统适宜性分区图
因此，本设计空调系统的冷热源采用土壤源热泵。
1.3 空调系统
1.3.1常用空调系统的比较【1】
在大型商业建筑和公用建筑中,合理空调方案是个至关重要的问题。
按负担室内空调负荷所用介质分类，空调系统可分为全空气系统、全水系统、空气-水系统和冷剂系统。
其各自的特点如下：
a.全空气系统工作原理及特点
用于消除室内显热冷负荷与潜热冷负荷的全空气系统。
该系统中空气必须经冷却和去湿处理后送入室内。
至于房间的采暖可以用这同一套系统来实现，即在系统内增设空气加热和加湿（也可以不加湿）设备；也可以用另外采暖系统来实现。
集中式全空气空调系统是用得最多的一种系统形式，尤其是空气参数控制要求严格的工艺性空调大多采用这种系统。
图1-2 系统原理和构成
图1-3 组合式空调处理机
组合式空调处理机构成：混合段、表冷段、加热段、风机段、过滤段、加湿段中间段等。
全空气系统中央空调在北美地区应用广泛，在加拿大、美国别墅及娱乐场所基本都是采用这种系统来制冷供暖。
全空气系统中央空调是真正意义上的四度空调: 除了解决基本的冷暖、对室内空气的新鲜度、洁净度、湿度都可以自由调节。
温度:可通过系统的温控器来自由调节室内理想舒适的温度。
空气新鲜度:系统可把室外的新鲜空气过滤处理后进行室内空气更换,让室内环境更加清新，春秋两季可单独开启换气新风而不开空调，因此节能。
空气湿度:中央加湿系统与空气系统有机地结合。
利用中央加湿器调节室内湿度，从此不会再因空气干燥而出现静电、皮肤干燥等状况。
空气洁净度:空气净化系统可除去花粉、烟气、灰尘等细小杂质,让室内更加洁净健康和舒适。
但是全空气系统也有一些不可避免的缺点，由于风道尺寸大，所占空间较大，因此空调机房较大，难以设置；送风动力大，与空气一水方式比较耗电多。
b.空气-水系统工作原理及特点
空气-水系统工作原理：冷、热源由空调机房提供，房间内设置风机盘管，承担冷、热负荷，新风系统向房间内补充新风，承担新风负荷。
本次设计采用风机盘管+新风的方案。
下图是本次设计采用的典型的风机盘管和空气处理机-全热交换器。
图1-4 卧室暗装风机盘管
风机盘管加新风系统具有诸多优点，根据房间的使用状况确定风机盘管的启停,具有个别控制的优越性，控制灵活，可灵活地调节各房间的温度; 容易实现系统分区控制，冷热负荷能够按房间朝向，使用目的，使用时间等把系统分割为若干区域系统，实施分区控制；风机盘管机组体型小，占地小，布置和安装方便，甚至适合于旧有建筑的改造。
风机盘管加新风系统也具有如下的缺点：室内空气品质比较差，很难进行二级过滤且易发生凝结水渗顶事故，因机组分散设置，台数较多，维修管理工作量大。
c.冷剂系统工作原理及特点
VRV 空调系统是在电力空调系统中，通过控制压缩机的制冷剂循环和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂
空调系统。
其工作原理是：由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数，根据系统运行优化准则和人体舒适性准则，通过变频等手段调节压缩机输气量，并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件，保证室内环境的舒适性，并使空调系统稳定工作在最佳工作状态。
下图是该系统的工作原理图:
图1-5 VRV系统工作原理图
VRV系统由室外机、室内机和冷媒配管三部分组成。
一台室外机通过冷媒配管连接到多台室内机，根据室内机电脑板反馈的信号，控制其向内机输送的制冷剂流量和状态，从而实现不同空间的冷热输出要求。
VRV系统具有节能、舒适、运转平稳等诸多优点，而且各房间可独立调节，能满足不同房间不同空调负荷的需求。
但该系统对管材材质、制造工艺、现场焊接等方面要求非常高，且其初投资比较高。
其控制系统由厂家进行集成，因此无需进行后期开发，多数厂家更在其产品基础上推出了多种功能齐全的智能控制系统，如大金的i-Manager系统，用于大型楼宇的集中管理，相对传统中央空调，其集控的设计、施工、使用更加便利，功能也更人性化。
但是它也有一些缺点：设备初投资高；低温条件下、制热性能下降
1.3.2本项目空调系统设计方案
通过对几种空调系统形式的比较分析，结合本项目建筑物特点，功能及房间温湿度洁净度及舒适度等要求最终确定本项目采用全空气系统及风机盘管加独立新风综合调节的系统形式。
对于沿台湛路一层二层的商场为大空间，选用全空气系统。
对于店铺及商铺及社区服务用房由于房间分布密集，面积较小选用风机盘管加独立新风系统。
第2章空调系统负荷计算
2.1室内外空气的空调设计参数
2.1.1 青岛地区室外气象参数
由《采暖通风与空气调节设计规范》【2】GB50019-2003查得：
表2-1青岛市冬夏季室外设计参数
2.1.2 室内控制参数参数
《公共建筑节能设计标准》【3】（GB 50189-2005）的相关规定，室内设计参数如
下所示。
表2-2 室内控制参数汇表
2.1.3 围护结构性能参数
从建筑图纸可看出，此建筑外围护结构部分朝向为玻璃幕墙结构，除了外窗以外其他外围护结构为普通外墙。
其窗墙比设为0.28；体形系数为0.125，根据《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）【3】，外墙设为砖墙18-240-11，传热系数K=0.58w/m^2,外窗设为0mm双层空气层隔热玻璃，传热系数K=2.23w/m^2,玻璃幕墙传热系数同外窗，内围护结构均设为240砖墙。
卫生间、楼梯、库房、储藏室及设备机房不进行空气调节，卫生间仅考虑排
风。
2.2 冷负荷计算
本设计负荷计算所采用的负荷计算软件是鸿业负荷计算软件，此软件采用的空调负荷计算方法是谐波反应法。
2.2.1 围护结构的冷负荷【3】
a. 外墙和屋顶传热冷负荷计算公式
外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷Qτ(W)，按下式计算：
Qτ=K·F·Δtτ-ξ（2-1）
式中K—传热系数；
F—计算面积，㎡；
τ—计算时刻，小时；
τ-ξ—温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻，小时；
Δtτ-ξ—作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，℃。
注：例如对于延迟时间为5小时的外墙,在确定16点房间的传热冷负荷时,应取计算时刻τ=16,时间延迟为ξ=5,作用时刻为τ-ξ=16-5=11。
这是因为计算16点钟外墙内表面由于温度波动形成的房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表面温度波动产生的结果。
当外墙或屋顶的衰减系数β<0.2时，可用日平均冷负荷Qpj代替各计算时刻的冷负荷 Qτ：
Qpj=K·F·tpj
（2-2）
式中Δtpj—负荷温差的日平均值，℃。
b. 外窗的温差传热冷负荷
通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷Qτ按下式计算：
Qτ=K·F·Δtτ
（2-3）
式中Δtτ—计算时刻下的负荷温差，℃；
K—传热系数。
(外窗空气层为14mm的热防护玻璃窗，传热系数为1.303
W/㎡·K)
c. 外窗太阳辐射冷负荷
透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷Qτ，应根据不同情况分别按下列
各式计算：
本设计外窗只有内遮阳设施（内有浅蓝色布窗帘Cn=0.6）
Qτ=F·Cs·Ca·Cn·Jwτ
（2-4）
式中 Jwτ—计算时刻下太阳总辐射负荷强度,W/㎡。
a.内围护结构的传热冷负荷
通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷，按下式
计算：
Q=K·F·(twp+Δtls-tn)
（2-5）
式中 Q—稳态冷负荷，下同，W；
twp—夏季空气调节室外计算日平均温度，℃；
K-传热系数（内墙采用砖墙003003 K=2.38）
tn—夏季空气调节室内计算温度，℃；
Δtls—邻室温升，可根据邻室散热强度采用，℃。
2.2.2 人体散热形成的冷负荷
人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Q，按下式计算：
Qτ=n·q1·Cclr·Cr （2-6）
式中 Cr—群体系数
n—计算时刻空调房间内的总人数；
q1—一名成年男子小时显热散热量，W；
Cclr—人体显热散热冷负荷系数。
2.2.3 灯光照明形成的冷负荷
照明设备散热形成的计算时刻冷负荷Q τ，应根据灯具的种类和安装情况分别按下列各式计算。
镇流器装在空调房间内的荧光灯可按下式计算：
Q=1200·n1·N ·X τ-T （2-7） 式中 N —照明设备的安装功率，kW ； n1—同时使用系数，一般为0.5-0.8； T —开灯时刻，点钟；
τ-T —从开灯时刻算起到计算时刻的时间，h ； X τ-T —τ-T 时间照明散热的冷负荷系数。
2.2.4 设备散热形成的冷负荷 按照软件中设定的值取。
2.2.5 总冷负荷
建筑物总冷负荷即为围护结构，人体，设备，照明各部分所形成的冷负荷之和
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (2-7)
式中 Q1—围护结构的冷负荷
Q2—人体散热形成的冷负荷 Q3—灯光照明形成的冷负荷 Q4—设备散热形成的冷负荷
2.3 热负荷计算
空调房间维持正压，因此冬季热负荷不考虑冷风渗透、冷风侵入，而且照明、人体、设备散热作为安全条件，不加以计算。
在工程设计中，围护结构的基本耗热量是按一维稳态传热过程进行计算的，即假设在计算时间内，室内、外空气温度和其他传热过程参数都不随时间变化。
实际上，室内散热设备散热不稳定，室外空气温度随季节和昼夜变化不断波动，这是一个不稳定传热过程。
但不稳定传热过程传热计算复杂，所以对室内温度容许有一定温度波动幅度的一般建筑物来说，采用稳态传热计算可以简化计算方法并能基本满足要求。
围护结构基本耗热量，可按下式计算：
'q =α)('w n t t KF - W （2-8）
式中 K—围护结构的传热系数，W/㎡.℃
F—围护结构的传热面积，㎡；
tn—冬季室内计算温度，℃；
tw’—供暖室外计算温度，℃；
α—围护结构的温差修正系数。
整个建筑物或房间的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量'q的和。
2.4 湿负荷计算
2.4.1渗透空气带入室内的湿量
按下式计算：
D=0.001·G·(dw-dn) (kg/h) （2-9）
式中 dw—室外空气的含湿量，g/kg；
dn—室内空气的含湿量，g/kg；
iw—室外空气的焓，kJ/kg；
in—室内空气的焓，KJ/KG；
2.4.2 人体散湿和潜热冷负荷（若要计算通风量，则需计算厨房等的散湿量从而确定新风量和排风量，此设计没有考虑）
人体散湿量按下式计算
D=0.001·φ·n·g （2-14）
式中 D—散湿量，kg/h；
n—室内人数，个；
g—一名成年男子的小时散湿量，g/h；
0.001—单位转换系数。
2.8 新风负荷计算
新风负荷的大小取决于新风送入室内的状态点。
这与确定的系统形式有关。
本次设计采用风机盘管加新风的空调形式。
新风处理到室内焓值送入室内。
详细
地计算过程请见第三章。
2.9建筑物总冷负荷和热负荷
应用鸿业暖通负荷计算软件对本建筑物进行了负荷的计算，工程负荷统计结果如下。
土壤源热泵设计与能耗分析负荷计算
书。
