学府园一期60000低碳示范地源热泵项目.docx
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学府园一期60000低碳示范地源热泵项目
低碳示范地源热泵项目
诸城市学府园小区
可
行
性
方
案
水源热泵承建单位：
诸城市恒泰燃气热力工程安装有限公司
日期：
2012年1月
一、工程概况及设计标准
二、方案设计篇
1、室内温度设计参数
2、建筑物符合计算
3、机房系统设计
4、地下换热器系统设计
5、空调系统优化设计
三、空调系统节能篇
四、投资及运行费用分析篇
五、满液式地源热泵机组的特点详细说明
六、机组制造及运输
七、机组出厂检验
八、机组售后书
九、机组调试规范
十、节能量计算
十一、技术经济分析
学府园小区一期方案为例
1、工程概况及设计标准
1、工程概况
本工程位于诸城市龙都街中段，是一处地理位置优越，交通条件便捷、环境优美的地方。
工程共计23万平方米，分期建设，一期供暖、制冷建设建筑面积约60000平方米。
本方案设计一期机房系统，室外管网设计及安装，打井及井管网设计安装。
一期建筑面积
序号
建筑物用途
面积（㎡）
1
住宅楼
60000
本工程位于
2、方案设计
设计原则：
低碳、节能环保、智能人性化控制、投资、运行合理的合理的原则
1、室内温度设计参数
功能区
夏季
冬季
相对湿度
住宅楼
26℃±2℃
20℃±2℃
40-60
2、建筑物的负荷计算
序号
项目
单位
建筑面积
夏季冷负荷
冬季热负荷
指标w/㎡
数值（kw）
指标w/㎡
数值（kw）
1
住宅楼
㎡
60000
60
3600
50
3000
合计
㎡
60000
--
3600
--
3000
3、机房系统设计
冷热源采用节能环保的可再生能源系统——地源热泵系统，夏季通过热泵机组、末端空调释放冷量到室内房间，产生的热量送入地下。
冬季通过热泵机组提取地下的热量通过末端供给室内房间。
（1）注机选型
综合上述内容根据大约本地区供暖入住率，配置初投资低、运行费用低、效果显著的地源热泵机组（开利.富尔达满液式双压缩机）LSBLGR-1300MD三台满液式机组，
LSBLGR-1300MD其运行模式如下：
型号
LSBLGR-1300MD
项目
地下水工况
制冷量（kW）
1215
制热量（kW）
1208
制冷功率（kW）
195
制热功率（kW）
239
压缩机
类型
半封闭螺杆压缩机
电源
三相四线制380V50Hz
容量调节范围%
0,25,50,75,100
蒸发器负载侧换热器
类型
壳管式换热器
污垢系数（m²·℃/kW）
0.086
接管尺寸（DN）
DN200
工况冷冻水流量（m³/h）
192
蒸发器地埋管侧换热器
类型
壳管式换热器
污垢系数（m²·℃/kW）
0.086
接管尺寸（DN）
DN200
工况冷水流量（m³/h）
225
冷凝器负载侧换热器
类型
壳管式换热器
污垢系数（m²·℃/kW
0.086
接管尺寸（DN）
DN200
工况冷水流量（m³/h）
225
冷凝器地埋管侧换热器
类型
壳管式换热器
污垢系数（m²·℃/kW
0.086
接管尺寸（DN）
DN200
工况冷水流量（m³/h）
176
制冷剂种类
R22
机组运行工况：
制冷：
采暖：
冷水进出水12/7℃。
热水进出水45/40℃
冷凝器进水18℃蒸发器进水15℃
根据建筑物的用途跟特点，考虑到建筑物的同时使用系数，在供冷、暖刚开始或即将结束时开启一台机组，随着室外温度的逐渐降低、升高陆续开启另外几组，夏季最热时开启所有机组，冬季最冷时开启三台机组及另外一台机组的一个压缩机，可充分满足建筑物的使用要求。
每台机机组可实现25～50～75～100的四个调节，大大提高部分负荷运行效率，而且每台机组可独立制热或制冷，便于调节。
四台机组即可互为备用又能充分达到节能效果。
（2）机房系统细化设计
1）机房设计
①主机采用环保制冷剂，无毒。
泄露时主机会自动报警，无需专人值守，
②主机设有冷却水报警，工质为水时冷却水最低温度为2℃，工质为乙二醇水溶液时冷却水最低温度为0℃.
③机房内要求通风良好，便宜安装，进、排水设计、安装方便，机组不宜安装在适度大，灰尘多，及腐蚀性气体等场所。
④机组安装时应留维修、维护、操作的足够空间，机组周围应有排水设施。
2）机房内噪声及防震、减震控制
①机组
富尔达满液式机壳采用双层机体设计，除有符合本身压力外，还具有减震、噪的功能，内置油分离器的外部采用包覆式设计，减低压缩机的运转噪音到最低，机组安装时设计减震台座，采用加橡胶垫或真空罩等防震、减噪措施。
进、出水管道口安装橡胶软连接，防止噪声传播。
确保机房噪音降到最低。
②水泵方面
采用噪音达标或低噪音的循环泵，并在安装时加橡胶垫或真空罩、隔振器等防震、减噪措施，确保噪音降到最低。
③管道方面
施工中要避免管道的震动，管道要固定牢固，连接设备的管道，要加设软连接和消音器，管道安装要用立管执掌。
④防止噪音影响周围环境，机房做隔音处理，机房门窗设计、安装隔音性能好的。
4、地下换热器系统设计
（1）地埋管设计原则
①地埋管换热器换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的要求，在技术经济合理时，可采用辅助热源或冷却源与地埋管换热器并用的调峰形式，地埋管换热器应根据可使用地面面积、工程勘察结果及挖掘成本等因素确定埋管形式。
②地埋管换热器设计计算宜根据现场实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件进行，分水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器。
水平地埋管换热器可不设坡度，最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4米，且距离地面不宜小于0.8米。
竖直地埋管换热器的设计埋深度宜大于20米，钻孔孔径不宜小于0.11米，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3～6米，水平连接管的深度应在冻土层以下0.6米，且距地面不宜小于1.5米。
地埋管换热器管内流体应保持紊流流态，水平环路集管坡度宜为0.002.
③地埋管环路两端应分别与供、回水环路集管相连接，且宜同程式布置，每对供、回水环路集管连接的地埋管环路数宜相等。
供、回水环路集管的间距不应小于0.6米。
④地埋管换热器安装位置应远离水井及室外排水设施，并宜靠近机房或以机房为中心设计。
地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的导热系数不应低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。
地埋管换热系统宜采用变流量设计。
⑤地埋管单位孔深的热交换量与多种因素有关。
在地源热泵运行的额定工况下，针对该地域深层岩土热物性的测试情况和气象条件，作为地埋管方案设计时的概算值，建议该地打几个探孔，建议做岩土热物性测试。
5、地下换热器的埋设位置
埋设于各栋楼之间，呈长条形分布，这样更有利于热量的交换。
6、地下换热器的设计
打孔设计间距按4.5米计算，孔深100米，每六口一组，根据实际情况可4口或5口一组，分别进入分、集水器。
7、地下换热器的形式及管材
根据地下岩石特点采用双U型，换热管采用PE管材dn25竖直埋设，竖直埋管承压1.6MPa，水平埋管承压1.0MPa，矩形布置。
水平连管，六孔一组
（局部4孔或5孔）为一小型集、分水器，其连管再接至机房内集、分水器，埋深为地平面下2.5米。
每组母管分别连接检查井内的分、集水器，并编号，在每组井的分、集水器上设计压力表及阀门，并对应编号，便于以后进行维护、管理。
8、地下换热器的连接
每个支管的地下换热器同城连接，管道连接采用热熔方式，为了防止热短路，设置地热弹簧。
9、地下换热器的控制
做到水力平衡控制，采用同程式布置，总分水器上的各路支管道有序控制。
10、地下换热器计算
根据地下岩石热物性测试，地下岩土的导热系数为：
4.5W/m·k即冬天每延长米取热量为：
4.5W/m·kX10=45W/m，夏天每延米释热量为：
4.5W/m·kX15=67.5W/m经计算地源侧环路共配置720个。
11、地下换热器的运行控制
地源侧环路共配置720个地下换热器，在分水器的支管上，加温度传感器，根据热泵机组开启台数及地下换热器的回水温度控制分水器支管上阀门的开启。
12、循环工质
在地下换热管使用软化水，防止结水垢。
地埋侧系统中设置旁通管路，在系统运行一段时间后，对埋管系统管路进行反冲洗，以清除系统管路内的杂质污物，确保系统稳定高效的运行。
13、空调系统优化设计
针对本工程，我公司组织技术人员、电气工程师、机组设计人员、钻井工程技术人员进行项目会审，结合对年设计及施工经验对系统进行以下几点优化：
（1）、闭式系统：
室内空调系统和地埋管换热器循环系统都采用全封闭的落地膨胀水箱自动定压膨胀补水系统，隔绝与空气的接触，有效防止溶解氧对室内系统及地埋管系统的氧化腐蚀。
采用闭式系统是系统以后加装二醇防冻液的必要条件。
（2）、软化水：
根据本工程情况，系统中全部采用软化水，加装软化器。
地埋管系统与室内管道系统共用一个软化器和软化水箱。
水经过软化处理进入软化水箱；空调系统与地埋管系统各用一套全自动定压补水装置对两个系统进行定压补水。
这样采用一套软化器和软化水箱，两套定压补水装置，既能实现分别对空调系统与地埋管系统定压补水，又便于运行管理与维护保养。
（3）、旁通阀：
根据我公司多年安装工程经验总结，在空调系统与地埋系统都分别设置旁通阀。
在施工完毕后，关闭机组进水阀，打开旁通阀门，进系统充分冲洗干净后，污物排放干净后，将阀门切换回来，确保主机换热器高效可靠运行，不发生阻塞等不必要的麻烦。
（4）、系统控制：
采用定频控制，安全、稳定，运行费用低。
可根据埋管系统与末端系统供、回水温差及温度下降的速率，精确判定、调节系统载荷大小，达到机组、末端、地源侧负荷完美匹配，使压缩机在最高效率点运行。
（5）、洗井：
为保证下管，钻孔完毕要保证洗井，使用泥浆护壁，防止塌孔，下管更安全。
（6）、多步回填：
原则上采用原浆回填，视土层情况，填料有所调整。
下管完毕即将泥浆池中沙浆回填，沉淀一段时间二次回填，连管时再振捣棒振捣填实，保证回填效果。
（7）、水力平衡阀：
在地埋管供、回水管路加装水力平衡阀，保证水量分配合理、均衡。
（8）、防止热短路：
采用地热弹簧将U型管的两个支管固定分开，以免下管后两个支管贴靠在一起，导致热量回流。
（9）、管道试压：
在管道运至场地后下管前即进行第一次打压试漏，下管后进行第二次打压连接管道前进行第三次打压，连接管道后进行第四次管道整体试压。
采用手动泵缓慢升压，升压过程中应随时观察与检查，不采用气压试验，试压前应充水浸泡，时间不小于12小时，彻底排净空气。
（10）、人工回填：
清理净沟中石块，，沟底铺150mm厚的细沙，用于支撑和覆盖管道。
回填作用重点是：
管腋部采用人工回填，确保塞严、捣实；水平管道以上150mm范围内回填。
（11）、管道保护：
采用轻夯实，不采用压实机，我公司采用木夯分层夯实，确保回填质量。
三、空调系统节能篇
1、室内系统采用电动阀加压力平衡阀，自动调节室内温度，减少冷、热量的无功损耗。
2、夏季空调运行时间段与热水主机运行时间段重合时或将热水主机运行时间段有意安排在空调运行期间，需向地下释放的冷量转移到空调系统中；以减少空调主机的运行负荷实现节能的目的。
3、将地下换热器系统设计为一整体，形象的说相当于一热源湖或冷源湖，将提升两系统不同时使用时的换热效率，也就提高了节能效率。
4、供（回）水温度是保证供热（或制冷）质量的主要参数，也是影响系统运行成本的一个主要参数。
供（回）水温度的自动控制主要由系统中的热泵机组来完成。
每台机组均有负责自动控制的可编程控制器（PLC），通过PLC设定的供（回）水温度，分别控制热泵上的压缩机的开启顺序及开启数量，来达到平衡供（回）水温度，节约能源的目的。
5、3台机组共6个压缩机，调整率为25%，也即阶段变频，且每台压缩机本身具有25%-50%-75%-100%四级能量调节，大大提高了适用冷热负荷变化的调节能力。
6、“三分设备，七分管理”，科学的管理能够显著实现节能的目的。
7、采用气候补偿器，根据室外气候的温度变化，设定不同时间的室内温度要求，按照设定的曲线自动控制供水温度，实现系统供水温度的气候补偿；另外它还可以通过室内温度传感器，根据室温调节供水温度，实现室温补偿的同时，还具有限定最低回水温度的功
四、投资及运行费用分析表
机房以节省投资、效果显著、节约运行费用为目标：
地源热泵及辅助设备报价明细
设备名称
规格型号
单位
数量
单价（万元）
金额（万元）
备注
满液式水源热泵
LSBLGR-1300MD
台
3
66
198
富尔达
循环泵（系统侧）
150-315/4/32
台
4
1.12
4.48
三用一备
循环泵（地源侧）
150-315/4/32
台
4
1.12
4.48
三用一备
补水泵
40/250/2/4
台
2
1.8
3.6
一用一备
落地膨胀水箱
NZGP-1300
台
1
1.22
1.22
济南多河清
分、集水器
￠600
台
4
0.6
2.4
液晶控制器
KL8T
台
1
0.36
0.36
广东邦普
软化水处理仪
6T
台
1
2.2
2.2
济南多河清
自动控制设备
台
1
9
9
富尔达
软化水箱
3
台
1
2.6
2.6
济南多河清
管材、阀门、压力表等设备
3
合同包括税总价格¥247.34万元
风机盘管报价明细：
设备名称
规格型号
单位
数量
单价（万元）
总金额（万元）
备注
风机盘管
FP--51WA
台
1412
0.06
84.72
富尔达
风机盘管
FP--65WA
台
2785
0.07
194.95
富尔达
风机盘管
FP--85WA
台
1241
0.08
99.28
富尔达
风机盘管
FP--102WA
台
983
0.09
88.47
富尔达
风机盘管
FP--136WA
台
306
0.11
33.66
富尔达
三速开关
个
6727
0.0027
18.16
富尔达
送风口
铝合金双层百叶
个
6727
0.0085
57.18
富尔达
回风口
单层百叶加滤网
个
6727
0.008
53.82
富尔达
合同包括税总价格¥674.36万元
3、60000㎡空调运行费用分析
使用时间
使用情况（60000㎡）
机组耗电（KW）
运行费用
小计（元）
平米费用
年运行费用元/㎡
夏季
制冷运行90天，每天平均运行时间按12小时计算，平均满负荷率为70%，电费按0.8元/度计算
主机：
585
水泵：
220
805×90×12×0.7×0.8
486864
8.12
22.72
冬季
供热运行120天，每天平均运行时间按14小时计算，平均满负荷率按70%，电费按0.8元/度计算
主机：
717
水泵：
220
937×120×14×0.7×0.8
881529
14.6
从国家能源发展形势分析，煤炭为不可再生能源，其价格只能上升不可能下降，而电力会随着核电、水电的发展会出现总体下降的趋势，所以采用地源热泵空调机房的方式具有以下几个明显特点：
☆节约初投资，节约运行费用
☆利用大部分可再生能源，节省一次能源的消耗
☆减少燃烧产生的污染物排放、缓解温室效应
五、水源热泵机组性能详细说明
1、设备制造执行GB/T19409-2003标准并通过ISO9001系列国际认证；
主机的性能指标：
由于机组各部件均采用国际名牌产品以及配置的合理性，因而使机组的性能指标相当高，通过测试，机组名义工况性能允差数值可达到额定值的96%以上，而美国AIR590-92标准的规定值95%，日本JIB8613-86标准的规定值为85%，我国JB/T4329-97标准的规定值为92%。
2、压缩机：
富尔达地温中央空调的主机采用上海汉钟半封闭双螺杆满液式压缩机。
压缩机作为整个机组的核心运转部件对整个机组的性能、可靠性、寿命等有着至关重要的影响，因此我们经过优化选配，最终选用了最能体现地温中央空调优势、满足地温中央空调使用条件，经过特殊改进的半封闭双螺杆压缩机，它震动小，噪音小、运行平稳、效率高等优点，并具有以下技术特点：
♦第三代5：
6多国专利齿形设计
♦新型液喷射系统
♦智慧型PTC线圈感温器和温控器
♦α型平衡活塞与轴向，径向轴承分力设计
♦高效油分离器
♦4E保护：
缺相、逆相、高电压、低电压保护
♦油压差保护
♦压缩机过载、过热保护
♦压缩机油位保护
上海汉钟半封螺杆压缩机，它在结构设计方面充分考虑了热泵的恶劣工况。
冬季机组处于供热状态时，冷凝温度高达60℃，此种情况下压缩机排气温度也随之升高，排气温度高使压缩机品质劣化，导致压缩机寿命降低，润滑油更换频繁。
压缩机在设计上，采用新型液体喷射冷却系统，控制排气温度不超过80—85℃。
当排气温度达到80℃时，该系统将一部分制冷剂引出，通过热力膨胀阀控制将冷媒喷入马达，以降低马达与压缩机的温度，使机组润滑状况得以改善。
夏季机组处于制冷状态时，由于采用温度较低的地下井水充当冷却水，因而冷凝温度和冷凝压力也较低，而压缩机的半封螺杆是靠压力差供给润滑油的，我们所选用的压缩机之压力差只要保证2.5kgf/cm2，就能保证良好地供给润滑油。
上海汉钟半封闭螺杆压缩机还采用α型平衡活塞，轴向、径向分力轴承设计，改善压缩机内部元件的受力状况，有效避开了临界转速，压缩机的转子有良好的动平衡性能，剩余不平衡量低于JB/T6443规定的允许值。
。
以上特点保证富尔达地温中央空调具有很高的可靠性，平均运行寿命达到50000小时以上。
机组与水源侧水泵实现联动控制，最大程度节省地下水流量；机组具有良好的密封措施，保证压缩机不泄露；
3、自动控制：
✧机组采用德国西门子的PLC微电脑控制，具有极强的抗电磁干扰能力，真正实现无人值守。
所有操作和相关信息的存取都通过美国digital汉显触摸屏执行，相关设备所处状态和输出信息都直接显示在液晶屏上。
对制冷剂回路进行监视：
一旦有控制动作或检测出某项参数异常，相应机组将停止运行，所带负荷自动转移到其它正常工作的机组上。
电脑硬件能适应-300C—+600C的环境温度，而且容易更新及维护。
✧
中文触摸屏采用美国Digital产品，显示的参数：
温度显示：
循环水出水温度、循环水进水温度、井水出水温度、井水进水温度、用户用水温度、压缩机排气温度；
压缩机显示：
显示压缩机加载过程，0、25%、50%、75%、100%几个状态、压缩机累计运转小时及次数、压缩机开机数量；
水泵显示：
显示循环水泵、潜水泵的开机数量；
故障显示：
水流开关、油位开关、油压差、吸气低压、排气高压、主机过载、电源故障；
用户设定：
水温设定、时间设定、调试设定。
✧机组具有多种保护功能
压缩机保护功能：
（见压缩机）
水系统温度过低保护：
在循环水系统设有温度探头，当温度达到下限制时会自动停机保护；
水系统缺水、断水保护：
机组采用型号为HFS－25的水流开关，确保水系统出现缺水、断水时，机组会自动停机保护；
备有手动操作系统。
机组具有故障诊断功能：
当机组自动停机保护后，触摸屏上会显示相关故障内容并自动把发生的故障记录下来，在以后任何时候，操作人员都可在显示屏上读取相关内容。
机组制冷量、制热量根据外界负荷情况进行自动调节：
微电脑不断监视进入和流出机组的水流量和温度，根据循环水回水温度随时决定机组是否增载或卸载以及投入运行的机组台数，水温达到设定值的上限后机组自动卸载，当水温低于设定值的下限，机组自动上载，这样可以使水温一直稳定地在许可范围内运行。
同时机组输出的制冷量、制热量与外界负荷达到最佳匹配。
用户还可根据需要调整设定值（设定精度<0.30C），满足不同出水温度要求。
潜水泵配有节能装置：
可根据机组的输出功率随时改变井水流量，达到最大节能，对外部水泵、深井泵等控制电路，电脑控制系统能确保其与主机控制电路联锁控制，确保机组运行安全。
4、蒸发器和冷凝器结构及特点：
机组的壳管换热器选用上海环球高效壳管换热器，换热效率高，抗腐蚀性强，能适应各种气候环境的特点。
冷凝器的外壳是用钢板卷制焊接而成的圆筒体，外壳两端焊有两块圆形的管板，传热管两端用涨管或焊接法固定在管板的管孔中，桶体两端有端盖，端盖内设有隔板，将管子按一定的管数和流向分成几个流程，使冷却水按一定的流向在管内依次流过，制冷剂在管外冷凝；壳管冷凝器传热系数较高，冷却水耗用量少。
所谓满液式是相对于干式蒸发器而言的，其外形和结构与干式蒸发器很相似，都有壳体、传热管束、端盖、制冷剂和水进出接管组成。
满液式蒸发器相对于干式蒸发器有很多优点：
干式蒸发器的制冷剂走管程，由于需要有一定的过热度，制冷剂在管程的最后部分为蒸汽状态，这部分的换热效率下降，因此浪费了一定的换热容积；而满液式蒸发器制冷剂走壳程，制冷剂从壳体下部进入在传热管外流动并受热沸腾，蒸汽从壳体上部排出，制冷剂在蒸发器中的换热始终是液体间的换热，换热效率高，提高了蒸发温度，压缩机的排气温度和压力也同时降低，功率下降，因此提高了压缩机的容积效率，制冷量增大，效率可比干式壳管蒸发器高15%以上。
5、电子膨胀阀：
我公司的满液式机组的膨胀阀都采用丹麦丹佛斯膨胀阀，可以根据负荷变化随时调整开启度，因此能完全适用于制冷和采暖两个工况。
电子膨胀阀开启依靠马达打开，不受冷凝温度影响，可以在很低的冷凝温度下、部分负载的条件下能有较高的COP值。
我公司选用世界著名品牌丹麦Danfoss出品的电子膨胀阀，由阀门和步进电机组成，调节范围共分2600步，采用全封闭设计，温度控制精确，操作范围大。
6、检测平台：
根据地温中央空调独特的运行工况，我公司不惜花巨资与国家权威检测机构合肥通用机械制冷研究所合作，率先研制开发出处于世界领先水平的国内最早的地温中央空调检测平台。
它的成功设立也标志着国家认证中心最早认可的中国地温空调（水源热泵）检测中心的正式成立。
六、机组制造及运输
水源热泵机组制造
（一）机组配件采购：
根据材料计划和富尔达公司配件质量标准采购配件，保证质量。
（二）机组制造
1、关键工序要求：
铜焊接
1）目的：
规定了焊接所用的材料及焊接的一些方法，以保证焊接的质量，确保系统无漏点。
2）范围：
本规定适用于紫铜与紫铜、紫铜与不锈钢、紫铜与黄铜的气焊连接。
3）作业内容：
3.1焊前应对不清洁的焊接头及焊条进行严格清理，用丙酮清除油污，用砂纸打掉氧化物
3.2紫铜焊接采用磷铜焊条，牌号为BCu89P/BCu93P；紫铜与钢件焊接采用铜焊条。
助焊剂为硼砂Na2B4O7；紫铜与黄铜、紫铜与不锈钢焊接采用银焊条，牌号为BAg25CuZn，助焊剂为焊粉钎剂102。
3.3根据管径的不同，紫铜焊接的参数也就不同，具体如下：
种类管径
Φ6-16
Φ22-35
≥Φ42
焊缝
0.08-0.15㎜
0.08-0.2㎜
0.12-0.3㎜
焊液渗透量
满焊
15㎜
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