铜陵市狮子山区政务中心地源热泵技术部份317.docx

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铜陵市狮子山区政务中心地源热泵技术部份317

铜陵市狮子山区政务中心

地源热泵空调项目技术方案

安徽辰安伟业可再生能源有限公司

安徽建筑工业学院建筑节能研究院

二零一一年二月

前　　言

随着经济持续增加，我国对一次性能源需求急剧增加，能源的供需矛盾愈来愈突出，已经成为影响我国经济安全与经济发展的重要因素之一。

传统能源供需失衡矛盾的日趋加重，使得世界各国纷纷加大对新能源的开发与利用，新能源包括核能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能、氢能和风能等，因其发展潜力大、环境污染低、可持续利用等诸多长处，取得了各国的普遍重视与大力发展。

最近几年来，为贯彻国务院关于节能减排战略部署，财政部、住房城乡建设部组织实施的可再生能源建筑应用工程，取得良好的政策效果，可再生能源建筑应用技术不断提升，应用面积迅速增加。

当前国家大力提倡和鼓励可再生、可持续能源的开发和利用，主要有利因素有：

1．《中华人民共和国节约能源法》第四条规定：

“国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”，而地源热泵所利用的地源能正是属于可再生能源。

2．《建设部建筑节能“十五”计划纲要》中明确指出“十五”期间建筑节能工作的重点之一是：

“大力推动太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作”。

3．铜陵市是可再生能源示范城市，对采用可再生能源新技术的项目实行补助政策。

4．最近几年来，每到夏日和冬季，居民用电量猛增，面临限时用电的为难境界，给未来经济发展带来不利因素。

现我国正大力提倡节约能源的方式和节能产品的利用，并提出在“十一五”期间，单位GDP节能20%的目标，任务超级艰巨。

那么，要实现该节能目标，一个重要的方面就是要利用可再生、环保、经济型能源。

国家新节能法规定：

“鼓励采用建筑节能技术、产品及系统”。

一、地源热泵系统简介

浅层地热资源的特点

在地壳的浅部由于受太阳热辐射和深部大地热流等因素的一路作用，维持了必然的热量，成为一种热储量庞大的低焓热源。

浅层地热资源有以下特点：

一是可再生能力较强。

浅层地热热能的来源主如果太阳的热辐射及降雨入渗所携带的热量和大地热流，因此它与深层地热资源相较，不仅开发本钱低，而且可再生能力较强。

二是散布普遍。

地热资源可以贮存在地下水中，也可以贮存在土体岩体中。

尤其是贮存在地下水中的热源，开发本钱最低，应优先发展地下水源热泵。

在地下水位以下，一百多米以上的地下水，不论含水层深浅，都属于浅层地下水，具有微承压水的性质，各含水层之间的水力联系较好，地下水的补给条件很好，深度略大，水温转变不大。

100-200m的地下水水温逐渐升高，补给条件变差。

三是浅层地热能热储量庞大，含水层的厚度越大，热储量越大。

四是浅层地热能的温度偏低，不宜直接利用其能量，只有利用热泵技术，将水中的温度热量提掏出来，才能成为一种很好的热源。

浅层地热能的应用现状

20世纪80年代初至90年代末，在我国暖通空调领域掀起了一股“热泵热”。

《地源热泵工程技术规范》（GB50366-2009）规定，地源热泵系统是指以岩石体、地下水或地表水为低温热源，由热泵机组、地热能互换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。

地源热泵机组是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）它既作为能源高效节能、无污染、低运行本钱，又可供暖、制冷并能提供生活热水的新型节能技术。

通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温热能向高温转移。

而且它能节省运行费用40%-60%，普遍应用于各类中高级建筑冷暖空调项目中。

地源热泵中央空调系统是目前国际上节能的中央空调系统，它的制热量/制冷量和所消耗的电功率之间的比值全年平均高于以上，即输入1kW的电能，就可以够取得4kW以上的热量。

制热能耗量较其他采暖方式减少50%-70%，制冷能耗量较其他制冷方式减少40%-60%。

地埋管热泵空调系统会节省大量的运行费用。

进入21世纪以来，国家接踵出台了支持可再生能源开发利用的一系列方针政策，地源热泵行业有了较快的发展。

据统计，暖通空调能耗占建筑能耗的65％，以建筑能耗占总能耗的35％计算，暖通空调能耗占全国总能耗的比例高达％，而地源热泵具有明显的优势，包括高效节能、绿色环保、可再生资源利用，代表着节能型暖通空调的发展趋势，符合国家目前减排节能和环境保护的可持续发展政策，这一行业正在迅猛发展。

至2006年末，全国范围内除港、澳、台地域外，31个省、直辖市、自治区均有热泵项目，其总工程数量约达4500个，2007年年末达到4800～5000个，其中比较多的地域是北京、河北、河南、山东、辽宁和天津等。

从地域散布上，在我国华北和东北工程数量较多，占总工程数量的78％，从已完工的工程规模的统计分析，办公楼40％，宾馆饭馆19％，住宅12％，厂房9％，别墅、度假村7％，商场6％，学校5％，医院3％，可见地热泵工程涉及的面较广，总制冷（热）面积约累计达到8000万m2。

据统计，采用水源热泵系统的占多数，约占58％，土壤源热泵系统的占37％，空气源热泵系统的占5％。

土壤源热泵空调系统

竖直埋管环路系统

竖直埋管环路系统由深度可达200米的聚乙烯管环路组成，这些环路放在直径100至150mm的垂直管孔中形成与土壤的热互换器。

环路分两种系统类型：

并联式系统和串联式系统。

并联式系统所有管径较小，管环长度较短，所需水泵扬程较低，可用较小的水泵，运行费用较少。

一般说来，大多数业主都选择并联式系统。

图竖直埋管

水平埋管环路系统

水平埋管环路系统是将环路安放在深度约为～的水平管沟内。

由于受地表温度年波动的影响，环路长度需增加15%至30%。

立埋式的管孔要用钻井机械钻孔，而平埋式的管沟只要用反向铲开挖即可。

平埋式系统通常适合安装在有较大园地的住宅和场地很大的建筑物。

图水平埋管

土壤源热泵空调系统运行原理

图地埋管热泵空调系统冬季工作示用意

图地埋管热泵空调系统夏日工作示用意

地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而组成的封锁环路的中央空调系统。

在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封锁管道（称为环路）从大地搜集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内，再由装在室内的地源热泵系统驱动的紧缩机和热互换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。

在夏日，与之相反。

地源热泵空调系统组成

地源热泵主要由三部份组成：

地下埋管换热器、地面热泵机组、管路及结尾循环系统。

图土壤源热泵系统示用意

地下埋管换热器一般采用高密度聚乙烯塑料管，直径一般在2五、32mm，土壤热互换器埋管形式为地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。

选择哪一种形式取决于现场可用地表面积、本地岩土类型和钻孔费用。

虽然水平埋管一般是浅层埋管，可采用人工开挖，初投资比垂直埋管小些，但它的换热性能比竖埋管小很多，而且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程应用中，一般都采用垂直埋管，埋管深度一般为40-120m。

地源热泵空调机组是一种水冷式的供冷/供热机组。

机组由紧缩机、同轴套管式水/制冷剂热互换器、热力膨胀阀（或毛细膨胀管）、四通换向阀、安全控制部件等所组成。

管路及结尾循环系统是由机房管路、室外管路、室内管路和室内结尾风机盘管等所组成。

二、铜陵市狮子山区政务中心项目简介

狮子山区是铜陵市三个市辖区之一，位于铜陵市主城区东部，辖西湖镇、狮子山街道、新庙街道、矶山街道、凤凰山街道、东郊办事处和省级开发区狮子山经济开发区，是国家科技进步先进区、省知识产权试点区、全国社会治安综合治理模范区。

全区国土总面积平方千米，计划总人口约50万人。

狮子山区政务中心邻景观大道，北为纬二路，南为待建设的商业用地，东为学校用地，区位交通优势明显。

该项目是狮子山区集政府行政办公、各类会议、会展、后勤服务、档案管理和政务广场、市民休闲等为一体的综合性公共建筑。

本项目用地面积108849m2，其中一期工程占地45293m2，二期工程占27387m2，三期工程占19711m2，沿街绿地占16458m2。

一期工程总建筑面积，其中地上建筑面积m2，各功能区面积如下表：

表各功能区面积

功能区

行政主楼

会议中心

人员资源市场

地下室

面积（单位：

m2）

3971

方案肯定

按照本项目的利用性质、建筑条件、用地条件、能源条件、和水文地质概况等情况，结合节能、环保要求，通过论证和分析，选用地源热泵空调系统。

按照该建筑物的负荷特点并考虑地下热平衡要求，本方案按冬季热负荷设计室外换热器的数量。

按照甲方提供的项目总平面图及现场勘查，本项目采用地埋管换热装置。

布置在绿化用地内，保证整个建筑物的协调。

项目可行性分析

铜陵，位于安徽省南部，长江下游南岸，在东经117°42′-118°10′6″、北纬30°45′12″-31°07′56″之间。

总面积1113平方千米，是黄山、九华山、太平湖的北大门。

沪宁铜铁路、合铜黄高速公路、徐（州）黄（山）公线路在铜陵长江大桥过江、长江黄金水道，使铜陵的交通便捷、快速。

至2004年末，全市总人口万人。

铜陵市地处亚热带边缘，属于北亚热带温润气候区，具有气候温和，四季分明，阳光充沛，雨季集中，季风气候明显，冬夏日较长，春秋季短等特点。

“狮子山区政务中心”地层上部为粘土、粉质粘土，下部为花岗岩和灰岩，局部有溶洞。

通过热响应实验，浅层地温在℃左右，岩土体综合导热系数为（m·℃）左右。

通过对“狮子山区政务中心”以往地质资料的综合研究，和对工作区内地质构造背景条件分析，该区具有浅层地热的前景，为“狮子山区政务中心”项目采用地埋管热泵技术提供了地质基础。

由于铜陵市气候为冬夏日较长的特点,铜陵市的供暖大体采用供煤、燃气、燃油等锅炉房系统。

地源热泵技术利用土壤作为空调机组的冷热源，其环保效益显著，省去了供煤、燃气、燃油等锅炉系统，没有燃烧进程，避免了排烟、排污等污染，是利用清洁的可再生能源技术之一。

目前这项技术在铜陵应用范围还很小，因此“狮子山区政务中心”率先在公共建筑推行利用地源热泵系统具有必然的典型示范意义。

地源热泵的价值

地下浅层土壤温度常年维持在8℃-20℃左右，是理想的空调冷热源，地埋管热泵系统是利用浅层土壤中的能量作为冷热源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低品位热能向高品位热能转移的热泵空调系统。

冬季供热时，把土壤中热量“取”出来，给室内供热，同时向地下蓄存冷量，以备夏用；夏日制冷时，把室内热量“取”出来，释放到土壤中，向地下蓄存热量，以备冬用。

该系统具有以下特点：

1．利用可再生能源，地源热泵从常温土壤或地表水（地下水）中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续利用。

2．高效节能，运行费用低。

地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏日比环境空气温度低，这种温度特性使得地埋管热泵空调系统比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节省运行费用40%左右。

另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更靠得住、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

通常情况下，在制热制冷时，输入1kW的电量可以取得4kW以上的制冷制热量。

3．环境效益显著。

该装置的运行没有任何污染，可以建造在室内，在供热时，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，不会产生城市热岛效应，对环境超级友好，是理想的绿色环保产品。

4．运行安全稳定，靠得住性高。

由于土壤深处温度超级恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响，运行工况超级稳定，优于其它空调设备。

不存在空气源热泵供热不足，乃至不能制热的问题。

整个系统的保护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。

5．一机两用，应用范围广。

地源热泵系统可供暖、制冷，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。

三、设计依