人民日报社商务印刷中心地源热泵设计的方案.docx
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人民日报社商务印刷中心地源热泵设计的方案
人民日报社商务印刷中心
中央空调系统方案
北京永源热泵有限责任公司
二○一○年一月
一、工程概况
本工程为人民日报社商务印刷中心，总建筑面积约83956m2。
（一）围护结构体系
该工程设计是剪力墙结构，加强建筑结构的抗震抗风能力。
增强结构整体性能和稳定性。
建筑面饰主要采用外墙涂料。
（二）冷、热负荷估算
建筑物号
建筑物名称
建筑面积（m2）
热负荷（采暖）
热负荷（空调）
冷负荷
热指标（W/m2）
热负荷（kW）
热指标（W/m2）
热负荷（kW）
冷指标（W/m2）
冷负荷（kW）
1
卷筒纸库
4610
60
277
2
平板纸库
3612
60
217
商业生产厂房
3150
160
504
140
441
报纸生产厂房
42000
160
6720
140
5880
设备机修热力
7398
50
370
80
592
备件库
1700
50
85
3
综合办公（含宿舍）
14086
60
36
100
1409
80
1127
职工宿舍
2000
30
60
70
140
110
220
地下车库
5000
60
30
4
门卫
400
80
8
5
总计
1082
8773
根据设计院提供的以上负荷采暖负荷共1082kw，空调热负荷为8773kw,空调冷负荷为8260kw。
另生活热水负荷为1000kw（暂估）。
注：
综合办公（含宿舍）：
卫生间设采暖；
职工食堂：
设值班采暖；
地下车库：
采暖负荷按照一个人员掩蔽500来考虑；
门卫：
夏季采用分体空调。
（三）供热供冷方案及相关系统比较
根据房间用途差异并考虑经济适用性，对卷筒纸库、平板纸库、设备机修热力、备品库、卫生间及地下车库等采用暖气片系统进行采暖；门卫室采用分体空调进行制冷；商业生产厂房、报纸生产厂房、宿舍及职工食堂采用组合式空调机组进行冬季采暖、夏季制冷。
这样既满足了房间空气品质的需要，也降低了成本。
（1）常规的能源方式
燃气及燃煤锅炉供热，燃气燃烧后会产生CO2等温室物质，煤燃烧后燃烧产物包括CO2、CO、NOX、SO2烟尘等有害物质，排入大气，对环境造成污染。
两者都消耗传统的一次能源，受能源危机影响，当今一次能源价格不断上涨，造成后期运行成本的增加。
燃气锅炉需设调压站等设备，燃煤锅炉需设煤场，两种锅炉都需设消防设施，因此机房面积较大。
据世界能源委员会（WEC）2004年能源调查表明，石油可开采年限40年、天燃气60年、煤炭200年。
市政热力国家前期投入很大，大量消耗一次能源，供热时间受制于市政热力。
直燃机本身体积较大，而且要设置调压站等，机房面积与冷水机组＋燃气锅炉类似，也需消耗传统的一次能源，供热与燃气锅炉类似。
冷水机组需配备冷却塔，冷却塔耗水量较大，水份蒸发对周边环境有一些影响。
其与燃气燃煤等供热方式结合提供冷热负荷，机房总体面积大。
家用空调安装于各个室内，供冷热能力小，可以单个房间进行温度调控，但其室外机影响建筑美观。
另其无法满足大空间建筑的冷热需求。
（2）可再生的能源方式
利用太阳能可实现采暖，但太阳能的利用受天气限制，在阴雨天、雪天、雾天等其他阳光较弱的条件无法利用，会导致供暖系统无法持续运行，达不到正常采暖的需求。
为了防止这类情况发生需另加辅助供暖系统，这样就造成初投资的增加。
另利用太阳能需很大的空间来铺设太阳能板，中大型建筑无法满足其要求。
风能的利用目前暂时停留在发电项目上。
若要采用风能发电来驱动制冷或采暖设备，在风力发电设备投资及占地面积上需要很大的投入，以目前的项目规划来看，利用风能来实现供热及供冷是不现实的。
潮汐能仅能用于发电。
本项目不紧挨海岸，潮汐能的利用无法实现。
生物质能对农村及郊区有农作物的地区有重要意义，但不适宜作为城市供暖能源大面积推广。
浅层地能可用于供暖、制冷。
浅层地能主要是通过热泵形式为用户提供冬季采暖、夏季制冷以及日常生活热水。
主要分为地下水水源热泵系统、地表水水源泵系统、土壤源热泵系统、污水源热泵系统等。
（四）复合系统设计方案
由于该项目冷热负荷较大，采用地源热泵系统埋管数量较多，同时施工工期也很长，但是考虑到地源热泵的节能减排效果，本工程采用地源热泵系统与燃气锅炉加冷水机组的联合能源方式。
地源热泵系统主要负责建筑的基础负荷，而燃气锅炉+冷水机组的作用主要是与用来调节峰值负荷。
本工程设计采用地源热泵系统提供总热负荷的50%，共4928kw（不包括生活热水），其余的热负荷由燃气锅炉机组调峰。
地源热泵系统按照冬季工况进行设计,夏季提供建筑的基础冷负荷，利用冷水机组进行调峰。
夏季，通过地源热泵系统的热回收免费制取生活热水；冬季，利用地源热泵机组采暖间歇时制取生活热水或燃气锅炉制取，详细的设计方案如下：
1、设计依据
（1）、甲方提供的建筑参数
（2）、热泵机组技术参数及相关配置；
（3）、该地区的地质资料、水质报告；
（4）、相关规范
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268-97
《91SB6通风与空调工程》
《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力》（2003年版）
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007
《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97
《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB50274-98
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》GB50275-98
《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB50185-93
《室外给水设计规范》GB50013-2006
《供水管井技术规范》GB50296-99
《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2004
《地源热泵工程技术规范》
（5）、室内外设计参数：
①、室内设计计算参数：
序号
建筑性质
冬季
夏季
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
1
办公
18～22
25～27
＜65
2
厂房
16～20
26～30
（46～48）±2
②、室外气象参数：
序号
项目
参数
1
地名
北京
2
台站位置
北纬
39°48′
东经
116°28′
海拔（m）
31.2
3
大气压力（kPa）
冬季
1020.4
夏季
998.6
4
年平均温度（℃）
11.4
5
室外计算（干球）温度（℃）
冬季
采暖
-9
空调
-12
通风
-5
夏季
通风
30
空调
33.2
空调日平均
28.6
计算日较差
8.8
6
夏季空调室外计算湿球温度（℃）
26.4
7
最热月平均温度（℃）
25.8
8
室外计算相对湿度（%）
最冷月月平均
45
最热月月平均
78
9
室外风速（m/s）
冬季平均
2.8
夏季平均
1.9
10
最多风向及其
频率（%）
冬季
风向
CNNWN
频率（%）
191313
夏季
风向
CN
频率（%）
249
11
最大冻土深度（cm）
85
12
设计计算用采暖期天数（天）
129
13
设计计算用采暖期平均温度（℃）
-1.6
注：
室外计算参数取自《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87（2003年版）。
2、热泵系统设计
（1）、热泵机组选型
根据建筑物冷、热负荷并结合热泵机组的的特点，选用6台YSSR1000B/2地源热泵机组，满足建筑物的冬季供暖、夏季制冷的需要。
YSSR1000B/2地源热泵机组技术参数表
型号
YSSR1000B/2
制冷量
kW
1000
104kcal/h
86.0
制热量
kW
852
104kcal/h
73.3
控制模式
微电脑全自动控制
机组能量调节范围
%
有级调节/无级调节
用户侧水循环量
m3/h
172
载冷剂侧水循环量
m3/h
204.7
蒸
发
器
型式
干式蒸发器
水侧压力损失
kPa
＜100
进出口管径
mm
DN200
冷
凝
器
型式
管壳式冷凝器
水侧压力损失
kPa
＜70
进出口管径
mm
2-DN125
电源
380V-3Φ-50HZ
保护装置
压缩机电机过热、排气高温、压缩机过载、高低压、
冷水低温、逆相、欠相、限电压、低油位、
冷水断水、防重复启动
制冷输入功率
kW
189.8
制热输入功率
kW
268.4
压
缩
机
型式
半封闭双螺杆压缩机
台数
2
启动方式
Y/△
制冷剂
R134a
制冷剂充填量
kg
180
机组重量
kg
5800
外
形
尺
寸
长
mm
4950
宽
mm
1380
高
mm
2350
注:
制冷工况：
蒸发器进出水温度12℃/7℃冷凝器进出水温度24℃/29℃
制热工况：
蒸发器进出水温度9℃/4℃冷凝器进出水温度45℃/50℃
水侧标准设计压力1.0MPa,污垢系数0.086m2k/kW
（2）、地埋管换热器部分
①、地埋管系统概述
能量采集系统是地能热泵系统的重要组成部分，是地能热泵机组能否安全、稳定、可靠、经济运行的根本保证。
根据北京市水文地质资料，以及当地地质情况，地埋管换热器冬季每延米的供热量为50W，夏季每延米的取热量为70W。
②、采用双”U”地埋管的优势
地埋管换热器有水平和竖直两种埋管方式。
在没有合适的室外用地时，竖直地埋管换热器还可以利用建筑物的混凝土基桩埋设，即将U型管捆扎在基桩的钢筋混凝网架上，然后浇灌混凝土，使U型管固定在基桩内。
竖直式地热换热器的构造又多种，主要有竖直U型埋管与竖直套管。
目前大多数采用竖直U型地埋管的方式。
竖直U型地埋管的换热器采用在钻孔中插入U型管的方法，一个钻孔中可设置一组或两组U型管。
然后用封井材料把钻孔填实，一尽量减少钻孔中的热阻，并防止地面污水流入地下含水层。
钻孔的深度一般为60～150m。
管间距过小会影响换热器的效能。
考虑到我国人多地少的实际情况，在大多数情况下竖直埋管方式是唯一的选择。
采用竖直地埋管的换热器时，每个钻孔中可设置一组或两组U型管。
尽管单U型埋管的钻孔内热阻比双U埋管大30％以上，但实测与计算结果均表明：
双U型埋管比单U型埋管可提高15％～20％的换热能力。
这是因为钻孔内热阻仅是埋管传热总热阻的一部分。
钻孔外的岩土层热阻，对双U型埋管和单U型埋管来说，几乎是一样的。
另外采用双U型埋管，也是解决地下埋管空间不足的方法之一。
地热换热器各钻孔之间既可采用串连方式，也可以采用并联方式。
并联管路竖直式热交换器与串连式的相比，U型管管径可以更小，从而可以降低管路费用、防冻液费用。
③、竖直地埋管形式
地埋管环路能量采集系统采用双U型管形式,每个竖孔深度为130m、直径为150mm,每个竖孔中安装单根长度
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