地能热泵系统方案.docx

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地能热泵系统方案

***项目

恒有源地能热泵环境系统

设计方案

恒有源科技发展集团有限公司

2013年**月**日

编号：

HYY-0724

工程项目：

**项目

建筑规模：

****m2

设计范围：

冬季供暖、夏季制冷、生活热水

一、工程概况

***工程位于北京怀柔区雁栖湖生态发展示范区，由5000人主会议厅、宴会厅、媒体厅、餐厅、辅助用房等组成，总建筑面积约***m2。

为了响应国家节能减排的号召，加强生态文明建设，按建设国际一流高端会展中心的要求，打造国内能耗最低的会议会展中心，首选浅层地能作为建筑物供暖（冷）替代能源，实现使用区域零污染，零排放，为北京市的雾霾治理作出应有的贡献，迎接G20会议的召开。

根据建筑功能，分别考虑会议期间全部使用、日常时间部分使用、会议后期综合利用等因素，方案采用恒有源地能热泵环境系统满足该建筑冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水的需要。

二、恒有源地能热泵环境系统

1、恒有源地能热泵环境系统简介

恒有源地能热泵环境系统首选浅层地能作为建筑供暖替代能源，经地能热泵机组的工作而改变温度，进而实现对建筑物的冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水。

恒有源地能热泵环境系统由三部分组成：

能量采集系统、能量提升系统、能量释放系统。

能量采集系统为核心，就如同锅炉系统中煤、燃气、油等燃料。

能量采集系统以单井循环换热地能采集井技术为核心，采集浅层地能。

能量提升系统利用地能热泵，提升低位能量。

能量释放系统利用末端装置，冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水。

恒有源地能热泵环境系统可实现系统与大地之间的换热，利用大地岩土层中的可再生浅层地能。

由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，与室外气温相比是冬暖夏凉，因此恒有源地能热泵环境系统可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。

在热泵机组中消耗1kW的电能可以得到4kW以上的热量，即能效比大于4，是一种可持续发展的替代能源技术。

2008年12月恒有源地能热泵环境系统获得全国工商联颁发的科技进步一等奖。

2010年10月，在北京市节能环保促进会主持召的“恒有源科技发展有限公司在京运行七年以上的恒有源地能热泵环境系统专家评审会”上，专家组对恒有源地能热泵环境系统给予了充分肯定。

2、单井循环换热地能采集井技术简介

单井循环换热地能采集井技术是一项我国原创的先进的适用于多种地质条件的浅层地能采集技术。

它以循环水为介质采集浅层地下的温度低于25°C的热能。

不消耗也不污染地下水，对地下水是安全的。

单井循环换热地能采集井按结构分为两类：

有蓄能颗粒采集井和无蓄能颗粒采集井，如图1、图2所示。

图1图2

有蓄能颗粒采集井（箭头表示水流方向）无蓄能颗粒采集井（箭头表示水流方向）

有蓄能颗粒采集井在井壁（内径为D）和井管（外径为d）之间依次有阻水层、隔离膜、蓄能颗粒（包括上、下分隔板）等。

循环水由置于井管底部负压区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入蓄能颗粒的上部正压区内。

水流在有蓄能颗粒的环形空间内向下流动至负压区，透过井管下部的花管部份进入井管，再由潜水泵抽出。

水流在有蓄能颗粒的环形空间由上向下的运动的过程中实现热交换。

无蓄能颗粒采集井的井管与井壁紧密接触。

在井管的上部和下部分别装有上密封装置和下密封装置。

循环水由置于井管底部负压区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入井管上部的正压区，通过花管流出井外与周围岩土体进行热交换后，通过井管下部的花管进入井管内再由潜水泵抽出。

水流在由正压区流到负压区的过程中实现与井周围岩土体的热交换。

2012年12月，由恒有源科技发展有限公司参编的北京市地方标准《单井循环换热地能采集井工程技术规范》（DB11/T935-2013）被北京市质量技术监督局批准发布。

2013年1月，国家发改委环资司就单井循环换热地能采集井技术进行调研，并上报国务院要求给予重要支持。

3、恒有源地能热泵环境系统技术优势

1）、利用可再生能源

恒有源地能热泵环境系统的主要能量（约75%）取自浅层地下，是间接使用太阳能；使用这一系统，将使建筑总能耗的50%以上来自可再生能源。

2）、初始投资少

恒有源地能热泵环境系统初始投资比同样满足供暖、制冷和生活热水要求的其他系统组合低20%-30%。

3）、运行费用低

恒有源地能热泵环境系统采暖用电是电锅炉的1/4，制冷用电低于分体空调的1/2。

4）、保护水资源

恒有源地能热泵环境系统以单井循环换热地能采集井技术为核心彻底免除了传统能量采集过程中对地下水的破坏和污染；不需要冷却塔，杜绝冷却水消耗。

5）、使用区域零污染

使用区域不排放任何气态、液态、固态污染物；不产生热污染及噪声污染。

6）、运行安全可靠

恒有源地能热泵环境系统运行过程无燃烧，不产生高温、高压气体或液体，

不结垢，使用寿命长。

4、恒有源地能热泵环境系统推广应用

到目前为止，恒有源地能热泵环境系统已推广应用了800多项工程，总计建筑面积1000万平方米，地域辐射到拉萨。

建筑类型包括：

政府办公大楼、商业写字楼、住宅楼、大型商场、学校、展览馆、档案馆、体育馆、游泳馆、部队营房、公寓、别墅、宾馆、幼儿园、敬老院、银行、医院、工业厂房、景观水池等。

三、设计依据

1、规范标准

《单井循环换热地能采集井工程技术规范》DB11/T935-2013

《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243—2002

《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242—2002

《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB50274—2010

《供配电系统设计规范》GB50052—2009

《民用建筑电气设计规范》JGJ16—2008

2、设计院提供的资料

总平面图

建筑平面图

冷热负荷

四、设计冷热负荷

方案的冷热负荷按面积热指标估算。

1、总热负荷确定

Qr1=F·q/1000

式中：

F—供暖面积（㎡）

q—供暖平均热指标（w/㎡）

2、总冷负荷确定

Qr1=F·q/1000

式中：

F—制冷面积（㎡）

q—制冷平均冷指标（w/㎡）

3、冷、热负荷计算：

根据相关文件及建筑平面图，参照《全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调•动力分册）》，类比我公司前期承接且已运行的类似工程项目的冷热负荷，根据本建筑物结构类型、各部位使用功能、冬季、夏季室外设计参数以及室内设计参数进行热工计算如下：

序号

建筑类型

面积（m2）

冷指标（W/m2）

热指标（W/m2）

冷负荷（KW）

热负荷（KW）

1

综合

11630

90

70

942

814

根据设计院提供的资料:

1、冬季供暖峰值热负荷5800kW，基础热负荷3265kW，内区冷负荷1150kW；

2、夏季空调供冷峰值冷负荷6500kW；

3、常年热水负荷约为900kW。

五、恒有源地能热泵环境系统设计方案

恒有源地能热泵环境系统由三部分组成：

能量采集系统、能量提升系统、能量释放系统。

能量采集系统以浅层地能采集装置为核心，就如同锅炉系统中煤、燃气、油等燃料。

能量采集系统以单井循环换热系统为核心，采集浅层低温地热能。

能量提升系统利用地源热泵，提升低位能量。

能量释放系统利用末端装置，冬季供暖、夏季制冷。

恒有源地能热泵环境系统原理示意图

（一）能量采集系统

1、能量采集系统选择

能量采集系统是一切热泵类制热系统的关键部份。

系统所需要的热量主要由它来供给。

能量采集装置主要由恒有源地能采集井、潜水泵等组成。

恒有源地能采集井按结构分为两类：

有蓄能颗粒采集井和无蓄能颗粒采集井，根据本工程地质条件，设计选用有/无蓄能颗粒采集井。

有蓄能颗粒采集井在井壁（内径为D）和井管（外径为d）之间依次有阻水层、隔离膜、蓄能颗粒（包括上、下分隔板）等。

循环水由置于井管底部负压区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入蓄能颗粒的上部正压区内。

水流在有蓄能颗粒的环形空间内向下流动至负压区，透过井管下部的花管部份进入井管，再由潜水泵抽出。

水流在有蓄能颗粒的环形空间由上向下的运动的过程中实现热交换。

地能采集井示意图

无蓄能颗粒采集井的井管与井壁紧密接触。

在井管的上部和下部分别装有上密封装置和下密封装置。

循环水由置于井管底部负压区的潜水泵抽出，进入热泵机组放热或吸热后，由热泵机组返回进入井管上部的正压区，通过花管流出井外与周围岩土体进行热交换后，通过井管下部的花管进入井管内再由潜水泵抽出。

水流在由正压区流到负压区的过程中实现与井周围岩土体的热交换。

示意图如下：

2、地能采集井计算

（1）冬季能量采集系统换热量的确定

N=Q热×

=5800×

=4451kW

冬季能量采集井个数的确定

S=N/233KW=4451KW/233KW=20（套）

（2）生活热水能量采集系统换热量的确定

N=Q热×

=900×

=691KW

冬季能量采集井个数的确定

S=N/233KW=691KW/233KW=3（套）

（3）夏季能量采集系统换热量的确定

N=Q冷×

=6500×

=7726KW

夏季能量采集井个数的确定

S=N/326.2KW=7715KW/326.2KW=24（套）

本工程选用地能采集井26套（备用2套），单口地能采集井冬季换热量为**KW，单口地能采集井夏季换热量为**KW，井深**米，井间距15米。

根据项目情况地能采集井设置于东侧及北侧的绿地内，采用暗井方式，成井后井口与普通市政井盖完全相同，保证了其设置不影响整个建筑物的总体布局，并能与周围环境和谐统一。

（二）、机房配置

由冷热负荷可知，方案能量提升系统选用3台YSSR-700A/2地能热泵机组，冬季供暖时，开启两台机组，夏季制冷时开启三台机组，满足建筑冬季供暖、夏季制冷的要求。

YSSR-700A/2地能热泵机组名义工况性能参数如下：

（1）制热名义工况：

冷水进出口：

15℃/10℃，热水进出口：

40℃/45℃，制热量703kW，输入电功率164.5kW。

（2）制冷名义工况：

冷冻水进出口：

12℃/7℃，冷却水进出口：

25℃/30℃，制冷量675kW，输入电功率126.1kW。

YSSR-350A地能热泵机组名义工况性能参数如下：

（1）制热名义工况：

冷水进出口：

15℃/10℃，热水进出口：

40℃/45℃，制热量348kW，输入电功率80kW。

（2）制冷名义工况：

冷冻水进出口：

12℃/7℃，冷却水进出口：

25℃/30℃，制冷量320kW，输入电功率61kW。

2、地源热泵主机特点：

1、配件精良

德国比泽尔品牌压缩机，保证机组高效运行。

世界知名的阀件选型，控制精度高，使用年限长。

2、一机多用

既可以夏季制冷，又可以冬季供暖的需求。

3、节能、环保、品质卓越

环保安全

机组利用浅层地能，实现供热、制冷；运行过程中没有任何气态、液态和固态污染物排放，是目前具有类似功能设备中环保效果最显著、运行最安全可靠一种。

节能高效

机组采用独特的双级冷凝器技术，热交换效率高，耗电量少，整机效率高于传统机组20%，在实际使用工况下，机组制冷时的最高性能系数（COP）可达到6.0以上，制热时的性能系数可达4.5以上。

采用回收技术后，负荷减小，使用寿命相应延长。

运行经济

实现一机多能，初始投资低于具有同样功能的其他设备的组合。

与普通空调相比，在相同制冷效果的条件下，节省电量50%左右。

4、控制系统先进

国际知名品牌的专用热泵控制装置，机组具备各