地源热泵方案长治医院.docx
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地源热泵方案长治医院
地源热泵中央空调系统方案介绍
一、项目概况
本项目为长治郊区医院，位于长治市，根据甲方提供资料，主要为门诊及住院楼，一期建筑面积为72696㎡，其中地上面积50089㎡，地下面积22623㎡，其中设备用房面积为8011，车库面积为14612；二期建筑面积为30374㎡，其中地上面积15041㎡，地下车库面积15332㎡。
需要配置空调满足冬季的采暖使用要求，本方案采用地源热泵机组提供冬季热源。
二、方案设计依据
（1）甲方提供的相关数据与图纸
（2）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
（3）《空气调节设计手册》（第二版）
（4）《通风与空调工程施工及验收规范》（GB50243—2002）
（5）《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366—2005）
（6）其它国家有关规定及规范
三、方案参数
（1）室外参数
内容
季节
室外干球
温度（℃）
室外湿球
温度（℃）
室外风速
（m/s）
大气压
（hpa）
夏季
31.6
26.9
2.6
1004.8
冬季
-15
——
3.1
1026.6
（2）室内参数
季节
房间功能
夏季温度
冬季温度
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
房间
--
――
18℃±2
――
四、负荷计算
1）冬季采暖负荷部分
（1）房间空调负荷
序号
名称
负荷
备注
1
地上部分
80
节能建筑负荷估算指标
2
设备用房
50
3
地下车库
20
防冻即可
按照节能建筑计算
高层建筑按照逐时计算负荷在40以下，此冷负荷估算足够大。
根据本项目的建筑面积和以上负荷指标，计算本项目相应的总热负荷为：
65130m2X80w/m2X0.001=5210kw，
8011m2X50w/m2X0.001=400kw，
29944m2X20w/m2X0.001=599kw本项目的总热负荷为：
6209kw。
五、技术方案概述
1、主机选型方案
根据上面计算的冷热负荷和本项目的建筑物的使用特点，本项目选用地源热泵机组制热，电锅炉加蓄热水箱调峰的方案。
主机选用美国劳特斯地源螺杆式冷水机组，标准工况制冷量1618KW4台;电锅炉650kw的2台：
考虑机组的冷量衰减和参数准确性，保守估算选用单台机组在地源工况下热量为1618kw的机组。
制热设备
制热量
台数
合计热量
地源热泵机组
1618kw
4台
6472kw
电锅炉
650kw
2台
1300kw
调峰
7772kw
北方地区冬季制冷月时间长，考虑地埋土壤热平衡问题，以上配置满足本项目使用。
2、室外埋管系统设计方案
根据长治周边地区的地质条件所做的热响应测试和同类型机组的实际运行参数，采用双U的PE100管，井深100米；地埋管冬季每米的吸热量，50米以内大约36w/m，50米以下大约为60w/m，即每口井的吸热量为4.8kw。
根据本项目计算的冷热负荷来计算打井数量。
制热运行时，系统总的吸热量为：
6472kw-1500kw（机组电功率）=4972kw
所需井的数量为：
4972kw/4.8kw=1036口。
根据甲方指定的可以打井区域的大小和国家颁发的《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366—2005）的两口井的间距（3～6m）以及实际应用中为了保证温度场不相互影响和必要的安装空间，本方案建议井间距为6m。
六、运行方式费用分析
1、采暖热负荷
使用地源热泵方案，冬季从地下提取热量，夏季应该适当补充，由于本项目以采暖为主，夏季补充量很少，就要通过地下从周围土壤中传热。
但如果急速大量提取，地埋管附近温度会很低，运行一段时间后出现出水温度过低的情况。
本方案围绕此原理，在冬季高峰期，采用调峰锅炉，以避免上述情况发生。
2、本方案采暖热负荷特性
采暖热负荷主要构成于两部分，一是围护结构热负荷，二是冷风侵入热负荷。
因此，热负荷的关键因素是室外温度。
下图是室外温度日趋势曲线，可看出，全天最大负荷出现在早晨5点到7点。
其他时间达不到最大负荷。
全国现在鼓励峰谷电价，增加蓄热水箱（消防水池改造）运行费用大量节省。
3、运行方式
a、供暖期开始和结束的各一个半月。
热负荷小于4800kw（三台主机可供热）时，根据温度需要，轮流开地源热泵主机三台。
耗电低，地下温度能得到充分时间平衡。
b、供暖期中期的一个半月。
热负荷大于4800kw小于7772kw（三台主机不够，四台够供热）时，白天轮流开地源热泵主机三台，夜间四台全开（夜间负荷大）。
夜间适当开电锅炉，低温蓄热（低温蓄热热损失小）。
白天电费高峰期，负荷大时使用蓄热水箱。
c、全年最冷半个月。
热负荷大于7772kw（四台主机不够供热）时，白天轮流开地源热泵主机三台，夜间四台全开（夜间负荷大）。
夜间全开电锅炉，全负荷蓄热。
白天电费高峰期，负荷大时使用蓄热水箱。
此运行方式主要考虑到土壤热平衡和节省运行费用。
4、运行费用比较
按照最冷半月的一天负荷（设计最冷负荷达到100%几乎没有可能）。
全天24小时，22点到7点负荷90%，7点到10点负荷80%，10点到13点负荷70%,13点到17点负荷60%，17点到22点负荷80%。
（见附表）
六、地源热泵空调系统介绍
根据本项目的特点和项目建设的外部条件，本设计采用高效、节能、环保的地源热泵空调系统。
其工作原理图如下所示：
（1）地源热泵系统简介
地源热泵技术利用大地表层中恒定的温度以及储存于地下土壤层中近乎无限的可再生低品位热能（可称为地表热能），通过输入少量的高品位能源（如电能），实现了低温热源向高温热源的转移，地表土壤浅层（包括地下水）分别在冬季和夏季作为低温热源和高温冷源，能量在一定程度上得到了循环回用，在满足建筑基本功能的同时，最大限度地实现了节能与环保的目标，符合当今世界的发展方向，是最有希望在住宅、学校、商业、公用建筑供热制冷空调领域发挥重要作用的新技术。
地源热泵是一种较低的费用向房屋供暖、供冷和加热生活热水的优异空调系统。
美国环境保护局已经宣布，地源热泵是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。
它比空气热泵系统可节省能源40%以上，比电采热节少能源70%以上。
它比最好的燃气炉的效率平均提高48%，比燃油炉的效率高出75%。
（2）地源热泵系统在建筑领域中应用的优势
☆可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
地表浅层地热资源可以称之为地能（EarthEnergy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。
地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。
它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。
这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
☆属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。
另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
☆环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。
虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。
该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，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，且不用远距离输送热量。
☆一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
☆高效、节能，节省运行费用
电采暖或燃煤（油、气）采暖是将电能或燃烧能直接转化为热量，能量利用率小于100％，消耗1KW电能只能得到小于1KW的热量。
而利用热泵，则可得到几倍于消耗电能的能量,一般消耗1KW电能可以得到不小于4KW的热量，能源利用率为电取暖和燃烧取暖的四倍以上。
地源热泵是利用地下土壤或水体温度冬季比环境温度高，夏季比环境温度低，始终恒定在10℃～25℃的状态，使热泵机组运行效率上升，其能效比可高达4.5～6.5，而一般风冷热泵机组只能达到2.3～3.0，所以可以比常规空调节省40％～60％的运行费用。
☆冬夏两用，应用范围广
由于地下土壤温度常年恒定，无论是酷暑还是寒冬，地源热泵都能高效制冷、制热，不用担心别家的分体空调机组效果不好的情况发生在自己身上。
☆运行稳定可靠，寿命长
地下土壤和水源温度一年四季相对稳定，其温度波动远远小于空气波动。
所以机组可以全年稳定运行，不受外界气候变化的影响，而且系统简单，运动部件少，自动控制程度高，保证了其运行可靠性，其寿命可长达25年以上。
☆可实现区域控制，随意调节制冷、制热
地源热泵机组可组成多个独立系统对建筑物进行区域性控制，各区域可按各自不同的需要单独进行制冷或制热，而且不受季节、气温的影响，永久保持高效运行。
☆结构简单、节省投资
无需锅炉，无需冷却塔，没有室外机组，系统简单，只需要少量的机房，节省建筑使用面积和人工维护开支，不影响建筑物美观，加上其高效节能性，运行费极低，只需2～4年便能收回比常规空调多余投资。
虽然地源热泵空调系统首期投资比常规空调要高，但其稳定可靠的性能、极低的运行费用，可使用户长年受益。
所以从整个投资期来分析，地源热泵系统是所有空调系统中投资最小的。
在有条件利用绿化地带、道路的情况下，不占用其它有效建筑区域，可以减小土地使用面积。
在欧美发达国家，对地源热泵尤为青睐，特别是美国、加拿大及北欧地区。
仅仅美国就已65万个地源热泵系统，占美国空调保有量的25％以上。
美国地源热泵联合会统计：
美国的地源热泵每年为美国节约了1400万桶原油。
美国会计总署统计：
地源热泵系统为每年为美国节约能源费高达数十亿美元，而且减少温室气体排放40％。
可以预见：
地源热泵空调将是21世纪最有效、最畅销的空调。
（3）地源热泵室外埋管设计：
根据我们多项地源热泵空调系统工程的实际设计和工程实施经验，地源热泵空调系统因为利用地下土壤为冷热源，系统的设计要考虑到本建筑的地下土壤结构和现场施工条件，结合建筑具体的工程实施情况，特别是当地地质条件、地下土壤的物性参数的实际情况。
根据项目所在地的土壤成分和地质结构，并结合室外现场情况，室外埋管系统设计采用双U型的垂直耦合埋管，提高埋管换热效率。
室外埋管集管设计形式：
采用地下建井的分水器、集水器形式，使每个垂直埋管的U型管内水流状态为紊流状态，保证室外埋管循环系统的水力平衡。
并有利于系统的维护和检修。
垂直埋管材料：
为保证地下埋管的安全应用和使用寿命，埋管管材选用型号HDPE-100、管径：
Ф32壁厚：
3MM，此管道材料耐压：
1.5MPa
埋地U型管U型弯头采用电融焊接，确保管道接头的连接强度和焊接质量。
埋管回填材料影响埋管耦合换热器的换热效率和使用寿命。
本系统设计采用一部分沙石回填和一部分混凝土等混合配比材料回填，采用混合配比材料不仅增大埋管换热系数而且还能起到保护地下埋管管道的作用。
（4）室外系统施工内容
1、垂直埋管系统：
包括钻孔、埋管、回填、管道打压实验等。
2、联络管系统：
包括管道安装、打压、回填等。
3、主管道系统：
包括管道支架制作安装、管道安装、阀部件安装、打压、保温等。
双U型垂直耦合埋管换热器图
（5）所有管路都采用PE管。
PE管的性能特点：
●良好的卫生性能
PE管加工时不添加重金属盐稳定剂，材质无毒性，无结垢层，不滋生细菌，很好的解决了城市饮用水的二次污染。
●卓越的耐腐蚀性能
除少数氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀；无电化学腐蚀。
●长久的使用寿命
在额定温度、压力状况下，PE管道可安全使用50年以上。
●较好的耐冲击性
PE管韧性好，耐冲击强度高，重物直接压过管道，不会导致管道破裂。
●可靠的连接性能
PE管热熔或电熔接口的强度高于管材本体，接缝不会由于土壤移动或活载荷的作用而断开。
●良好的施工性能
管道质轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。
七、设备选型及方案比较及投资分析
序号
设备名称
单价
（万元）
数量
总价
（万元）
备注
1
地源热泵机组
85
4台
340
2
地埋管系统
0.6
1036口
622
每口井6000元，1036口井。
3
电锅炉
20
2台
40
4
蓄热水箱改造
0.08
250吨
20
5
配套水泵及辅机
25
1套
25
地埋循环泵、蓄热循环泵、供热循环泵、换热器
6
自控系统
10
1套
10
7
机房工程
50
1套
50
合计
1107万元
劳特斯空调设备有限公司太原办事处
2011/9/7
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