地源热泵中央空调工程设计方案.docx
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地源热泵中央空调工程设计方案
地源热泵中央空调工程
设计方案
第一章地源热泵系统简介
一、地源热泵的发展
1.地源热泵中央空调起源于瑞士1912年的一个专利，而真正意义上的商业使用可以追溯到1938年，近70年的日臻完善使其节能、高效、环保的优势彰显无疑。
2.地源热泵中央空调系统将低位能量转换为高位能量。
以地能为主要能源，以电能为辅助能源，开发、利用地下取之不竭但不易利用的低位能量，通过地源热泵空调系统变为可利用的高位能量。
3.地源热泵中央空调系统不仅满足冬季供暖的需求，又实现了夏季供冷的需求，并巧妙地将部分热量加以回收利用，提供生活热水，使地源热泵机组的COP直（能效比）得到30%-50%勺提高。
4.在欧美、日韩等发达国家，地源热泵中央空调系统已得到了广泛的应用，其中瑞士几乎占到了96%，美国30%，奥地利38%，丹麦27%。
二、国家对可再生能源的支持政策
“可再生能源建筑应用”是指利用太阳能、浅层地能、污水余热、风能、生物质能等对建筑进行采暖、制冷、热水供应、供电照明和炊事用能等。
为促进可再生能源在建筑领域中的应用，提高建筑能效，保护生态环境，节约化石类能源消耗，国家对可再生能源建筑进行了专项资金补助。
可再生能源专项资金支持的重点领域：
（一）与建筑一体化的太阳能供应生活热水、供热制冷、光电转换、照明；
（二）利用土壤源热泵和浅层地下地源热泵技术供热制冷；
（三）地表水丰富地区利用淡地源热泵技术供热制冷；
（四）沿海地区利用海地源热泵技术供热制冷；
（五）利用污地源热泵技术供热制冷；
（六）其他经批准的支持领域。
三、地源热泵系统原理图
地球是一个巨大的恒温体，蕴藏了无穷无尽的能量，无论冬夏季节30m以下的地下水温相对恒定。
地源热泵机组在电能的驱动下，从地下水中源源不断地提取免费的能量，其能效比夏季可高达1:
5以上，远大于其它类型空调主机。
这便是地温冷暖技术的魅力——空前的节能。
四、地源热泵技术简介该系统以地能为主要能源，以电能为辅助能源，开发利用地下取之不竭但不易利用的低位能量，通过先进的地源热泵机组转变为可利用的高位能量。
采用这一设施既可实现冬季供暖，又可实现夏季供冷，并巧妙地将部分热量加以利用形成生活热水。
地源热泵整机由微电脑控制，无需专人值守，自动平衡能量需求,使机组始终
处于最佳的经济运行状态，因此系统具有很高的能效比（1:
4.2--1:
6.0）
第二章地源热泵系统与其他空调形式对比的优势
地源热泵系统与其他空调形式比较的优势：
（1）高效节能：
地源热泵系统与地下能量相交换。
地下土壤的温度一年四季基本恒定在17C左右，略高于该地区平均温度1到2度，这使得地源热泵系统无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。
（2）节能省费用：
地源热泵系统冬季运行时，COP勺为4.7，即投入1KW电能，可得到4.7KW的热能；夏季运行时，COP可达6.4，即投入1KW电能，可得到6.4KW的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍。
而且地源热泵系统热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。
比常规空气源热泵节能50%左右。
（3）环保：
供冷暖时，所吸取和排放的热源都是地表浅层土壤、地下水或地表水，属于清洁可再生能源，不向大气排放废气或废热，没有任何的污染；供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染并节省了室外空间。
（4）舒适：
供冷暖时，通过冷热水经风机盘管（或地板管、墙埋管）交换冷热量，所产生的冷气和暖气（或辐射热）比常规空调的要更柔和，不易感冒，室内空气不干燥。
（5）节省占地面积：
不需设大型独立机房，节省建筑面积，设备可分期投资；省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤棚和渣场，节省了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。
（6）机组寿命长：
热泵机组长期在良好的地下土壤（温度恒定）工况下进行热交换工作，可大大延长机组寿命，热泵机组正常使用寿命可达30年。
（7）一机多用：
地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机三用。
一套系统可以替代锅炉+空调的两套装置或系统。
（8）可分区控制：
每个房间可以单独控制，对于不用空调的房间，可以随时关闭，地源热泵机组会根据室内末端的使用情况，及时调整机组的开启程度。
既可以实现中央空调系统的整体享受，又可达到单体空调局部控制的效果，不存在“大马拉小车”的现象。
地源热泵中央空调系统目前在我国发展较快、使用非常普遍，为建设部重点推荐的空调方式。
其广泛应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑以及别墅、住宅的制冷与供热。
热泵机组自带热回收功能，加装热水罐后即可利用空调余热制取生活热水。
即使在空调不用的季节，也可开启热泵机组制取您所需的大量高质量的生活热水。
制热水效率比家用热水器高数倍，且能耗少。
第三章设计说明
我们作为专业的中央空调设计、销售、施工单位，对中央空调产品
状况感触最深。
人们认识事物的过程往往是需经过实践一理论一再实践—再总结的多次反复的过程。
这些年来我们在空调的设计、施工方面同样经历了上述往复过程，因而使我们在中央空调领域取得了成熟、稳定的发展。
一、工程概况
该项目为河南省恒祥百悦城地源热泵中央空调工程，位于郑州市红专路与经七路交叉口东南角。
总建筑面积约为79万川，包含商业、住宅、办公楼等，其面积分布为：
1、地下车库四层约26万川，
2、1——4层商业约13万川，
3、住宅面积约32万川，
4、办公2#楼面积约8万川.
其中，2#办公楼8万平方，1-4层商业11万平方，地下负一层3万平方，合计22万平方米的建筑要求实现夏季供冷、冬季采暖。
根据本项目建筑的总规划图，及各栋建筑的使用功能，建议室内末端采用卧式暗装风机盘管，冷热源采用地源热泵系统为本项目供冷、供暖。
二、设计依据
本工程空调设计所采用的相关国家标准和规范如下：
《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）
《室内空调舒适温度》GB570-83
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012
《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调动力》（2009版）
《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）
《设备及管道保温效果的测试与评价》（GBJ174-87）国家及地方有关现行使用的建筑安装工程的设计、施工及验收规范
三、方案设计
1、负荷计算
本设计方案中，根据工程的大概情况，结合本工程的使用性质、以往类似工程实例，并考虑到本项目面积较大，空调冷热负荷存在互补的情况及同时使用系数，暂定本项目需求的负荷为：
商业：
夏季冷负荷：
11万川X78W加=8580KW
冬季热负荷：
11万川X55WM=6050KW
负一层及2#办公楼：
夏季冷负荷：
11万川X51WM=5610KW
冬季热负荷：
11万川X45WM=4950KW
合计，总冷负荷为14190KW总热负荷为11000KW
2、主机房设备选型
2.1空调主机设备选型
空调主机是整个系统的核心部件，它的选型直接关系到整个系统能否正常工作、工作效果、运行是否稳定以及长期运行经济性等关键问题。
因此，根据机组特点，结合本工程实际情况（夏季冷负荷与冬季热负荷
相差较大），拟采用冷、热型的地源热泵机组（制冷量2388KW制热量2420KW六台，共同满足本项目夏季供冷、冬季采暖的需求
夏季制冷时，六台空调机组全部开启。
全部采用地埋管井孔进行换热,共同满足本项目夏季供冷的需求；
冬季采暖时，只用开启五台地源热泵机组，能源侧采用地埋管井孔进行换热，即可满足室内热负荷的需求。
2.2空调机房主要设备选型
空调主机房主要设备
序号
设备名称
规格、型号
数量
备注
1
地源热泵机组
制冷量：
2388KW
制热量：
2420KW
6台
能源侧用地埋管
2
空调侧循环水泵
流量为：
500t/h
功率为：
75KW
6台
3
地埋管侧循环水泵
流量为：
530t/h
功率为：
75KW
7台
4
落地式膨胀水箱
1套
含补水定压装置
5
补水箱
1台
6
软化水装置
1套
7
配电控制柜
1项
暂定
建议空调机房设在地下室，地埋管敷设在室外建筑红线与地下室外围线及建筑的桩间。
3、末端设计
空调末端选用风机盘管，风机盘管有三种方式可供选择，包括卧式暗装、卧式
明装、立式明装。
其中卧式暗装需要吊装，也需要吊顶，但卧式安装经过吊顶装修后较其他末端形式美观；同样卧式明装也需要吊装，但不需吊顶；立式明装机组放置位置较低，会有人为的机组不稳定因素存在。
根据具体情况，我们充分考虑建筑物整体结构及装修效果，建议采用卧式暗装
风机盘管，风机盘管可采用侧送风或下送风，这样既能满足良好的空调效果，又增加了房间的美观度。
根据各个房间的使用功能及性质，空调末端我们采用不同的控制方式，室内我们设计每台风机盘管配一套三速开关，设高、中、低三档，可以根据需求，人工地调节热（冷）量及风量的大小。
四、能源系统的计算
根据本项目选用了九台机组，其中七台机
组采用地下换热器进行换热，另外两台机组采用冷却塔进行换热。
具体的地下换热器的数量及冷却塔的大小计算如下：
1、地下换热器设计计算
冷热源采用安装灵活、易于控制的埋管式
土壤源热泵系统，也称土壤耦合式热泵系统。
该系统是以水作为冷热量载体，水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。
冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。
夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组。
通过地源热泵机组给室内供冷、供热。
根据项目负荷计算结果可知，该项目制冷量为14190KW制热量为11000KW的机组采用地下换热器。
因此该项目室外地埋管数量计算如下：
a.冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。
b.可以由下述公式计算:
其中Q1——夏季向土壤排放的热量，kW
Q1夏季设计总冷负荷，kW
Q2——冬季从土壤吸收的热量，kW
Q2——冬季设计总热负荷，kW
COP1――设计工况下地源热泵机组的制冷系数
COP2――设计工况下地源热泵机组的供热系数
则根据上述公式得夏季的排热量为16428KV，冬季吸热量为11538KW
c.确定地埋管总长度
竖井埋管的长度取决于单位埋管的换热能力，计算公式如下：
LQ1000W
其中L――竖井埋管总长，m
Q'换热器最大换热量，kw
W单位管长换热量，w/m
根据经验以及土壤换热，建议双U地埋管夏季暂考虑选取45W/m冬季选取
35W/m的换热能力。
贝U本工程需要地埋管的长度为：
夏季制冷时:
6*（2388+350）KW*100S45W/m=365067
冬季采暖时:
5*（2420-497）KWMOOO35W/m=274715m
根据上述公式得，夏季需要的管长为365067m冬季需要的管长为274715m夏季的管长大于冬季，所以根据夏季的进行埋管布置
d.确定竖井数目及间距
其中N――竖井总数，个
L――竖井埋管总长，m
H――竖井深度，m地埋孔井孔深度暂按120米计，则需井孔数量分别为：
365067n^120M/"3043孑（（井）
由此，本项目最大
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