地源热泵热泵方案空调系统总体设计+地源热泵热泵设计.docx
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地源热泵热泵方案空调系统总体设计+地源热泵热泵设计
一、空调系统总体设计方案
1.1工程概况
1.1.1工程建筑概况
本工程本工程位于,为厂区中控楼主楼,应贵方的要求对该区进行投资和概算分析；使用面积约7000nl2,建筑面积11600褶,主机采用地源热泵空调机组,室内末端为盘管加新风系统.
1.1.2系统总冷热负荷计算
根据居住建筑节能设计标准,经负荷系数计算法,同时考虑外界环境不可预见因素,本工程总体夏季冷负荷指标150w/nf,冬季热负荷指标120w/nf;工程总设计负荷：
住宅夏季总冷负荷：
150w/nfX7000m2=1050kw;
住宅冬季总热负荷：
120w/m2X7000m2=840kw;
因此选用制冷量为1056kw的地源热泵机组制冷供暖,末端采用风机盘管系统.
1.2设计依据
1）?
采暖通风与空气调节设计标准?
（GB50019-2003）
2）?
地源热泵系统工程技术标准?
（GB50366-2005）2021版
3）?
通风与空调工程施工及验收标准?
（GB50243—2002）
4）?
给排水管道施工及验收标准?
（GB50286-97）
5）?
建筑给水排水设计标准?
（GB50015-2003）
6）«电气装置安装工程施工及验收标准?
（GB50254/9-1996）
7）?
建筑安装分项施工技术操作标准?
（DB21-900-1996）
8）?
外墙外保温工程技术规程?
（LGL144-2004）
1.3主机选型
本工程设计根据实际情况设置一个机房.主机选用集团生产的型号为
SRBLG1060H地源热泵机组一台,总制冷量1050kw,总制热量840kw,满足建筑制冷、采暖的需要.
1.4地埋管系统设计
根据工程现状和建筑场地条件,采用竖直双U埋管的形式.换热管采用外径25mmPE100聚乙烯管,设计在厂区空地范围内打孔,孔径150mm,设计打孔深度100m,孔间距4.0m,每口井占地面积20褶.按每米换热60W算,每口井可换热60w/m*100m=6kw,那么需打井175口.埋管考虑避让其他专业管线,如给排水管、电缆等,同时考虑管路热量损失、成孔困难、预留进出重型设备及车道位置等情况,暂按成孔率90%计算.由于
埋管数量比拟多,为便于检修,将换热孔分为多个分区,并设检修井.埋管区域地埋管水平干管埋深在地下1.8m以下〔避开其他专业管线〕.
1.5初投资概算
1.5.1机房设备及安装投资概算
单位：
万元
厅P
设备名称
规格及型号
单位
数量
单价
合价
备注
1
地源热泵机组
SRBLG1060H
台
1
59.87
59.87
2
空调循环水泵
80-125（I）/2-11
台
3
0.81
2.43
两用一备
3
地埋侧循环水泵
125-160B/2/15
台
3
0.9
2.7
两用一备
4
定压补水装置
RXBP1400
套
1
3.88
3.88
5
电子水处理仪
DN250
台
1
0.56
0.56
6
配电限制柜
套
1
7.00
7.00
7
设备小计
76.44
8
管材管件费
项
1
10.00
10.00
9
机房安装费
项
1
6.00
6.00
合计：
玖拾贰万肆仟肆佰元整¥:
92.44万元
注：
此报价为空调系统机房设备及机房安装报价.
1.5.2末端设备及安装投资概算
单位：
万元
厅P
设备名称
规格及型号
单
数
单价
合价
备注
位
县里
〔万元〕
〔万元〕
8
风机盘管
项
1
18.50
18.50
9
末端管材费用
项
1
10.00
10.00
10
末端安装费
项
1
7.20
7.20
合计：
叁拾伍力柒仟兀整¥:
.35.7万兀
注：
1、以上设备按甲方提供图纸计算统计.
2、如需分户计量,需要加计量表和计量附件
1.5.3工程总造价
单位：
万元
厅P
工程名称
分项名称
分项价格
投资报价
备注
1
机房设备及安装
设备费用
86.44
92.44
安装费用
6.00
2
末端设备及安装
设备管材费用
28.50
35.7
安装费用
7.2
3
地埋管费用
157.5
157.5
4
2个测试孔费用
20
20
合计：
叁佰零伍万陆仟肆佰元整¥:
305.64万元
注：
1、此打井费用根据软土层100m计算,最终价格应根据地质勘测报告及最终图纸据实结算.
2.、系统机房,就近安置.
1.5.4机房运行治理说明：
一个中央空调系统使用以后的运行治理,决定着中央空调系统的实际运行费用的多
少.要减少这方面的开支,除了全面抓好各项治理工作外,重点是在保证中央空调系统
平安正常工作的前提下,尽量减少系统的冷热损失,提升各设备的工作效率,降低电、水、油以及制冷剂的消耗,使系统能够经济地运行,使运行费用降到最低.为此,要根据系统与设备的类型、特点,结合具体工程的空调要求与限制标准、建筑形式与外围护结构的特征、当地室外气象条件等,制订出切实可行的经济节能运行治理举措.
经济节能运行举措应包括需要注意在哪些方面不同于常规的做法,具体采用哪些措
施等,以下制订的经济节能运行举措条文,供用户参考：
1.注意室内负荷和室外天气的变化情况,及时调节供冷〔供热〕量.
2.增强空调系统的堵漏和保温工作,杜绝跑、冒、滴、漏,维护好管道的保温层,减少热损失.
3.尽可能使设备在较高效率范围内工作.
4.合理搭配运行的多台同类设备,使其总容量与所需提供的冷〔热〕量、水量、风量、压力相匹配.
5.当中央空调系统为间歇运行方式时,要结合天气、室内负荷、建筑的外围护结构等情况选定适宜的开停机时间.
6.保证自控系统的良好工作状态,发挥其快速、及时的调控作用.
7.做好水处理工作,严防腐蚀发生、水垢生成以及微生物的生长和繁殖.
1.6运行费用分析
年运行费用主要按冬夏两个季节计算,夏季运行根据每天运行10小时,运行150
天：
冬季每天运行10小时,运行90天算.据此,进行年运行费用分析.其结果如表所示.
地源热泵机组机房运行费用分析
单位：
元
计算工程
功率
负荷率
运行时间
计算过程
计算结果
夏季
机组最大功率
189.4KW
负荷率
100%天
数
20
189.4
1
10
20*10*189.4*100%
37880
负荷率
75伙数
35
189.4
0.75
10
35*10*189.4*75%
49717.5
负荷率
50%^数
50
189.4
0.5
10
50*10*189.4*50%
47350
负荷率
25%e数
45
189.4
0.25
10
45*10*189.4*25%
21307.5
合计耗电量
156255
夏季水泵耗电量
52
1
10
150
52*10*150
78000
夏季总耗电量
234255
夏季总运行费用
电价
0.6
140553
平均每平方米夏季运行费用
面积
11600
12.12
冬季
机组最大功率639KW
负荷率
100%天
数
7
251.6
1
10
7*10*251.6*100%
17612
负荷率
75伙数
20
251.6
0.75
10
20*10*251.6*75%
37740
负荷率
50%^数
28
251.6
0.5
10
28*10*251.6*50%
35224
负荷率
25伙数
35
251.6
0.25
10
35*10*251.6*25%
22021
合计耗电量
112591
冬季水泵耗电量
52
1
10
90
52*10*90
46800
冬季总耗电量
159391
冬季总运行费用
电价
0.6
95634.6
平均每平方米冬季运行费用
面积
11600
8.24
全年
总耗电量
393646
总运行费用
电价
0.6
236187.6
平均每平方米运行费用
面积
11600
20.36
、地源热泵系统介绍
2.1地源热泵的概念
当今社会,环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事,如何解决这一问
题,已成为全人类的课题.在这种背景下,以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生,而开发浅层地热能的热泵空调系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统.
浅层地热能是赋存在地球表层岩土体或地表水中的低温地热资源,是一种新型的优质清洁能源,具有可再生、分布广、储量大、清洁环保、经济实惠、平安性强和可用性强等特点.它是地球浅表层数百米内（<200米）的土壤岩石和地下水中或地表水中所蕴藏的一种低温热能,其能量主要来源于太阳辐射和地球梯度增温.与深层地热相比,浅层地热能分布广泛、储量巨大、再生迅速、采集方便、开发利用价值更大.主要采用热泵系统（包括地源热泵、水源热泵、地表水源热泵等）进行开发利用.
2.2国家能源政策支持
我国政府高度重视并鼓励浅层地热能的开发利用,先后出台了一系列国家政策.
1）2005年2月28日,国家主席胡锦涛公布33号主席令：
2006年1月1日?
中华人民共和国可再生能源法?
开始正式实施.地热能的开发与利用被明确列入新能源所鼓励开展的范围.
2）2005年11月29日,国家开展和改革委员会制订并公布了?
中华人民共和国可再生能源产业开展指导目录?
“地热发电、地热供暖、地源热泵供暖或空调、地下热能储存系统〞被列入重点开展工程；“地热井专用钻探设备、地热井泵、水源热泵机组、地热能系统设计、优化和测评软件、水的热源利用〞等被列为地热利用领域重点推荐选用的设备.
3）2006年8月,国家财政部发布?
可再生能源开展专项资金治理暂行方法?
中明确提出“增强对可再生能源开展专项资金的治理,重点扶持燃料乙醇、生物柴油、太阳能、风能、地热能等的开发利用.〞其中第二章有关“扶持重点〞第七条中提出“在建筑供热、采暖和制冷的可再生能源开发利用,重点支持太阳能、地热能等在建筑物中的
推广应用.〞
4）2007年1月,建设部发布?
建设事业“十一五〞重点推广技术领域?
确定了“十一五〞期间九大重点推广技术领域,其中“建筑节能与新能源开发利用技术领域〞中重点推广太阳能、浅层地热能、生物质能及其他能源利用技术；其中重点推广建筑节能改造技术：
供热采暖制冷系统节能改造技术.
5）2007年6月,国务院发布?
国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知?
（国发[2007]15号）,明确提出要“大力开展可再生能源,抓紧制订出台可再生能源中
长期规划,推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设,增强资源调查评价.
6）2021年8月,为贯彻国务院关于节能减排战略部署,深入做好建筑节能工作,国家财政部、建设部联合发出?
可再生能源建筑应用城市示范?
的通知,以调整建筑用
能结构为目的,以可再生能源城市级规模化应用为根本途径,以工程示范为重点,坚持
不懈推进节能减排,提升可再生能源建筑应用比例,实现社会经济的可持续开展的目标.
2.3地源热泵的优势
1、属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球外表浅层地热资源〔通常小于120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,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.
2、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,即投入1kw电能可以平均获得4.0kw以上的冷量或热量.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.设计安装良好的地源热泵,平均来说可以节约用户30%〜40%的的运行费用.
3、环境效益显著
传统的中央空调以煤、石油、天然气等燃料为主要能源,众所周知这些能源在不断的减少,总有一天,会接近枯竭；而地源热泵中央空调以地下储存的热量为主要能源,这种能源取之不尽、用之不竭.
煤、石油、天然气等燃料的价格逐年上升,而地热资源由于来源于太阳的无私奉献,完全免费.
传统的中央空调以煤、石油、天燃气等燃料为主要能源,在消耗和转换的过程中,造成严重的环境污染.经权威部门测试,燃烧一吨原煤向空中排放15公斤粉尘,20公
斤二氧化硫、7公斤氮化钾,而地源空调在使用中不释放任何对环境有害的污染物.
4、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.
5、维护费用低
在同等条件下,采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用.地源热泵非常耐用,它的机械运动部件非常少,所有的部件安装在室内,从而防止了室外的恶劣气候,因此地源热泵是免维护空调,节省了维护费用,使用户的投资在3〜5年左右即可收回.
止匕外,机组使用寿命长,均在20年以上；机组紧凑、节省空间；自动限制程度高,可无人值守.
2.4地埋管式热泵系统简介
地源热泵系统原理图
外置式土壤源热泵系统流程示意图
地埋管式地源热泵分类
地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统,它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点,同时又不需要抽取地下水作为传热的介质.地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端,是一种真正可持续开展的建筑节能的新技术,而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点.
土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：
水平式土壤换热器,垂直U型
式土壤换热器,垂直套管式土壤换热器,热井式土壤换热器,直接膨胀式土壤换热器.
1〕水平式土壤换热器
水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中,一般的设计埋管深度在2〜4
米之间,在只用于采暖时,土壤在整个冬天处于放热状态,沟的深度一定要深,管间距要大.
2〕垂直U型式土壤换热器
垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下,因此与水平土壤换热器的比拟具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点.
3〕垂直套管式土壤换热器
换热器有内套管和外套管的闭路循环系统,水从外套管的上部流入管内,循环时,水沿外套管自上至下的流动,从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管.
套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅,钻深孔困难的地表层使用.通过竖埋单管试验,套管式换热器较U型管效率高20〜25%.竖埋套管式孔距在3〜5m,孔径在150〜200mm,外套管直径①63〜①90〜①120mm,内套管直径①25〜①32mm.目前在欧洲的瑞典采用较多的套管式土壤换热器,如下列图所示：
垂直套管式土壤换热器埋管方式热井式土壤换热器埋管
地热换热器的传热性能在很大程度上依赖于土壤的热物理性质.由于岩土类型〔包
括粘土、砂石或岩土等〕、岩土湿度在不同国家、不同地区、不同城市,甚至在同一城市的不同片区都互不相同.因此,设计和安装地热换热器有许多不确定的因素.这些不确定因素都不同程度地影响着地热换热器的传热性能,进而影响地源热泵空调系统的正
常运行.设置在不同场合的竖直埋管地热换热器会涉及不同的地质结构,包括各地层的
材质、含水量和地下水的运动等,这些必然会影响到地热换热器的传热性能和地源热泵空调系统的正常运行.在设计过程中应该尽可能地弄清楚这些因素对地热换热器性能的影响,包括进行必要的现场测试,土壤热物性最好在现场用专门的仪器进行测定.
不同岩土热物性参数的单位并深换热量
岩土类别
热导率
[W/（mK）]
比热容
[J/（kgK）]
密度
[kg/m3]
单位并深换热量
[W/m]
页岩
0.835
840
2046.9
33.79
石灰岩
0.984
890.4
2281.9
39.31
砂岩
1.838
1008
2616.8
63.78
大理石
3.489
924
3256.4
96.52
由上表可以看出,钻孔地点的岩土物性参数对单位埋管换热量的影响非常大.
因此,
设计地源热泵前,掌握准确的岩土物性参数是非常必要的,研究说明,土壤的地源热泵
的性能系数COP要比潮湿土壤的COP35%,当土壤储水量低于15%时随着含水量的降低,热泵的循环性能系统迅速下降.土壤含水量在25%以上,土壤源热泵的性能将会得到有效的提升,发含水量超过50%后,随着含水量的增加热泵循环性能系数提升的趋势减缓.土壤含水量从50%增力口至IJ100%,7其COP仅增1.5%
1、岩土体热物性参数有含水率、密度、饱和度、比热容、热导率
根据测试,以上参数均以大者其换热效果好.而纯土壤、纯砂、土砂比分别为1:
2
及2:
1的混合物四种不同的测试对象中,以土砂混合比为1:
2的热导率最大,因此假设在土壤中的换热器的回填土采用土砂混合比例1:
2的土砂混合物,可以提升埋地换热
器周围的局部换热量.
地埋管的敷设
现在常用的地埋管形式,由于受场地的限制,大多工程采用垂直埋管方式
厅P
工程
内容
厅P
工程
内容
1
地埋管类型
垂直地埋管
8
循环液平均流速
De32,>0.6m/s
水平地埋管
De25,>0.4m/s
2
换热器材料
PE100
9
PE管连接
热熔
3
换热器形式
De32单U形管
电熔
De25双U形管
10
地下换热影响因素
土壤热物性
4
垂直埋管间距
4〜6m
土壤温度特性
5
埋管井深
50〜180m
地下水渗流
6
回填材料种类
原浆回填
钻孔内热阻
混合料
钻孔回填材料
7
循环液
水
乙二醇水溶液
盐溶液
不同地区地源热泵设计考前须知
地源热泵的使用具有很强的地域性,南方、北方、中原地区各不相同,南方地下温度较高,北方地下温度较低,而南方以制冷为主,向地下排放热量大于吸热量.北方以采暖为主,从地下吸收的热量大于排热量,形成地下热量不平衡的矛盾.要解决地下热
平衡问题需做到如下几点：
首先是对拟建工程进行全年动态负荷计算,这是设计地下埋管换热器大小的依据,对于北方地区,可以根据夏季冷负荷设计土壤换热器的尺寸,对于南方地区,可以根据冬季向土壤的吸热量来计算换热器的尺寸大小.
系统设计前掌握和了解地下埋管换热器周围土壤温度场的分布,借助于数学和工程
软件,对埋管周围的土壤温度场分布进行数值模拟,有利于合理设计地下换热器的埋深、数量及间距,对提升热泵系统的性能系数和经济性,降低系统初投资具有重要意义.
对存在冬夏两季从土壤中吸排热不平衡的地区,应对地源热泵系统辅以其它冷热形式来平衡埋管换热器需要多向土壤吸取的热量.而南方地区,平衡夏季向土壤排热量可
以采用辅助冷却塔散热、利用建筑周围的景观喷泉或者地表水来消除峰值负荷.另外就
是选取带热回收功能的机组,通过利用制冷机的冷凝废热来制取生活热水而减少了系统对土壤的热排放,也能起到缓解土壤热平衡的目的.
及时对各个地区已建土壤源热泵工程的设计和系统运行情况进行数据和经验总结,分析土壤源热泵技术在各个地区应用的气候、土壤地质条件,从而为后期的工程应用提供技术参考.
三、牌地源热泵机组简介
一、地源热泵机组简述
地源热泵〔Ground.Source.Heat-Pum©〔又称地源中央空调,水源热泵〕是利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能置转换的供暖制冷空调系统.它利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性：
冬季：
当机组在制热模式时,就从土壤/水中吸收热量,通过电驱动的压缩机和热交换器把大地的热量集中,并以较高的温度释放到室内.
夏季：
当机组在制冷模式时,就从土壤/水中提取冷量,通过机组的运行将冷量集中,送入室内,同时将室内的热量排放到土壤/水中,到达空调的目的.
可以看出,用一套地源热泵设备即可满足供热和制冷的要求,同时还可以提供生活
热水,减少了设备的初投资,是最经济的节能环保型中央空调系统.
二、机组工作原理
用户
冷热供
水
水-水冷暖中央空调
机组工作原理图
水一水冷暖中央空调利用地下
水〔深井水,泉水以及地热系统尾水〕、地表水〔河水、湖水、海水〕、生活废水和工业温水〔工业设备冷却水、生产工艺排放的废温水〕,借助制冷循环系统,通过消耗少量的电能,在冬天将水资源中的低品质能量
“汲取〞出来,经管网供应室内空调或采暖系统；夏天,将室内的热量带走,并释放到水中,以到达夏季空调
的效果.
三、机组系统原理
低温气态制冷剂R22由压缩机吸气阀经压缩机压缩,变成高温高压制冷剂气体,然后进入冷凝器将热量传递给冷却水产生供暖热水,R22冷凝为常温高压液态制冷剂.
从冷凝器出来的液态制冷剂经枯燥过滤器去除水分和杂质,流经电磁阀,经热力膨胀阀
节流降压后变成低温低压液态制冷剂进入蒸发器.在蒸发器中低温低压液态制冷剂吸收循环冷水的热量不断蒸发,到达蒸发器出口时已全部变成低温低压的过热干蒸气,再回
到压缩机吸气阀.降温后的冷水到达使用要求,由蒸发器冷水出口排出.如此反复循环,到达供热或制冷目.
四、地源热泵机组的分类
我公司的地源热泵有两种：
一种为普通型：
工质采用R22,冬季最高温度为55C,最低温度为7C；采用“大温差,小流量〞的设计思路来设计.
另一种为高温型：
采用台湾复盛螺杆压缩机,它专为134a设计的,能效比高,出水温度最高可达65C；五、地源热泵机组的五大优点
供热时可代替锅炉房系统,没有燃烧过程,防止了排烟污染,供冷时省去了冷却塔,避免了冷却塔噪音及霉菌污染,使环境更加洁净优美.
冬季投入1KW电能可得到4KW左右的热能；夏季,投入1KW电能,可得到5KW以上的冷量,能源利用率为电采暖方式的3--4倍以上.
省去了锅炉房以及与之配套的煤场和磴场,节约了土地资源.
以水为源体,吸收或向其释放热量,从而到达供暖或制冷的作用,既不消耗水资源,也不会对其造成污染.
通过一套系统来实现供冷和供热,一次性投资只有传统制冷制热投资的1/2-2
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