地源热泵设计方案(9.29)

回龙观F01项目地源（土壤源）热泵系统方案北京大兰宝制冷设备安装有限公司2010年9月27日1目录一、项目简介...............................................................................................................2二、设计依据...............................................................................................................2三、冷、热负荷估算...................................................................................................21、气象参数..........................................................................................................22、冷、热负荷......................................................................................................2四、地源热泵系统介绍...............................................................................................3五、设计方案概述.......................................................................................................81、方案概述..........................................................................................................82、地埋管系统设计..............................................................................................93、设备选型..........................................................................................................9六、经济性分析.........................................................................................................101、初投资估算.......................................................................错误!未定义书签。2、能源费用估算...................................................................错误!未定义书签。错误!未定义书签。32一、项目简介本项目位于北京市昌平区回龙观，项目包括商业建筑面积43989平米，地下车库面积10213平米，总建筑面积54202平米。本方案拟采用绿色环保、高效节能的地源热泵系统作为能源系统，为商业部分提供冬季采暖、夏季制冷。系统末端均采用风机盘管系统。二、设计依据1、《采暖通风与空气调节设计规范GB50019－2003》2、《建筑给水排水设计规范GB50015-2003》3、《通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002》4、《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》5、《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调•动力》6、《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》7、甲方提供的相关资料三、冷、热负荷估算1、气象参数1）气象参数根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中出的北京市设计用室外气象参数进行设计。2、冷、热负荷建设方提供的商业建筑总热负荷为3520kw，折合80w/m2；总冷负荷为38800kw，折合200w/m2。四、地源热泵系统介绍一．地下能量（地能）简介地能是指埋藏在地下的、由于与地表大气温度有差异而可以被人类利用的能源。按照埋藏深度的不同可分为：深层地能（包括深层地热水和干热岩）和浅层地能（主要为浅层恒温层以下的能量）。地能的载体形式有：水、岩石、土壤。深层地能一般温度较高，可以直接利用其热能（如发电、温室养殖、供暖、洗娱等）；而浅层地能一般指地表以下常年温度保持恒定的热能，由于该部分的能量主要靠吸收并储存太阳辐射的能量，因此其与地表大气的温差较小，直接利用其能量效率会很低、不经济，因此对浅层地能的利用需要借用辅助设备。目前的辅助设备主要有水源热泵（通过地下水为介质提取地下的能量）和地源热泵（从浅层土壤中提取能量）。二．地源热泵系统简介1、地源热泵系统的概念地源热泵（Ground-SourceHeatPump），地源热泵的广义理解是指以一切与地有关的能量作为冷热源的热泵，包括以地下水为冷热源的水源热泵、以池塘、河流和湖泊等为冷热源的地源热泵等。这里所指的地源热泵是指狭义的理解，指利用大地作为热源，其通过地下换热器直接与大地土壤进行热交换，而不需要开采地下水的地源热泵。由于在地表以下一定深度的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，这样地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，大大提高效率。而且不需要开采地下水，这样可以消除水源热泵开采地下水所带来的不利影响。此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在冬夏负荷相平衡的情况下，在地源热泵系统中的大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。可以大大减少对化石燃料的消耗，减少对环境4的污染，符合人类可持续发展的要求。2、地源热泵系统的分类地源热泵系统室外地下换热环路（即地下热交换器）采用埋管（即埋置地下热交换器）的方式来实现，埋管方式多种多样。目前国内外普遍采用的有垂直埋管和水平埋管两种基本的配置形式（如图所示）。垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器以一定的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工艺。水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将HDPE管水平的埋置于沟渠中，并填埋的施工工艺。水平埋管和垂直埋管示意图地下热交换器型式和结构的选取应根据实际工程以及给定的建筑场地条件来确定。水平埋管占地面积大，而且水平埋管的地下热交换器受地表气候变化的影响较大，效率较低，因此水平埋管的地源热泵系统在多数场合不适合中国人多地少的国情。因此，在地源热泵系统的室外地下换热系统中，我们重点研究垂直埋管系统。在以下所提到的均为垂直埋管的地源热泵系统。4、地源热泵系统的组成地源热泵冷暖空调系统主要由3部分组成：室外地下换热环路（地下热交换器）系统、地源热泵机组、室内换热系统。室外地下换热环路系统室外地下换热环路系统由埋设在地下的HDPE管（高密度聚乙烯管）、孔内填5充材料和循环水泵及相关附属部件组成。循环水泵驱动HDPE管路中的循环液体（一般为水或加入防冻剂的水溶液），使其不断循环，将地下的能量置换出作为地源热泵系统的冷热源。（1）室内换热系统室内换热系统由室内循环系统、电气自控系统、室内末端系统（多为风机盘管）及相关附属部件组成。该部分的作用是将已经调节好的空气分配到建筑物中去，从而实现建筑物内的供暖和制冷。（2）地源热泵机组地源热泵机组是室外地下换热环路系统与室内换热系统的连接点，其通过输入一定的动力，使压缩机做功，室机组内部的制冷剂进行循环，从而将室外地下环路中的能量传送到室内换热系统中去。5、地源热泵系统工作原理（1）制冷原理在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。地源热泵机组蒸发器中的冷媒吸收室内循环系统中所携带的热量而蒸发，这样就将室内循环系统中所携带的热量吸收至冷媒中，然后压缩机对冷媒做功，将蒸发器中的冷媒蒸汽压缩到冷凝器中，在冷凝器中，冷媒所携带的热量传递给室外的地下热交换器环路系统中，这样冷媒在放出热量后而凝结成液体，并流到蒸发器中，而室外地下热交换器环路系统中的循环液体在吸收了冷媒的热量后，将该部分热量携带到地下，把热量释放到大地中。这样，各环路不断的循环，室内的热量就不断的被转移至地下，从而实现建筑物的制冷。（2）制热原理在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。地源热泵机组蒸发器中的冷媒吸收室外地下热交换器环路系统中与大地所交换的热量而蒸发，这样，就将室外热交换器环路中的热量吸收至冷媒中，然后压缩机对冷媒做功，将蒸发器中的冷媒蒸汽压缩到冷凝器中，在冷凝器中，冷媒所携带的热量传递给室内循环系统，这样冷媒在放出热量后而凝结成液6体，并流到蒸发器中，而室内循环系统的循环液体在吸收了冷媒的热量后，将该部分热量携带到建筑物内，这样，各环路不断的循环，地下的热量就不断的被转移至建筑物内，从而实现建筑物的供暖。6、地源热泵系统的特点高效节能——热泵的运行方式，使能量输入和输出之比，在供热状态可达1:3以上，制冷状态为1:5左右；即使在部分负荷状态下，也能高效运行，运行费用仅为传统中央空调的40～60％。安全可靠——无任何爆炸或燃烧隐患，地下换热器采用高密度聚乙烯塑管，寿命长达50年，少数备用机组即可保证空调正常供给，维修简易，费用低廉。节省投资——不必设置大型中央主机机组，节省机房面积；无锅炉房，节省锅炉房面积，节省煤场面积，节省工人开支；可分期投资，任意扩展空调房间。结构简单——无需锅炉房，无需冷却塔，系统简单清楚，容易与建筑装饰相配合，保持建筑外观美观；无室外机部件，无需除霜。分区灵活——分区容易，设置灵活，各分区调节简单，个别设备的故障，不影响其它区域的使用；非逗留区可随时停用。分户计量——可分户计量核算，计费合理、方便。环保零污染——不需锅炉房，也就没有了煤、油污染，还天空以蔚蓝；地下管路密闭，无任何地下水污染，保大地之纯净。使用范围广泛——既可制冷，又可制热，不需必备集中供热，不需必备地下水，不需必备较大室外面积，凡电力到达的地方，都可应用。地源热泵系统可用于办公楼、宾馆、医院、饭店、商店、超市、学校、别墅、居民小区等各类需要提供冷暖的建筑，并可提供生活热水。其对地质条件要求不严格，地下有无水都可用。地源热泵系统是以地下岩土体为低温热源，由水源热泵机组、地温采集系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热泵系统设有垂直或水平埋设在岩土体中的地埋管换热器，通过地埋管换热器中传热介质的循环流动与岩土体进行热交换，冬季从地下岩土中吸收热量，由热泵机组提升能量品位后将热量释放到建筑7物内，为建筑供暖；夏季将建筑物内的热量释放到地下岩土体中，为建筑物空调供冷。地源热泵系统夏季供冷原理如下图所示：冬季供暖原理如下图：地埋管地源热泵系统利用的浅层地温资源。浅层地温资源储存于地下土壤、岩石和地下水中，地下自然情况复杂，资源的产生、形成、储存、开采利用受到其所在区域的地质、水文地质条件的制约，项目实施前须对工程场区的地质、水文地质条件进行勘查。影响地源热泵系统的地质、水文地质条件因素主要有：地层结构、岩土体热8物性参数等地层条件；地下水含水层的分布、静水位、流速等水文地质条件；地温、水质等物理化学特性。五、设计方案概述1、方案概述本工程设计为统一的地埋管换热器系统，根据冬季热负荷设计室外地埋管系统，并进行