别墅地源热泵中央空调系统工程

12010西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统工程方案书Project陕西永昌机电工程有限责任公司二零一零年西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书2一、项目概况二、设计原则及设计依据三、设计说明四、设备选型五、初投资估算六、前期说明七、地源热泵技术介绍西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书3一、项目概况1.1项目概况该项目位于西安市。单套别墅总建筑面积为500㎡，共25套别墅，现建设单位拟采用地埋管技术对该建筑进行冬季供暖、夏季制冷。同时，我们本着“配置合理、满足需要、安全节约、操作简便”的原则为客户量身订制合适的中央空调系统。1.2方案设计范围本方案设计范围为地源热泵空调用冷、热源系统。考虑到现场地质结构不明确，当地的岩土换热性能不明确，因此本设计方案地埋管系统仅为估算，待经过详细地质勘探及热响应试验后再确定具体的埋管井数及需要的地埋管长度。二、设计原则及设计依据1、设计原则1.1贯彻执行国家基本建设的方针政策，使设计做的切合实际，技术先进，经济合理，安全舒适。1.2结合现行国家能源政策《民用建筑节能管理规定》、《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国可再生能源法》。1.3遵循国家的能源政策，力求为业主提供一个安全、健康、环保、节能的优质工程。1.4精心设计，节约建设投资，降低运行费用，减小风险，为业主提供性价比最好、运行费用合理的空调系统。2.设计依据建设单位提供的建筑平面图有关设计标准《公共建筑节能设计标准》GB50189－2005《地源热泵系统工程技术规范》GB50366－2005《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书4《空气调节设计手册》《采暖与卫生工程施工验收规范》《民用建筑采暖通风设计技术措施》《民用建筑暖通设计技术措施》（2003版）ASHRAE.1992.1992ASHRAEhandbook—HVACsystemsandequipment,Atlanta;AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers,Inc.《地下水源热泵》，清华大学，彦启森GeothermalHeatingandCoolingSystems.AssociationforefficientEnvironmentalEnergySystems.GroundWaterApplicationsManualMammothInc.《地源热泵工程技术指南》，徐伟，中国建筑工业出版社Closed-Loop/Ground-SourceHeatPumpSystemsInstallationGuide,OklahomaStateUniversity.2.室外主要设计气象参数：夏季室外空调计算温度：32.4℃夏季室外湿球计算温度：26.3℃空调日平均温度：28.8℃室外通风计算温度：29℃最热月平均相对湿度：81%平均风速：1.1m/s大气压力：947.4bar冬季室外空调计算温度：-3℃室外通风计算温度：2℃最冷月平均相对湿度：77%平均风速：0.9m/s大气压力：964.1bar西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书53.空调区域及其设计条件空调区域设计参数表夏季冬季温度（℃）相对湿度（%）温度（℃）相对湿度（%）26±240~5018±220~304.空调负荷计算空调热（冷）负荷估算建筑物功能建筑面积m2夏季冷负荷冬季热负荷指标W/m2冷负荷kW指标W/m2热负荷kW住宅5001005080405、空调部分地埋管冷热负荷计算地埋管冷热负荷与地热换热器的设计有关，地热负荷是释放到地下的热量（供冷方式）或从地下吸收的热量（供热方式）。计算如下：夏季：地热负荷＝∑[空调能量冷负荷×（1＋1/EER）]冬季：地热负荷＝∑[空调能量热负荷×（1－1/COP）]全年夏季放热量：Q1=50KW×（1＋1/EER）=647KW全年冬季吸热量：Q2=40KW×（1－1/COP）=304KW三、项目设计说明1.结合本项目的实际情况，选用地源热泵机组进行夏季制冷、冬季供暖。地源热泵具有节能、环保、冷热结合、调控方便的特点。2.补水定压系统系统的补水，采用自来水。在主干管上设置电子水处理器，防止系统结垢现象的产生。系统定压采用自动定压补水设备。西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书6图地源热泵系统示意图3.室外地埋换热器在现场勘测结果的基础上，考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置或水平布置方式。尽管水平布置通常是浅层埋管，可采用人工挖掘，初投资一般会便宜些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，因此本设计采用垂直埋管布置方式。地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力。因此，本设计采用采用单U型管并联同程的热交换器形式。在选择管材时，采用聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上。4.地埋管补液系统系统的补水，采用自来水。在主干管上设置电子水处理器，防止系统结垢现象的产生。系统定压采用自动定压补水设备。西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书7四、地源热泵设备选型（1）.地源热泵主机选型1、空调主机选型选用AWW080HS型螺杆式地源热泵机组1台，提供空调冷热源，总制冷量542KW，总制热量596KW。单机参数如下：地源热泵主机AWW080HS型单机参数：工况能量输出kw冷冻水温度(℃)冷却水温度(℃)蒸发器流量(m3/h)冷凝器流量(m3/h)蒸发器压降(m)冷凝器压降(m)耗电量(kW)制冷271127182947255.24.554制热298157404525475.24.569机组外形尺寸：3050（长）×1100（宽）×1250（高）2.地源热泵工作模式说明空调制冷工作模式：AWW080HS型螺杆式地源热泵机组2台，总制冷量542KW,总输入功率108kw,满足建筑物夏季制冷。空调制热工作模式：AWW080HS型螺杆式地源热泵机组2台，总制热量596KW,总输入功率138kw，满足建筑物冬季采暖。3.机房附属设备选型3．1水泵选型：空调机组室内侧循环水泵：选用2台（1用1备），KQL80/160-7.5/2.单台循环水量50m3/h，扬程32m，功率7.5KW。空调机组室外侧循环水泵：选用2台（1用1备），KQL80/160-7.5/2.单台循环水量50m3/h，扬程32m，功率7.5KW。3．2水处理设备选型：西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书8电子水处理仪：选用2台，DN50，（室内侧、地埋侧）。囊式膨胀水箱：选用RSN800型落地式膨胀水箱1台，罐体直径800mm，工作压力1.6Mpa，水泵两台，流量4.5-9.5m3/h，扬程50m，功率4.0KW（2）、地埋管换热器设计1、钻孔参数钻孔基本参数钻孔深度（m）102钻孔直径（mm）150埋管形式单U型埋管材质PE管埋管内径（mm）26埋管外径（mm）32钻孔回填材料中砂、膨润土地下水位（m）未知2、地埋管系统计算说明地埋管总长度因缺乏当地土壤相关物性参数，以下设计按常规数据考虑。单井地下换热器每延米所承担的建筑冷热负荷为50W/M，每延米所承担的建筑热负荷为45W/M。确定竖井埋管管长夏季放热量：Q1=50KW×（1＋1/EER）=650.4KW冬季吸热量：Q2=40KW×（1－1/COP）=459KW空调夏季制冷井深岩米量L=650.4×1000÷50=11825米空调冬季制冷井深岩米量L=459×1000÷45=9180米考虑到地埋管覆盖层厚度等因素的影响，如按夏季负荷计算需要118个孔，如按冬季负荷计算需要92个孔，根据场地埋设120个孔，满足夏季地埋管工况使用要求。地埋管计算结果：西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书9铺设地下换热器的范围：此建筑的绿化地带；地下换热器数量：120个；地下换热器形式：单U型；地下换热器管材：高密度聚乙烯PE100管；地下换热器有效深度：100米；地下换热器间距：4米；地下换热器布置：垂直地下换热器为矩阵形布置；敷设地下换热器的面积约为：1920m²；地埋管初步设计排间距和孔间距均为4m，钻孔孔径150mm，钻孔深100m，钻孔120个，竖直埋管量为24000m。2.1地埋管水力平衡设计本工程地埋管环路数量不大，各个环路阻力损失ΔP，包括沿程阻力损失和局部阻力损失ΔPj。2.1.1各环路沿程阻力损失ΔPm计算各环路沿程阻力损失ΔPm（毫米水柱）=iL，式中i－塑料管水力坡降（毫米水柱/米）；L－各环路总长度（米）；塑料管水力坡降，可近似按下式计算：i＝0.00095×1000×G1.774/dj4.774，式中G－每个环路流量（m3/s）;dj－地埋管计算内径，本工程为0.026米。2.1.2各环路局部阻力损失ΔPj计算各环路沿程阻力损失ΔPj（毫米水柱）=iL＇式中i－塑料管水力坡降（毫米水柱/米），同上；L＇－各环路局部阻力当量长度（米）；根据以上公式，可以对所有埋管环路进行详细的水力计算，依据计算出的阻力数值进行分组，阻力相近的埋管划为同组。西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书102.2其他说明随着地埋管运行时间的变化及其换热温差（取决于循环液的温度和地埋管周围土壤的温度）的变化，地埋管散热量的测试数据将发生较大变化。另外在地埋管安装初期，对地埋管现场的岩土层热物性作进一步测定，并对初步设计进行必要的调整。同一地质地埋管换热能力的大小、传热性能强弱与回灌材料及其安装质量有关。2.4管路压力计算管路的最大压力（P）等于静压、重力作用静压和水泵扬程（Ph）一半的总和。聚乙烯PE32额定承压能力为1.6MPa，管材满足设计要求。西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书11五、项目初投资估算单位：元序号设备名称规格型号单价数量单位合价备注1螺杆式地源热泵机组AWW080HS制冷量271KW制热量298KW2台Airwell2风机盘管VPN20020台Airwell3风机盘管VPN300100台Airwell4风机盘管VPN40013台Airwell5风机盘管VPN5009台6风机盘管VPN60022台7空调室内侧循环水泵KQL80/160-7.5/23台两用一备8空调室外侧循环水泵KQL80/160-7.5/23台两用一备9电子水处理仪DN1502台10软水器（时间型）L=3-4m3/h1台11软水箱2*2*21台12定压补水装置φ8001套13镀锌铁皮厚度0.75mm208㎡14室内安装费管道、保温、人工、机械等1项15机房内工程安装1项含机房二次配电16室外换热器制作及安装费用管材、填料、钻井、打压等1项含钻井费用17乙二醇溶液按25%配比1项18合计元工程量说明：地源热泵机房设备、安装（不含土建）西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书12地埋管换热系统，室外打孔地层暂按黄土层估算，若地层发生改变价格相应发生改变。六、前期说明机组电功率名称型号夏季功率（KW）冬季功率（KW）主机AWW080HS54*269*2空调室内侧循环水泵KQL80/160-7.5/27.5*27.5*2空调室外侧循环水泵KQL80/160-7.5/27.5*27.5*2共计138168西安就掌灯别墅地源热泵中央空调系统方案书13七、地源热泵技术介绍地源热泵产品介绍地源热泵（GroundSourceHeatPump）技术是利用大地作为低位热源，通常是利用地球表面浅层水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太阳能和地热能，并应用热泵原理，对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。地球表面浅层水源如深度在100米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且温度一般都相对稳定。地源热泵机组工