地源热泵设计方案

.-.地源热泵中央空调方案XXX环境有限公司2009年08月28日.-.目录一、空调系统方案推荐（一）工程概况（二）可用于本项目的空调方案（三）适用本项目的几类空调方案的比较（四）选用建议二、地源热泵推广及选型设计（一）地源热泵空调系统简介（二）同方地源热泵机组组特点（三）空调设备选型设计（四）地埋管换热系统设计选型（五）土壤换热平衡的分析（六）主要设备表、运行费用分析及工程预算三、地源热泵系统设计与安装（一）地源热泵系统设计与安装关键（二）室外地埋管换热系统的主要施工工序及注意问题（三）室外垂直埋管系统的施工工艺附件一：技术支持单位概况附件二：相关设计图纸.-.一、空调系统方案推荐一工程概况城市：XXXX项目名称：XXX国际精品城1#楼中央空调工程项目简介：该建筑集商铺、办公、餐厅、会议为一体多功能国际精品城，建筑面积约8760平方米，空调面积约6473平方米，拟采用地源热泵机组进行夏季供冷，冬季供暖。室内末端拟用风机盘管系统，局部拟用全空气系统实现室内的冷热需求。二可用于本项目的空调方案1.冷水机组+燃气锅炉制冷机采用电制冷（压缩式）冷水机组（1台离心1台螺杆制冷机组）。夏季制冷，由电制冷（压缩式）冷水机组提供冷源；冬季由工业场地锅炉房（或热电厂）提供的0.6Mpa蒸汽经换热器交换进行空调采暖。大楼空调系统采用风机盘管加新风系统或全空气处理空调系统。两套水换热器：冷凝器、蒸发器；通过冷却塔冷却主机的冷凝器；通过蒸发器为室内末端提供冷冻水。空调机组只能制冷，冬季采暖需要别的热源。2.风冷冷水热泵机组风冷冷水热泵技术是一种消耗少量清洁能源（电），充分利用空气中的冷、热能资源制成冷热水供空调空间使用的空调方式，已经得到了专家、政府和社会各界人士的肯定，风冷热泵作为替代传统空调方式的优选方式之一，已是不争的事实。空调机组夏季制冷，冬季采暖，冷暖两用型。3.地源热泵空调机组地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。其节能性能更优于风冷冷水热泵。.-.地源热泵机组的运行靠少量的电力来驱动，它的工作原理是通过向机房系统内的热泵机组输入一定电能驱动压缩机做功，使机组中的介质反复发生蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，从而将地源系统中的能量提取和传导到用户系统，实现空间上的热量交换和传递转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡地源热泵供暖空调系统主要分三部分：1）、室外地能换热系统（地源）2）、水源热泵机组（机房）3）、室内采暖空调末端系统（用户）根据地源热泵空调系统的取热(冷)源方式不同可以分土壤源热泵和水源热泵两种形式：土壤源热泵是以土壤、岩石等为热(冷)源的空调系统。在此系统中，地下换热器通常采用承压力性能高、耐腐蚀的PE管，在工程安装时人为的向管内注入自来水，水在管内循环，通过管壁把大地的热量与房间热量相互交换。这种形式的地源热泵系统具有使用寿命长，不受水源限制的优点。一个地源热泵项目选用应用形式时应从水源、建筑占地面积、初投资、使用寿命、机组效率等几方面仔细比较，选出最适合自身建筑的空调系统。地源热泵技术的最大优点主要有以下七点：环保、节能、运行费用低、维护费用少、一机多用、操控安全、空气品质高。.-.三适用本项目的几类空调方案的比较对比内容方案一方案二方案三冷水机组+燃气锅炉风冷冷水热泵机组地源热泵机组系统初投资280元/m2300元/m2360元/m2运行费用25-30元/m230-35元/m215-25元/m2冷却塔的水耗冷却水系统为开式系统存在着细菌滋生“军团病”等现象对于环保不利，且存在漂水现象，造成了无偿的水耗。风冷主机的冷凝器是用风来冷却的，不存在冷却水的消耗一般不需要冷却塔施工方面系统复杂，机房附属设备多，需安装锅炉设备系统简单，易施工。室外埋管施工有一定难度，技术含量较高运行稳定性水温冷却比风冷却稳定，且冬季运行由锅炉供暖，制热效果好。制冷制热易受环境温度影响，环境温度恶劣时，机组制冷制热效果差。室外温度-8℃时，制热效率降低较大。地下水温及土壤温度稳定，水源机工况稳定，且冬季运行不会因为结霜引起的制热效果差或主机不启动现象。能量衰减无无无能源利用率夏季电能利用系数为4.0~5.0；冬季燃油或燃气能源利用系数为80%系统全负荷运行时能效比约3.0左右。电能利用系数为4.0~6.0环保腐蚀要配以燃煤或燃油锅炉，对环境的危害性很大。冷却水系统为开式系统存在着细菌滋生“军团病”等现象对于环保不利。风能取之不尽用之不竭的环保能源，制冷剂是R22，对金属没有腐蚀性。不易泄漏。地源热泵是属于一种环保、节能型的产品，更有其独特的优势。闭式水系统无空气接触污染。无排水污染。冷热源占地冷却塔要占用屋顶面积，需要较大的电负荷；锅炉需要专用机房。机房占用面积大。主机设备安放于建筑物的顶部或室外地面模块式水源机组不需要机房，室外有平台都可用；大型机组只需要主机的机房，机房占用面积小。运行管理人员主机采用电脑控制，可以做到无人看守工作，但锅炉房必须有人职守，日常维护人员配备2~3人。无需专人维护。主机采用智能化控制，可以做到无人看守工作。职能部门锅炉需要进行消防、安全部门的检查不需要进行消防、安全部门的检查地源热泵申报程序简单机组调节25%～100%模块化功能调节模块化功能调节或25%～100%使用寿命15-20年15年左右20年以上.-.四选用建议选用方案一：水冷机组加锅炉的方案，投资省，夏季运行费用低，但冬季增加辅助供热后运行费用会增高至与风冷热泵持平状态。且冷却水系统为开式易受污染，运行维护成本高。选用方案二：风冷冷水热泵机组方案，投资略高，运行费用略高；但从空气中取热，无污染比较环保。选用方案三：地源热泵机组方案，投资略高，运行费用低，和其它空调比可节约30%-40%的运行费用；地下换热器与土壤和岩石进热交换，无污染且不受天气的影响，无冬季除霜造成的供暖量衰减。综合分析我们推荐用户：首选地源热泵系统，其初投资虽然略高一些，但与其高节能性及运行稳定性相比还是无可挑剔的，且高出部分的投资会在几年内就可收回。从本建筑体量上考虑，可选用模块化的地源泵机组较为合式，且机组尽量不占用室内用房面积较为合理。优选模块式地源热泵，其占用机房体积小。其次可选风冷模块冷水热泵机组，可冷暖两用且不需要机房，只要置于屋面上即可。随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断的出现，空调在现代建筑中扮演着越来越重要的角色。人们对空调的要求也不断提高，节能、环保、灵活成为今后共同追求的目标。近年来，随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调系统进入了我国，并通过在工程中的成功运用得到了空调界人士的认可和推崇，成为了我国中央空调发展的趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。地源热泵是利用地表层土壤、岩层、地下水、江河湖海中获取能量的供热、制冷机组。该热泵耗1KW的电能，可以获得了4KW左右的热量。低温地能指的是地壳表层10-100M深处（一般在7℃－20℃左右）土壤层中所含能量，由于地壳质量巨大，其热能量是源源不断的，永不枯竭的。可广泛应用于全国各地的集中或分散供热采暖及制冷、热水供应、洗浴、游泳、室内种植、养植等。.-.二、地源热泵推广及设计选型（一）水/地源热泵空调系统简介1、背景环境污染和能源危机已成为当今社会的两大难题，如何在享受的同时付出最少的代价逐渐成为人类的共识，在这种背景下以环保和健康为主要特征的绿色建筑应运而生。尽可能少地消耗能源为建筑物创造舒适环境已经成为空调的发展方向，开发利用天然的冷/热源能够为空调带来节能和环保双重效益，因而越来越受到人们的重视。地下土壤层是一个巨大的天然热源，其热惰性极大，全年的温度波动很小，一般说来，地表50m以下可常年维持在该地区年平均温度左右，是一种理想的天然冷热源。2、水/地源热泵简介水/地源中央空调系统是一种从地下土壤/地下水中提取热量的高效、节能、环保、再生的供热（冷）系统。该系统是成熟的热泵技术、暖通空调技术配套地质勘察成井技术于一体，在相对稳定的土壤温度下高效、稳定、经济的运行。地源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统、地源中央空调主机（又称为地源热泵）系统和地埋管或井水换热系统三部分组成。为用户供热时，水/地源中央空调系统从土壤/地下水中提取低品位热能，通过电能驱动的地源中央空调主机（热泵）“泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，中央空调系统的冷凝热量通过地源中央空调主机（制冷）转移到土壤/地下水中，以满足用户制冷需求。水/地源热泵是利用了大地土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的冷暖空调系统。地表土壤不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和地下水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。这使得利用储存于其中的似乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，地源热泵是利用可再生能源的一种有效途径。.-.3、地源热泵中央空调系统的工作原理图4、地源热泵特点环保洁净1.没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。2.以地表土壤为源体，向其吸收或放出能量，介质水在埋设于土壤中的密闭系统中循环，即不消耗地下水资源，也不会对其造成污染。3.省去了锅炉房供暖系统和夏季空调运行的冷却塔。节能经济四、能源利润率为传统方式的3—4倍，投入1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。灵活安全真正做到“一机两用”。利用地下土壤热能，热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。系统末端亦可作多种选择。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。机组运行自动化程度高，无需专业人员操控。.-.运行可靠机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响（土壤恒温）。即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。地源热泵的优点分析◇高效供热系数可高达4.3(正常为3.5-4.5)，即输入1KW电能可产生4KW的热量。◇运行费用低比燃煤采暖还便宜，因为利用地下土壤、岩层、地下水、江河湖海中的热能占总热量的70-75%。就是说，机组在制热过程中，有70-75%的燃料是不用花钱的。每平方米建筑面积供暖运行费只有11.37元，若按22元/m2收费标准计算，1万平方米的建筑，一个采暖期可节省采暖费10万元左右。◇无任何污染由于该机组在制热过程中无任何燃烧。１万平方米的建筑物一个采暖期，即可节煤350吨，可减少烟气排放量385万立方米。◇占地面积小地源热泵机组占地面积为锅炉用地的1/10-1/15。以一个10万平方米小区为例，机房面积仅100平方米就足够用，而建锅炉房则需占地至少1000平方米。对3.5万平方米以上的小区，可省出一栋楼的位置，可建2000－5000平方米的住宅，其剩余价值足够安装使用地源热泵供暖系统的费用。5、地源热泵中央空调的应用前景1）.本项目是一种利用低位能源（空气、土地、水、太阳能、工业废热等）代替高位能源（煤、石油、电能等）以实现节能目的的高新技术。由于其所具备的高热能转换效率（1：4），无污染，运行成本低，便于物业管理，系统使用寿命长等特点，备受世界能源、环保组织和发达国家推崇，并被市场广泛接受。自八十年代以来，年增长率一直保持在20%以上。如美国，85年只有14000台水/地源热泵，99年末统计，已安装了400000台。水/地源热泵系统已占空调总保有量的20%，其中新建筑中占30%。由此可降低温室气体1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放，年节约能源费用达4.2亿美元。美国的水/地源热泵研究和应用偏重于住宅和商业小型系统（60KW以下）。而中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家则偏重于大型机组。据99年统计，水/地源热泵在新建房屋中的利用率，瑞士为96%，奥地