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【水绘曦园】 地源热泵调查分析报告关于地源热泵调查分析报告南通中润置业有限公司：2009年5月14日，应贵司邀请，我司组建项目服务专案小组七人（建筑、水电、景观及物业管理）参加了由中南通润置业组织的水绘曦园扩初方案评审会议。在会上相关单位提出了关于采用地源热泵的建议，现我司结合水绘曦园项目定位，就项目针对建筑恒温、恒湿、恒氧系统及地源热泵的技术原理、应用情况和使用效果进行全面了解，并对该技术在实际应用中的可行性、可靠性和技术难点进行了深入分析。现将建筑恒温、恒湿、恒氧系统及地源热泵技术考察情况提供给贵司，以供贵司参考。一、概述1987年，世界上第一座“告别空调暖气”的建筑tour balexert在日内瓦落成，该项目由瑞士建筑物理学家凯乐布鲁诺先生主持设计。该建筑采用了与低能耗建筑相匹配的健康、舒适、高效的天棚辐射式采暖和制冷技术，同时配备置换式新风系统，从根本上改变了传统采暖和制冷系统的吹风感，干燥，噪声，空气品质差等室内环境的状况，首次将恒温、恒湿、恒氧技术系统应用于民用建筑领域。所谓恒温、恒湿、恒氧系统，实际上是一种舒适度较高的集中式空调系统，它具有高效节能、温度衡定、湿度可控，空气新鲜、环境安静、无吹风感和噪音的特点，问世以来一直受业内人士的推崇。但由于恒温、恒湿、恒氧建筑施工技术尚不够成熟，国内缺乏有经验的设计单位和施工单位，且该技术对建筑的结构和形态具有特殊要求，工程造价高昂，并存在较大的投资风险，因此，在一定程度上制约了恒温、恒湿、恒氧建筑技术的推广和应用。国内第一家应用恒温、恒湿、恒氧建筑技术的项目是北京锋尚国际公寓，其后在北京当代moma、南京锋尚国际公寓和朗诗国际街区、上海安亭f1方程赛场馆等项目中推广应用。恒温、恒湿、恒氧系统是一个大型集中式空调加中央新风系统，系统中的空调室内机、管道和新风管都隐藏在建筑结构内，只是使用者看不见空调设备而已。恒温、恒湿、恒氧系统主要采用了地源热泵、天棚辐射制冷采暖和置换式全新风系统三大核心技术。恒温、恒湿、恒氧建筑是具有高科技和节能环保概念的住宅产品，集中了五大技术卖点，即：1、恒温，室温常年保持在2026的范围。2、恒湿，空气相对湿度始终保持3070%的范围。3、恒氧，经过净化的新鲜空气，形成新风湖，24小时置换送风，保持室内空气自然、清新。4、隔音低噪，门、窗、墙、楼板经过全面隔音设计，室内噪声控制在在3545db。5、利用可再生的地热资源，节能高效，绿色环保。二、地源热泵技术系统1、地源热泵空调系统在国外发展的情况地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，之后于二十世纪上半叶逐步发展成为主要用于采暖的水水型地源热泵技术，其应用方式主要用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，北欧国家使用的家庭供热装置中，水水型地源热泵所占比例为：瑞士为96，奥地利为38，丹麦为27。二十世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到二十世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。经过近50年的发展，地源热泵技术在北美和欧洲已经非常成熟，是一种广泛采用的供热空调系统，有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源热泵系统占整个供暖空调系统的20%，是美国政府极力推广的节能环保技术。目前美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增。除美国外，加拿大的地源热泵系统也已得到普及；日本、澳大利亚和韩国近几年也在大规模地做示范推广工作。2、地源热泵空调技术在我国的推广情况中国的地源热泵技术的应用一直由中美两国合作进行。1997年11月7日中国科学技术部与美国能源部签署了能源效率和可再生能源技术的发展利用领域合作议定书之附件六关于地热能利用合作协议书，决定两国合作在中国推广该技术。2002年7月中国科技部又正式批准地源热泵技术开发项目列入十五国家科技攻关计划并给予资金支援。2002年4月地源热泵技术推广项目被正式列入北京奥运行动规划。通过这些措施促进地源热泵技术在中国的推广速度，实现产业化和商业化。开始阶段项目主要集中在以北京为主的北方地区，近两年在重庆、湖北、浙江、江苏、安徽、上海等南方地区也有多个项目陆续采用。有数据显示，从1996年至今，在北京、山东、河南、辽宁、河北、江苏、浙江、湖北、上海、西藏等地都有地源热泵工程建成，全国地源热泵系统的应用面积估计超过2000万平方米。从建筑物的使用性质上说，地源热泵技术已经在办公楼、酒店、医院、学校、商店、公寓、别墅都得到广泛应用。从建筑物规模上说，大到几十万平米的住宅小区和小到几百平米的别墅都在使用。绿城集团于2005年开始进行地源热泵技术的尝试，郑州百合公寓会所地源热泵中央空调系统于2006年完工并投入使用，九溪玫瑰园雨笛苑两幢采用垂直埋管地源热泵空调系统的别墅已于2007年11月底交付业主使用。3、地源热泵的工作原理地源热泵是在早期采暖用地源热泵技术基础上开发出来的冷暖两用的地源热泵空调技术。它是利用地下土壤（或地下水）温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位能源（电能），运用埋藏于建筑物地下水换热器管路系统（或地下水）与建筑物内部进行热交换，实现低品位热能向高品位转移的冷暖两用空调系统。夏季它代替普通空调向土壤排热，以1017左右的冷水形式给建筑物制冷；冬季它代替锅炉从土壤中取热，以3040左右的热水形式向建筑物供暖。同时，它还能提供廉价的生活热水。由于它是以土壤作为低温热源故称之为地源热泵。其工作原理示意如下：热热冷冷热热热冷地源热泵技术示意基本原理图一.夏季制冷原理 温 暖冷温暖温暖冷寒 冷温暖温暖温暖地源热泵技术示意基本原理图二.冬季制热原理地源热泵空调系统由室外换热系统和室内换热系统两大部分组成。（1）室外换热系统组成室外换热系统有闭式与开式两种系统方式；a闭式换热方式：闭式换热系统由埋设在地下或抛放在水中的pe管和循环水泵及相关附属部件组成。a.地下垂直埋管换热b.水中抛管换热b开式换热方式开式换热方式由抽水井、回灌井、调节水池、板式换热器、潜水泵、回灌泵、循环水泵及相关附属部件组成。 a.地下水换热系统b.地表水换热系统（2）室内换热系统组成室内换热系统有土气型和土水型两种换热方式。a：土气型(全空气系统)：由土气型地源热泵机组、水路系统、电气自控系统、风管系统及相关附属部件等部分组成。b：土水型（水系统）：由土水型地源热泵机组、水路系统、循环水泵、电气自控系统、空调箱、风机盘管及相关附属部件等部分组成。4、系统特点由于地源热泵技术以土壤中的低品热量作为热源，并采取了特殊的换热方式，使它具有普通中央空调和锅炉不可比拟的优点：（1）高效、节能，运行费用低。地源热泵系统换热效率很高，在产生同样热量或冷量的时候，只需小功率的压缩机就可实现。通常地源热泵消耗1kw的电量，用户可以得到4kw以上的热量或冷量，其能耗仅为普通中央空调与锅炉系统的30%40%。（2）环保，无污染。地源热泵系统无空调室外机和冷却塔，在冬季供暖时不需要锅炉，不向外界排放废气、废水、废热，是一种理想的“绿色环保技术”。（3）一机三用，可同时制冷、制热和生活热水。每台机组均可独立制冷或制热，通过对阀门的手动或自动切换，就能实现冬夏、季的工况转换，使用方便，运行灵活，优化了资源配置，提高了设备利用率和能源效率。（4）系统运行可靠。地源热泵机组的运行几乎不受环境温度变化的影响，压缩机工作稳定，不会出现传统制冷设备中压力过高或过低的现象。即使在寒冷的冬季制热量也没有较大衰减，更无结霜除霜之虑，较好地解决了热泵空调系统冬季运行能效低下的问题。所以，地源热泵是一种高效节能、绿色环保、安全可靠和值得推广应用的建筑新技术。5、技术难点（1）地下埋管初投资较高，土地占用面积大建筑内部的冷热负荷的转移是通过埋地换热盘管与土壤的热交换完成的。每延长米换热盘管承担的换热量约30w，每平方建筑面积需要地下埋管约34米，整个系统的地下埋管数量是非常巨大。如按钻孔间距45米，孔深40米计算，埋管所需地面面积与建筑面积之比约为1：1，不仅需占用大量的空旷土地，而且地下埋管初投资较高。因此，地源热泵技术只能应用于楼间距大、建筑密度低的高层建筑、独立别墅或会所项目。（2）钻孔和换热盘管埋设施工难度大换热盘管埋设分为水平埋管和垂直埋管，为了获得稳定的地热资源，减少埋管占地面积，一般采用垂直埋管。垂直埋管前必须先钻孔，孔径120mm,井深可达6080米，换热盘管在井孔内埋设，用膨润土灌浆和回填,并保证换热盘管完好无损。钻孔和埋管的施工难度取决于地质条件，遇到松软土层和流砂层易发生井壁塌陷，会造成井孔报废；遇到大块石或岩石层会加大施钻孔施工难度，增加施工成本。钻孔和地下埋管必须由专业施工队伍施工。a.水平埋管 b.垂直埋管 c. 钻孔施工d.打井施工（3）地下埋设换热盘管具有不可修复性地下埋设的换热盘管一般为pe塑料管材，其强度和抗沉降能力较差，可能会因地面塌陷、土壤沉降、水土流失和地震引起的地质结构改变而遭到破坏。地下埋设的换热盘管一旦破损漏水或堵塞将无法查找和修复，最终导致换热盘管报废和巨大的经济损失。（4）不能解决土壤蓄热量饱和问题。由于空调系统夏季热负荷远远大于冬季的冷负荷，会造成埋地盘管换热系统向土壤的排热量和吸热量不平衡，从而产生土壤蓄热量饱和，久而久之影响地源热泵空调系统的正常使用。（5）地源热泵空调产品选择局限性大由于地源热泵空调技术在我国的应用尚处于起步阶段，可供选择的产品品牌和供应商较少，尤其是市场上的一线品牌更少，会给设备招标工作带来较大的困难。进口品牌产品质量相对稳定，但产品价格高，国内供应商的配套能力和技术支持水平较低；国产品牌知名度低，价格便宜，但产品质量不尽人意，设备故障率较高。如果地源热泵空调产品选用不当，其产品质量和售后服务问题会给以后的使用管理和维修保养带来较大的麻烦。a.美国特灵土气型地源热泵机组b.意大利克莱门特土水型地源热泵机组目前，地源热泵空调系统主机进口品牌主要有特灵（trane）、麦克维尔（mcquay）、美意（mammoth）、艾迪逊（addison）、克莱门特（cliamaveneta，意大利）、西亚特（ciat，法国）等；国产品牌主要有北京清华同方、山东贝莱特、富尔达、宏利和篮德等。c.美国美意整体式地源热泵机组d.意大利克莱门特大型螺杆式地源热泵机组三、混凝土天棚辐射制冷采暖系统1、系统原理混凝土天棚辐射制冷采暖系统属于第一代平面空调末端系统。第二代为金属吊顶辐射制冷采暖热系统，第三代为ppr毛细管席辐射制冷采暖系统。a.混凝土天棚辐射制冷采暖系统b. 金属辐射顶板c.ppr毛细管席在建筑混凝土顶棚（楼板）中均布敷设辐射盘管，并通入冷（热）水进行循环和智能化调控，夏季送水温度为1822左右，回水温度为26左右；冬季送水温度2832左右，回水温度为20左右，利用温差冷却或加热混凝土顶棚，再通过顶棚以辐射方式向室内传热，调节室内温度，使室内温度常年保持在2026的范围内。混凝土顶棚辐射供冷供热系统适用于平面规则，装修简洁，没有吊顶和装饰造型要求的写字楼、住宅和单身公寓。a.客厅、餐厅天棚做法b.卧室天棚做法2、系统特点（1）室内温度分布均匀，覆盖到每个房间、每个角落。（2）无吹风感和噪音，舒适度高于传统空调系统。（3）无空调风管和室内机，节省建筑空间。3、技术难点（1）需要委托专业设计咨询机构进行专项设计，工程营造成本较高。由于该技术专业性较强，且对建筑体形、外立面、层高、楼板厚度、外墙保温、窗墙比、门窗遮阳等具有特殊要求，专项设计费用和建安工程成本增加较多。（2）辐射盘管埋设施工难度大该系统是在结构施工时将pb管均匀预埋设于整个楼板现浇层的下层钢筋之上水、电气管线及上层钢筋之下的混凝土中。pb管在楼板内不允许有任何接头，但由于该pb管易受伤害，因此在结构施工中pb管的成品保护问题是混凝土采暖制冷系统成败的关键。为保证pb管安装工作的质量，天棚辐射盘管的埋设必须由专业施工队伍施工。施工中必须严格遵守工艺规程。 pb辐射换热盘管埋设由于辐射盘管埋设在混凝土楼板结构中，安装时必须与土建施工交叉进行，同步施工。尤其是钢筋绑扎、混凝土浇捣和装修施工容易损伤辐射盘管。施工中必须对辐射盘管采取有效的保护措施，防止土建和装修施工对辐射盘管造成损坏。（3）空调冷热水系统复杂天棚辐射供冷供热系统中的冷热水管遍布整个建筑各个角落，管道分支多，回路多，管网极其复杂，管道的水量调节和水力平衡是一个技术难题。（4）室内温度不能满足个性化要求由于整个建筑空调系统是一个集中式的恒温、恒湿系统，每幢、每户乃至每个房间的室内温度也是统一设定的，不能单独进行温度调节，无法满足老人小孩和其它特殊群体的个性化要求。（5）辐射盘管存在漏水隐患辐射盘管一般采用pb管或pert塑料管材，其强度和抗沉降能力较差，如发生房屋沉降、楼板断裂、结构裂缝和装修不当等异常情况，会造成辐射盘管破损漏水，并存在不可修复性。至今仍无相关实验数据足以证明，pb管或pert塑料管材的使用寿命能够达到建筑设计年限的要求。（6）夏季天棚温度低，开窗通风时会产生结露杭州及南方部分地区气候湿润，空气相对湿度大，尤其是黄梅季节更加潮湿。夏季如空气湿度控制不当，天棚表面温度低于空气露点温度时，可能会出现顶棚结露，产生霉斑。一旦住户开门、开窗通风，后果会更加严重。（7）整个建筑无阳台设计，没有凉衣服和晒被褥的空间，不符合国人的生活习惯。（8）空调系统不能实现分户计量、按用量收费。尤其是在交付初期入住率不高时，存在运行费用高、收费难的问题。目前，此类建筑空调收费一般采用按面积分摊或费用包干形式，收费标准为3050元/年。四、置换式新风系统1、系统原理建筑内设有全热交换中央新风系统。室外新鲜空气通过安装于屋顶的过滤和净化装置，进入全热交换新风处理机组，经过冷却、除湿、加湿、加热处理后，通过新风管网输送到每户、每个房间。房间新风口设置在地板上，将新鲜空气缓缓送入室内，并自下而上蔓延形成“新风湖”，再通过卫生间排风口排出，对室内空气进行置换。排风汇总后再进入全热交换新风处理机组，回收能量后排入大气。置换式新风系统原理a.百叶式地面新风口b.孔板式地面新风口c.房间排风连通器d.卫生间排风口2、系统特点（1）24小时置换式送风，新鲜空气首先从地面风口进入人员的呼吸区，符合卫生与健康要求。（2）带除湿和加湿功能，进一步提高了室内空气品质和舒适度。（3）带全热交换能量回收装置，节约能源。（4）一年四季无需开窗通风，避免了开窗带来的飞灰、尘土、潮气和噪音污染。3、技术难点（1）中央新风系统复杂，安装施工和风量平衡难度较大。（2）湿度调节要求精确。如湿度控制不当，夏季会造成楼板结露。（3）新风管在地板下布置，地板需抬高150200mm，浪费建筑室内空间。地下新风管道使用后会产生积尘、霉斑，造成新风二次污染。（4）室内新风量不足，客厅人员较多时最为明显，无法解决吸烟带来的空气污染问题。a.施工中的新风口b.施工中的新风管道c.样板房的新风口d.使用后的新风口五、其它辅助系统恒温、恒湿建筑还采用了外墙围护系统、外遮阳系统、楼板隔声降噪系统、断桥隔热门窗系统、中央吸尘系统，热水循环系统、同层排水系统等，使建筑功能更加完善和节能。六、恒温恒湿技术工程案例1.北京当代万国城当代万国城(moma国际公寓)是由北京当代鸿运房地产经营开发有限公司开发兴建的大型住宅项目，地处东直门东北角，交通十分便利。由二环、三环和规划中连接三元桥与二环路的国宾大道构成大的交通系统，通过全方向的市内快速路可迅速到达cbd、机场、奥运村、中关村等重要区域。当代万国城一、二、三期均为恒温恒湿建筑，项目占地22万平米，规划建筑面积66万平米，项目已于2007年5月8日前全部交付业主使用。四期由8幢十四二十一层塔楼组成，塔楼之间采用空中连廊设计。项目规划建筑面积22万平方米，其中住宅为13.5万平方米，配套商业面积达8.5万平方米，包括多厅艺术影院，画廊，图书馆等文化展览设施，还包括了精品酒店，国际幼儿园，顶级餐饮，顶级俱乐部及健身房、游泳池、网球馆等生活设施与体育休闲设施。当代万国城四期是恒温恒湿建筑的升级换代产品。据介绍，该住宅产品除采用桩基垂直埋管地源热泵系统、天棚辐射制冷和采暖系统、置换式新风系统、外墙围护系统、可调式外遮阳系统、楼板隔声降噪系统、门窗断桥隔热系统、中央吸尘系统等技术外，室内温度、湿度和新风量可根据需要调节，满足个性化要求，为居住者打造健康舒适的住宅环境。该项目于2005年初开工建设，计划于2008年奥运会之前建成使用。最早交付的住宅已使用5年，物业管理费4.5元/平方米月，空调采暖费46元/平方米年。目前均价超过40000元/平方米。2.南京朗诗.国际街区朗诗.国际街区是朗诗置业在河西奥体板块开发的一个总建筑面积约30万平米的高科技住宅项目，占地240亩左右，位于河西新城中央商务轴与商业轴的交汇处，交通十分便利。建筑类型以小高层为主，定位国际化街区式住宅，力求营造开放私密并蓄的社区文化。朗诗.国际街区我国南方地区第一个恒温恒湿住宅项目，广告宣称改变了传统住宅观念和生活方式，创造最舒适的环境，彻底告别严寒酷暑和黄梅天。该项目地源热泵技术系统、混凝土天棚辐射制冷制热系统、置换式全新风系统、外墙围护系统、外遮阳系统、楼板隔声降噪系统、断桥隔热门窗系统、中央吸尘系统、同层排水等十大建筑技术。项目一期已于2006年12月交付业主使用。物业管理费1.8元/平方米月，空调采暖费25元/平方米年。目前二期售价15000元/平方米3.南京锋尚国际公寓项目位于南京市狮子山-清凉门风光带中段，南接风光秀丽的秦淮河、东临保存完好的具有600多年历史的古城墙。隔护城河、古城墙和八字山相望，山上长满了多年古树，绿树成林枝繁叶茂，是南京市内具有山水城林景观一流的地块之一。项目用地总面积为197431.8平方米，其中建设用地53290平方米，其余约3倍于建设用地的面积，为绿化和河道保护用地。项目由四层板式公寓楼和别墅组成，建筑总面积约50000平米，每套200至350平方米，共230余套。锋尚以实现“低能耗”为宗旨，利用浅层地能和太阳能等可再生能源，建设告别空调暖气的节能环保住宅。该项目天棚辐射制冷和采暖系统改变了混凝土楼板内埋设辐射盘管的做法，而采用天棚贴敷进口pp-r毛细管席，不仅使辐射换热材料具有可修复性，而且使天棚辐射换热更加均匀柔和。设有地源热泵技术、置换式健康新风系统、外墙围护系统、外遮阳系统、断桥隔热门窗系统、中央吸尘系统、卫生间墙排水系统、垃圾处理系统八大子系统。物业管理费5元/平方米月，空调采暖费35元/平方米年。目前均价20000元/平方米。4上海中鹰黑森林中鹰黑森林是由上海中鹰置业开发的科技健康住宅项目，是上海汉堡生态建筑展参展项目之一。项目以“森林生态、德国品质、科技健康”著称上海。项目位于上海新村路于真华路交界地段，属于市政府规划4大副中心之一，是第一个上海人居示范区万里板块。南起上海新村路，西侧紧邻12万平方米中央森林带；中鹰黑森林整个社区由5栋叠加别墅，11栋16-30层小高层及高层组成，全精装修交房。总建筑面积规划为27万平方米（273898平方米），共分三期开发。建筑设计由德国sti&ktp建筑规划设计集团担纲。室内设计由德国sti&ktp和美国h.b.a酒店装饰艺术设计公司设计（代表作：阿联酋迪拜七星级风帆酒店）。中鹰黑森林引进了19项世界先进科技系统，在中国率先把“毛细管传导系统科技”和“置换式新风系统”，营造“ 衡温、衡湿、衡氧” 的室内环境。主要系统：生态系统、“衡温 衡湿 衡氧”毛细管传导系统、置换式新风系统、户外轴帘遮阳系统、光环境智能控制系统、建筑智能总线系统、户外饰板及窗套系统、外墙外保温系统、砖墙砌块系统、健康地面管道系统、健康墙纸系统、食物垃圾处理系统、环保内隔墙系统、地暖系统、同层排水系统、中央冰蓄冷系统、屋面雨水排放系统、屋顶花园系统、铝窗及中空玻璃系统。物业管理费2.95元/平方米月，空调采暖费50元/平方米年。目前均价30000元/平方米。七、地源热泵技术工程案例1北京嘉和丽园国际公寓项目地址：北京市朝阳区霄云路甲32号执行单位：北京计科公司完工时间：2001年6月建筑类型：高层高档公寓建筑占地：14175平方米总建筑面积：88000平方米采暖空调面积：70000平方米主机类型：美国trane土气型地源热泵机组室内机系统：风管系统地下热交换形式：地下水式 深水井数量：4口，2抽2灌井深160米，井管直径500毫米，单井涌水量200吨/小时总投资：2524万元（286元/平方米）2北京海淀区成教中心综合楼项目地址：北京市海淀区东王庄小区15号执行单位：北京计科地源热泵科技有限公司完工时间：2002年10月建筑类型：办公楼（使用功能为普通教室、办公室、电教室）总建筑面积：2070.8平方米采暖空调面积：1700平方米热交换量：60冷吨主机：美国mammoth土气型地源热泵机组地下热交换形式：垂直地耦管式 地耦管数量：63个；孔深：35-51.5米总投资：78.7万元（380元/平方米）3北京六一幼儿院项目地址：北京市海淀区青龙桥六间房1号执行单位：北京计科地源热泵科技有限公司完工时间：2004年5月建筑类型：教室、办公楼、食堂等建筑结构：14849.1m2 使用功能为