地源热泵方案设计

崇明岛办公楼崇明岛办公楼 地源热泵中央空调供热系统地源热泵中央空调供热系统 设设 计计 方方 案案 Xxxxxxxxxx 2010 12 7 目目 录录 第一章第一章 工程概况工程概况 3 一 项目概述一 项目概述 3 二 地源热泵技术在本项目中的应用二 地源热泵技术在本项目中的应用 3 第二章第二章 设计依据设计依据 4 一 国家相关设计规范和标准一 国家相关设计规范和标准 4 二 室内外设计参数二 室内外设计参数 4 1 1 室外气象参数 室外气象参数 4 2 2 室内设计参数 室内设计参数 4 第三章第三章 负荷计算与分析负荷计算与分析 5 一 负荷计算及分析一 负荷计算及分析 5 1 1 空调冷热负荷计算 空调冷热负荷计算 5 二 负荷分析二 负荷分析 9 第四章第四章 地源热泵系统设计地源热泵系统设计 11 一 地源热泵系统配置一 地源热泵系统配置 11 1 1 地源热泵机组选型 地源热泵机组选型 11 2 2 附属设备选型 附属设备选型 12 3 3 系统用电量 系统用电量 12 二 地埋管系统配置二 地埋管系统配置 13 1 1 地埋管长度计算 地埋管长度计算 13 2 2 全年冷热平衡的模拟校核 全年冷热平衡的模拟校核 14 3 3 埋管数量的最终确定 埋管数量的最终确定 14 三 系统运行策略三 系统运行策略 15 四 室内空调形式及设备选型四 室内空调形式及设备选型 16 1 1 室内空调形式 室内空调形式 16 2 2 室内空调设备选型 室内空调设备选型 16 第五章第五章 经济性分析经济性分析 18 一 初投资比较一 初投资比较 18 1 1 地源热泵系统初投资 地源热泵系统初投资 18 2 2 风冷热泵系统初投资 风冷热泵系统初投资 20 二 运行费用比较二 运行费用比较 22 1 1 地源热泵系统年运行费用 地源热泵系统年运行费用 22 2 2 风冷热泵系统年运行费用 风冷热泵系统年运行费用 22 3 3 投资回收期及使用寿命周期内的经济收益 投资回收期及使用寿命周期内的经济收益 22 第一章第一章 工程概况工程概况 一 项目概述一 项目概述 本项目为山东某酒店项目 酒店为地上两层 建筑面积约为 881 平方米 空调要求夏季制冷 冬季供暖 二 地源热泵技术在本项目中的应用二 地源热泵技术在本项目中的应用 在满足空调要求的基础上为响应国家节能减排的号召 拟采用在长期运营 上更为节能的地源热泵系统作为本项目的冷热源 地源热泵系统 Ground Source Heat Pump 是随全球能源危机和环境问题 出现 逐渐兴起的一项节能环保技术 地 源热泵系统是以地表能为热源 通过输入 少量的高品位能源 如电能 实现低品位 热能向高品位热能转移的热泵系统 地源 热泵系统冬季供暖时 把地表中的热量 取 出来 供给室内采暖 同时向地下 蓄存冷量 以备夏用 夏季制冷时 把室内 热量取出来 释放到地表中 向地下蓄存热 量 以备冬用 因此说地源热泵系统是可再 生能源利用技术 地源热泵系统不存在对大 气排热 拍冷的热污染和排烟 排尘 排水 等污染 是真正的绿色能源 地源热泵是目前最流行的空调方式 与传统的空调相比具有更加节能 运 行费用更低 运行工况更加稳定的优点 是实现可持续发展的绿色建筑的有效 技术之一 本文就对地源热泵系统设计进行详细阐述 并和传统的风冷热泵系统进行 初投资和运行成本的综合比较 第二章第二章 设计依据设计依据 一 一 国家相关设计规范和标准国家相关设计规范和标准 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 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 使用供热空调设计手册 中国建筑工业出版社 第二版 地埋管地源热泵技术 高等教育出版社 水源 地源 水环热泵空调技术及应用 机械工业出版社 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调 动力 建筑给水排水设计手册 中国建筑工业出版社 第二版 二 二 室内外设计参数室内外设计参数 1 1 室外气象参数 室外气象参数 夏季空调室外计算干球温度 34 8 夏季空调室外计算湿球温度 28 1 冬季空调室外计算干球温度 4 冬季空调室外计算相对湿度 79 夏季通风室外计算干球温度 30 6 冬季通风室外计算干球温度 1 1 主导风向和风速 夏季 SSE 2 4M S 冬季 NNE 2 7M S 大气压力 夏季 1001 5hPa 冬季 1027 9hPa 2 2 室内设计参数 室内设计参数 室内参数 夏季冬季房间名称 新风量 房间 26 2 6520 2 30 一次换气 第三章第三章 负荷计算与分析负荷计算与分析 一 一 负荷计算负荷计算及分析及分析 1 1 空调冷热负荷计算 空调冷热负荷计算 由于是初步设计 我们对空调冷热负荷进行估算 包括建筑维护结构的传 热 照明及电气设备的发热 食物的散热 人体的散热 门窗渗透新风的热量 等 上海属于夏热冬暖地区 以供冷为主 冬季采暖时间较短 这里对冷 热 负荷分别进行了估算 负荷估算详细见下表 空调面积冷指标热指标冷负荷热负荷 楼 层 房间 m2 W m2 W m2 KW KW 产品展示厅 4815012072005760 总经理办公室 4618015082806900 总工程师办公室 4718015084607050 经营办公室 1051801501890015750 办公室 3318015059404950 门厅 1031501501545015450 走廊 851501501275012750 副总经理办公室 691801501242010350 1F 副总经理办公室 681801501224010200 走廊 2515015037503750 接待室 701801501260010500 大办公室 1522001803040027360 财务室 2218015039603300 2F 休息室 2418015043203600 经过估算可知 夏季峰值冷负荷经过估算可知 夏季峰值冷负荷 156 7kW 冬季峰值热负荷 冬季峰值热负荷 137 8kW 二 负荷分析二 负荷分析 根据建筑使用功能及室外气象参数资料对全年的冷 热负荷进行分配和统 计 营业时间暂 8 点至夜间 9 点考虑 设计日逐时负荷分配见下表 时间冷负荷 kW 热负荷 kW 08 00 09 00459492 09 00 10 00475 2467 4 10 00 11 00486442 8 11 00 12 00513442 8 12 00 13 00513418 2 13 00 14 00540393 6 14 00 15 00540369 15 00 16 00513393 6 16 00 17 00486418 2 17 00 18 00342311 18 00 19 00255220 19 00 20 0011397 20 00 21 008970 夏季制冷暂按 165 天计算 从 5 月至 10 月中旬 冬季制热暂按 135 天计算 从 11 月至 3 月中旬 我们把制冷 制热季节的负荷分别按照 100 75 50 和 25 四个区域 不同负荷区域所占运行时间的比例分别为 0 023 0 415 0 461 0 101 制冷协会提供的经验值 则可以计算出全年的累计空调冷负荷为则可以计算出全年的累计空调冷负荷为 12439kWh 累计空调热负荷为 累计空调热负荷为 8670kWh 则可知 全年累计冷负荷为则可知 全年累计冷负荷为 12439kWh 累计热负荷为 累计热负荷为 8670kwh 累计冷热负荷的计算可以提供两个计算依据 累计冷热负荷的计算可以提供两个计算依据 1 地源热泵系统全年的冷热平衡 地源热泵系统全年的冷热平衡 2 地源热泵系统全年的运行费用 地源热泵系统全年的运行费用 第四章第四章 地源热泵系统设计地源热泵系统设计 一 一 地源热泵系统配置地源热泵系统配置 1 1 地源热泵机组选型 地源热泵机组选型 由负荷计算结果可知夏季冷负荷约为 156 7kW 冬季热负荷为 137 8kW 地 源热泵机组按冬季负荷配置 若仅配置一台地源热泵机组则无备用机组 这不 利于系统安全可靠性 拟按夏季负荷配置三台地源热泵机组 相互备用 根据 以上分析可确定选择制冷量为 59 5KW 制热量 82 4KW 的地源热泵机组三台 详 细性能参数如下表 设备名称性能参数数量 地源热泵机组制冷 热量 59 5 82 4kW WPWE240 夏季 供回水温度 7 12 冬季 供回水温度 45 40 输入功率 夏季 13 4kW 冬季 18 0kW 1 地源热泵机组制冷 热量 49 67kW WPWE200 夏季 供回水温度 7 12 冬季 供回水温度 45 40 输入功率 夏季 11kW 冬季 14 7kW 2 按照本配置系统可提供的总制冷量为 157 5kW 总制热量为 216 4kW 完全 可以满足建筑冷热负荷需求 2 2 附属设备选型 附属设备选型 设备名称性能参数数量备注 地源侧循环泵流量 14m3 h MHI 803 扬程 35m 输入功率 1 0kW 4 一用一备 负荷侧循环泵流量 14m3 h MHI 803 扬程 35m 输入功率 1 0kW 4 一用一备 全自动软水器流量 1m3 h RT 1 0B 功率 20W 1 软水箱体积 1000L 1 定压膨胀补水机组功率 0 8KW YH HX 2 30 2 3 3 系统用电量 系统用电量 设备名称单台用电量 kW 数量合计用电量 kW 地源热泵机组 13 4113 4 地源热泵机组 11222 地源侧循环泵 1 044 负荷侧循环泵 1 044 合计 78 8 二 地埋管系统配置二 地埋管系统配置 1 1 地埋管长度计算 地埋管长度计算 地源热泵系统夏季向大地放热量以及冬季向大地取热量分别按下式计算 1 1 1 1 1 COP QQ 1 1 2 2 2 COP QQ 式中 夏季向土壤排放的热量 1 Q 夏季冷负荷 1 Q 冬季从土壤吸收的热量 2 Q 冬季热负荷 2 Q 设计工况下地源热泵机组 EER 1 COP 设计工况下地源热泵机组 COP 2 COP 根据以上计算公式可得按照所选地源热泵机组性能参数 地埋管系统夏季 放热量与冬季吸热量计算见下表 冷负荷 kW 热负荷 kW 机组 EER 机组 COP 夏季土壤吸 热量 kW 冬季土壤放 热量 kW 1581384 93 8648449 根据以上计算结果 拟采用单 U 型埋管 管径 De32 间距 4 米 夏季单 位井深换热量取 60W m 冬季单位井深换热量取 45W m 井深 80 米 据此计 算地埋管数量见下表 工况 换热量 kW 单位井深换热量 W 埋管总长度 米 井孔数 口 制冷工制热工2 2 全年冷热平衡的模拟校核 全年冷热平衡的模拟校核 为了确保地埋管系统的安全可靠性 我们取 5 的安全系数 把地埋管井数 量放至 40 口 并利用专业的地源热泵设计软件 地热之星 对其 15 年连续运 行状况进行模拟计算 结果如下图 由模拟计算可知地埋管系统冷热基本平衡 孔壁温度变化幅度较小 循环 液最高平均温度 32 最低平均温度为 6 完全满足地源热泵工况要求 3 3 埋管数量的最终确定 埋管数量的最终确定 根据以上计算和模拟可知 本项目地埋管系统应钻孔本项目地埋管系统应钻孔 40 口 深度口 深度 80 米 孔径米 孔径 135mm 采用单 采用单 U 型型 埋管 管径埋管 管径 De32 间距 间距 4 米 占地面积约为米 占地面积约为 640 平方米 平方米 三 系统运行策略三 系统运行策略 本项目采用地源热泵系统 其运行策略的制定应重点是能够满足全年不同 系统的冷热负荷 并结合自控系统实现 由地源热泵系统夏季空调供冷 冬季空调供热 由地源热泵系统夏季空调供冷 冬季空调供热 四 室内空调形式及设备选型四 室内空调形式及设备选型 1 1 室内空调形式 室内空调形式 室内空调形式 房间采用风机盘管加新风系统 房间采用风机盘管加新风系统 2 2 室内空调设备选型 室内空调设备选型 室内空调设备选型见下表 空调面积冷负荷 房间 m2 kW 风机盘管数量新风机组数量 产品展示厅 487200HFCF05 2 总经理办公室 468280HFCF063 总工程师办公室 478460HFCF063 经营办公室 10518900HFCF056 办公室 335940HFCF052 门厅 10315450HFCF054 走廊 8512750HFCF054 副总经理办公室 6912420HFCF063 新风机组 YAH02 2 副总经理办公室 6812240HFCF063 走廊 253750HFCF032 接待室 7012600HFCF063 大办公室 15230400HFCF068 财务室 223960HFCF061 休息室 244320HFCF061 新风机组 YAH02 1 合计 3167 2539 79 第五章第五章 经济性分析经济性分析 本章节通过和传统的风冷热泵系统进行初投资及运行费用的比较 来分析 地源热泵系统的经济性 一 初投资比较一 初投资比较 1 1 地源热泵系统初投资 地源热泵系统初投资 1 地埋管部分初投资 地埋管部分初投资 序号项目数量单位单价 万元 合价 万元 01钻孔及垂直埋管40口0 416 02水平管铺设1项33 03土方开挖回填及外运1项11 小计20 2 地源热泵机房部分 地源热泵机房部分初投资初投资 序号项目数量单位单价 万元 合价 万元 01常规地源热泵机组2台612 02常规地源热泵机组1台6 513 5 03地源侧循环泵4台0 41 6 04负荷侧循环泵4台0 41 6 05全自动软水器1台11 06软水箱1台11 07定压膨胀补水机组1台22 08地源热泵机房自控系统1套1212 09机房部分安装1项4 54 5 小计49 2 3 冷热源部分总投资 冷热源部分总投资 序号项目数量单位合价 万元 01地埋管部分1项20 02地源热泵机房部分1项49 2 总计69 2 4 室内空调部分初投资 室内空调部分初投资 序号项目数量单位单价 万元 合价 万元 01风机盘管45台0 29 02新风机组 YAH023台0 51 5 03室内部分安装1项1010 小计20 2 则地源热泵系统总的初投资为则地源热泵系统总的初投资为 89 4 万元万元 2 2 风冷热泵系统初投资 风冷热泵系统初投资 1 风冷热泵系统配置 风冷热泵系统配置 风冷热泵主机选型 风冷热泵主机选型 设备名称性能台数 风冷热泵机组制冷 热量 75 86kW CSRAN 0602 B 夏季 供回水温度 7 12 冬季 供回水温度 45 40 输入功率 夏季 19kW 冬季 24kW 2 附属设备选型 附属设备选型 设备名称性能参数数量备注 空调冷热水循环泵流量 50m3 h DFG80 160 2 7 5 扬程 32m 输入功率 7 5kW 2 一用一备 热回收侧循环泵流量 16m3 h DFG50 100 2 1 1 扬程 10 8m 输入功率 1 1kW 2 一用一备 全自动软水器流量 1m3 h RT 1 0B 功率 20W 1 软水箱体积 1000L 1 定压膨胀补水机组功率 0 8KW YH HX 2 30 1 2 风冷热泵系统初投资 风冷热泵系统初投资 序号项目数量单位单价 万元 合价 万元 01常规风冷热泵机组2台8 717 6 02空调冷热水循环泵3台13 03全自动软水器1台11 04软水箱1台11 05定压膨胀补水机组1台22 06地源热泵机房自控系统1套128 07机房部分安装1项3030 小计62 6 加上室内空调部分 风冷热泵系统总造价为加上室内空调部分 风冷热泵系统总造价为 82 8 万元 万元 通过计算可知 通过计算可知 1 地源热泵系统初投资为 地源热泵系统初投资为 89 4 万元 万