某国际大酒店地源热泵设计方案

某国际大酒店 地源热泵系统方案 北京某科技有限公司 2007 年 7 月 某国际大酒店地源热泵系统方案 1 关于某国际酒店能源方案的说明关于某国际酒店能源方案的说明 某国际大酒店占地 103 亩 总建筑面积约 5 5 万 其中酒店 部分建筑面积 3 8 万 别墅部分建筑面积 1 7 万 地埋管地源 热泵系统 以下简称地源热泵系统 以下简称地源热泵系统 室外地埋管部分占地近 1 万 除去建筑占地 项目有足够的面积用于室外地埋管 一 负荷情况一 负荷情况 某大酒店供热负荷为 5200kw 供冷负荷为 4300kw 生活热水负 荷为 2800kw 别墅部分参考酒店负荷进行估算 总热负荷为 2380kw 总冷负 荷为 1870kw 二 对比方案二 对比方案 1 1 燃油锅炉 冷水机组燃油锅炉 冷水机组 系统按冷热需求分系统设计 按照总热负荷 8000kw 配置燃气锅 炉 按照总冷负荷 4300kw 配置冷水机组及冷却塔 相应配置其它机 房设备及室外管线 2 2 用燃油锅炉调峰的地源热泵系统用燃油锅炉调峰的地源热泵系统 用地源热泵解决基础负荷 总负荷的 60 用燃油锅炉解决调 峰负荷 总负荷的 40 按照酒店热负荷 5200kw 的 60 即 3120kw 配置地源热泵系统 按照酒店热负荷 40 即 2080kw 配置燃油锅炉 地源热泵系统可承 担冷负荷 3510kw 酒店冷负荷的其余部分 790kw 由冷水机组承担 本项目中别墅部分的供暖及制冷完全由地源热泵系统来解决 某国际大酒店地源热泵系统方案 2 三 项目初投资估算三 项目初投资估算 酒店部分费用表 工程费用 万元 序 号 工程或费用名称 燃油锅炉 冷水机组燃油锅炉 冷水机组地源热泵 锅炉调峰地源热泵 锅炉调峰 一 一 机房设备机房设备 540540615615 1 燃油锅炉 8035 热泵机组 270 冷水机组 20055 2 水泵 4040 3 机房配套设备 160160 4 电气 控制系统 6055 二 二 室外工程室外工程 404010001000 地埋管 990 冷却塔 4010 三 三 总计总计 58058016151615 四 四 单位面积造价单位面积造价153153 元元 425425 元元 某国际大酒店地源热泵系统方案 3 燃油锅炉 冷水机组 的形式总投资 840 万元 地源热泵系 统的总投资为 2642 万元 室外地埋管部分寿命长达 50 年 如果按 照 20 年的投资期折算 仅相当于 708 万元 系统投资相当于 1580 万元 地源热泵系统中别墅部分考虑了分户供暖的方式 如不考虑分 户的问题亦可按调峰方式并入酒店系统 可节约初投资 305 万元 四 投资分析四 投资分析 1 运行费用表 单位 万元 燃油锅炉 冷水机组地源热泵 调峰 供冷费用 3030 供暖费用 412168 生活热水 7051 费用总计 512249 别墅部分空调系统费用表 工程费用 万元 序 号 工程或费用名称 燃油锅炉 冷水机组燃油锅炉 冷水机组地源热泵地源热泵 一 一 机房设备机房设备 245245247247 1 燃油锅炉 40 热泵机组 135 冷水机组 90 2 水泵 2022 3 机房配套设备 7080 4 电气 控制系统 2510 二 二 室外工程室外工程 1515780780 地埋管 780 冷却塔 15 三 三 总计总计 26026010271027 四 四 单位面积造价单位面积造价153153 元元 604604 元元 某国际大酒店地源热泵系统方案 4 2 从上表可以看出 地源热泵 调峰 的方案每年比 燃油锅 炉 冷水机组 的方案节约运行费用 263 万元 前者的初投资比后 者多 1800 万元 项目的回收期为 6 9 年 某国际大酒店地源热泵系统方案 5 目目 录录 一 项目简介一 项目简介 2 二 设计依据二 设计依据 2 三 冷 热负荷估算三 冷 热负荷估算 2 1 气象参数 气象参数 2 1 气象参数 2 2 最冷月干球温度 3 3 最热月干球温度 4 4 太阳日总辐射年变化图 4 2 冷 热负荷 冷 热负荷 4 四 地源热泵系统介绍四 地源热泵系统介绍 4 五 设计方案概述五 设计方案概述 6 1 方案概述 方案概述 6 2 地埋管系统设计 地埋管系统设计 7 3 设备选型 设备选型 8 六 经济性分析六 经济性分析 9 1 初投资估算 初投资估算 9 2 能源费用估算 能源费用估算 10 1 室外温度变化曲线图 10 2 能源费用 10 七 污水利用七 污水利用 12 附录一附录一 华清工程业绩华清工程业绩 13 附录二附录二 地源热泵系统介绍地源热泵系统介绍 20 某国际大酒店地源热泵系统方案 6 一 项目简介一 项目简介 本项目位于吉林省白山市 项目包括五星级酒店建筑面积 3 8 万平米 别 墅建筑面积 1 7 万平米 总建筑面积 5 5 万平米 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 为酒店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 为酒店 和别墅冬季采暖 夏季制冷 采用燃油锅炉解决生活热水需求 在夏季通过热和别墅冬季采暖 夏季制冷 采用燃油锅炉解决生活热水需求 在夏季通过热 泵系统的冷凝热回收技术获得免费的生活热水 春 秋过渡季采用地源热泵系泵系统的冷凝热回收技术获得免费的生活热水 春 秋过渡季采用地源热泵系 统制取 统制取 系统末端均采用风机盘管系统 二 设计依据二 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 三 冷 热负荷估算冷 热负荷估算 1 气象参数气象参数 1 1 气象参数 气象参数 下表根据 中国建筑热环境分析专用气象数据集 给出了吉林临江的设计 用室外气象参数 白山市与临江市相距较近 可参考该地气象参数 设计用室外气象参数设计用室外气象参数单位单位数值数值 采暖室外计算温度 21 3 冬季通风室外计算温度 20 3 夏季通风室外计算温度 27 3 某国际大酒店地源热泵系统方案 7 夏季通风室外计算相对湿度 61 冬季空气调节室外计算温度 24 3 冬季空气调节室外计算相对湿度 72 夏季空气调节室外计算干球温度 30 7 夏季空气调节室外计算湿球温度 23 5 夏季空气调节室外计算日平均温度 25 1 冬季室外平均风速 m s0 4 冬季室外最多风向的平均风速 m s1 6 夏季室外平均风速 m s1 1 冬季最多风向 NNE 冬季最多风向的频率 5 夏季最多风向 N 夏季最多风向的频率 16 年最多风向 N 年最多风向的频率 14 冬季室外大气压力 Pa98560 夏季室外大气压力 Pa96840 冬季日照百分率 60 设计计算用采暖期日数日 168 设计计算用采暖期初日 10 月 23 日 设计计算用采暖期终日 4 月 8 日 极端最低温度 33 8 极端最高温度 37 9 2 2 最冷月干球温度 最冷月干球温度 35 30 25 20 15 10 5 0 1月1日 1月3日 1月5日 1月7日 1月9日 1月11日 1月13日 1月15日 1月17日 1月19日 1月21日 1月23日 1月25日 1月27日 1月29日 1月31日 某国际大酒店地源热泵系统方案 8 3 3 最热月干球温度最热月干球温度 10 15 20 25 30 35 7月1日 7月3日 7月5日 7月7日 7月9日 7月11日 7月13日 7月15日 7月17日 7月19日 7月21日 7月23日 7月25日 7月27日 7月29日 7月31日 4 4 太阳日总辐射年变化图太阳日总辐射年变化图 0 5 10 15 20 25 30 1 12 13 14 15 16 17 18 19 110 111 112 1 MJ m2 2 冷 热负荷 冷 热负荷 建设方提供的酒店总热负荷为 5200kw 折合 137w m2 总冷负荷为 4300kw 折合 113w m2 生活热水负荷为 2800kw 别墅部分按照酒店负荷进行估算 热负荷指标按照 140w m2 总热负荷为 2380kw 冷负荷指标按照 110w m2 总冷负荷为 1870kw 四 四 地源热泵系统介绍地源热泵系统介绍 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 某国际大酒店地源热泵系统方案 9 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 某国际大酒店地源热泵系统方案 10 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 地源热泵是可再生能源利用技术 具有绿色环保 高效节能 运行稳定可 靠 环境效益显著 一机多用 自动运行等优点 被称为 21 世纪的 绿色空调 技术 是解决建筑供暖系统节能问题的重要技术之一 五 设计方案概述五 设计方案概述 1 方案概述 方案概述 该项目地处山间盆地 第四系较薄 厚度为 10 米 下伏泥岩 在该类地层 钻凿换热孔成本较高 为了相对准确地确定项目投资规模 需要在项目前期钻 凿试验孔以确定单孔换热量和可行的钻凿深度 为了有效降低空调系统的初投 资 特别是降低地埋管换热器系统的投资 减少运行费用 本方案设计采用调 峰的方案 即用地源热泵系统提供系统所需的基础负荷 燃油锅炉解决大约 40 的 调峰负荷 地埋管换热器系统设计以基础负荷为依据 冷负荷的不足部分由冷 水机组来承担 在本方案的设计中 酒店与别墅分别进行地源热泵系统的设计 1 酒店部分 根据冬季热负荷设计室外地埋管系统 并进行热泵机组的配置选型 校核 地埋管系统的放热能力后 确定能够解决的夏季冷负荷大小 不足的部分用冷 水机组加冷却塔的方式解决 系统末端采用风机盘管 冬季采暖热水供回水温度为 45 40 夏季冷冻 水供回水温度为 7 12 生活热水冬季由燃油锅炉提供 夏季采用冷凝热回收 的方式免费获得 春 秋过渡季采用地源热泵系统制取 2 别墅部分 别墅群设计统一的地埋管换热器系统 单个别墅室内设置独立的热泵机组 根据冬季热负荷设计室外地埋管系统 并进行热泵机组的配置选型 系统冬季供暖供回水温度为 45 40 夏季制冷供回水温度为 7 12 某国际大酒店地源热泵系统方案 11 3 地源热泵供暖 制冷的系统原理图如下所示 2 地埋管系统设计 地埋管系统设计 冬季热泵效率 COP 取为 4 地源热泵承担总热负荷的 60 3120kW 需 要从土壤中吸收热量 2340kW 根据我公司多年的实际工程经验给出设计孔深和根据我公司多年的实际工程经验给出设计孔深和 单位孔深的换热量 在实际施工图设计中要以现场的实际勘察数据为计算依据 单位孔深的换热量 在实际施工图设计中要以现场的实际勘察数据为计算依据 地埋管吸热量取为 50W m 放热量取为 90W m 以此作为方案计算的依据 其中 埋地孔深按 150m 设计 孔间距按照 5m 5m 实际地埋管的敷设根据建筑物周 围的绿地 道路等进行调整 地埋管采用高密度聚乙烯管 双 U 垂直埋设 则 冬季埋地换热器与周围土壤的换热情况见下表 某国际大酒店地源热泵系统方案 12 1 酒店部分 冬季地埋管系统计算表 热负荷 kW 从土壤中吸热 kW 单位孔换热量 W m 孔深 m 孔数 个 孔间距 m m 占用面积 m2 3120234050150312 5 5 7800 地埋管系统夏季校核计算表 孔数 个 孔深 m 孔间距 m m 占用面积 m2 单位孔换热量 W m 向土壤中放热 kW 可承担冷负荷 kW 312150 5 5 780009042123510 室外布室外布 312312 个换热孔 占地面积约为个换热孔 占地面积约为 7800m7800m2 2 2 别墅部分 冬季地埋管系统计算表 热负荷 kW 从土壤中吸热 kW 单位孔换热量 W m 孔深 m 孔数 个 孔间距 m m 占用面积 m2 2380178550150240 5 5 6000 地埋管系统夏季校核计算表 孔数 个 孔深 m 孔间距 m m 占用面积 m2 单位孔换热量 W m 向土壤中放热 kW 可承担冷负荷 kW 240120 5 5 60009032402700 室外布室外布 240240 个换热孔 占地面积约为个换热孔 占地面积约为 6000m6000m2 2 3 设备选型 设备选型 主要设备选型如下表所示 1 酒店部分 额定电功率额定电功率 1600kW1600kW 不含生活热水系统 不含生活热水系统 设备设备型号型号 额定功率额定功率 kW 备注备注 地源热泵地源热泵 WPS3 台 空调侧循环泵QPG200 315A373 用 1 备 地源侧循环泵QPG200 260302 用 1 备 空调侧补水泵QPG50 200A42 用 1 备 地源侧补水泵QPG50 160A2 22 用 1 备 其他200 某国际大酒店地源热泵系统方案 13 2 别墅部分 额定电功率额定电功率 600kW600kW 不含生活热水系统 不含生活热水系统 六 经济性分析六 经济性分析 1 初投资估算 初投资估算 1 酒店部分 序号工程或费用名称费用备 注 一 一 机房设备机房设备 1 主机 270 3 台 2 冷水机组 55 1 台 3 燃油锅炉 35 3 吨 4 水泵 40 屏蔽泵 5 机房配套设备 90 软水设备 分集水器 水箱 定 压罐 工艺管线 管道附件 6 机房配套安装 80 设备 工艺管线 管道附件安装 7 电气 控制系统 55 低压配电柜及电气安装 二 二 室外工程室外工程 垂直打孔 双 U 管埋设 水 平联络管 990 312 个 150 米深的孔 高密度聚 乙烯 双 U 垂直埋设 三 三 总计总计1615 万元 四 四 估算造价估算造价425 元 m2建筑面积 3 8 万 m2 注 以上初投资为根据现有条件的粗略估算 不含电力增容 土建 末端注 以上初投资为根据现有条件的粗略估算 不含电力增容 土建 末端 部分 实际工程造价以施工图预算为准 部分 实际工程造价以施工图预算为准 2 别墅部分 设备设备 型号型号 额定功率额定功率 kW 备注备注 地源热泵地源热泵WPS060 1B4511 台 水泵水泵 空调侧循环泵QPG80 160B5 51 用 1 备 11 套 地源侧循环泵QPG125 260A113 用 1 备 地源侧补水泵QPG50 160A2 22 用 1 备 某国际大酒店地源热泵系统方案 14 序号工程或费用名称费用备 注 一 一 机房设备机房设备 1 主机 135 11 台热泵 2 水泵 22 11 组 22 台屏蔽泵 3 机房配套设备及安装 80 分集水器 工艺管线 管道附件 4 电气 控制系统 10 低压配电柜及电气安装 二 二 室外工程室外工程 垂直打孔 双 U 管埋设 水 平联络管 780 240 个 150 米深的孔 高密度聚 乙烯 双 U 垂直埋设 三 三 总计总计1027 万元 四 四 估算造价估算造价604 元 m2建筑面积 1 7 万 m2 注 以上初投资为根据现有条件的粗略估算 不含电压增容 土建 末端注 以上初投资为根据现有条件的粗略估算 不含电压增容 土建 末端 部分 实际工程造价以施工图预算为准 部分 实际工程造价以施工图预算为准 2 能源费用估算 能源费用估算 1 1 室外温度变化曲线图室外温度变化曲线图 室外温度是随时间波动的 下图给出了外温随日期的变化曲线 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 1 12 13 14 15 16 17 18 19 110 111 112 1 2 2 能源费用 能源费用 供热负荷与外温的变化关系曲线 供热负荷随着室外温度的波动在不断变化中 下图为相对供热负荷与外温 的变化关系曲线 某国际大酒店地源热泵系统方案 15 负荷 外温 0 00 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00 1 20 26 00 24 00 20 00 16 00 12 00 8 00 4 00 0 00 4 00 8 00 9 00 室外温度 负荷比 能源费用 1 酒店部分供暖能源费用 A 供暖期取为 168 天 当量满负荷运行时间为 6 小时 则供暖年耗热量为 Q 6 5200 168 kW h a a 热泵电费 70 万元 燃油费 31 万元 水泵电费 21 万元 总费用 122 万元 b 燃油锅炉供暖费用为 282 万元 B 供冷期取为 60 天 当量满负荷运行时间为 4 小时 则供暖年耗热量为 Q 4 4300 60 kW h a 热泵电费 16 万元 水泵电费 7 万元 C 热泵供暖供冷总能源费用为 145 万元 单位面积费用为 38 元 m2 年 2 别墅部分供暖能源费用 A 供暖期取为 168 天 当量满负荷运行时间为 6 时 则供暖年耗热量为 Q 6 2380 168 kW h a a 热泵电费 36 万元 水泵电费 10 万元 总费用 46 万元 b 燃油锅炉供暖费用为 130 万元 B 供冷期取为 60 天 当量满负荷运行时间为 4 小时 则供暖年耗热量为 Q 4 1870 60 kW h a 某国际大酒店地源热泵系统方案 16 热泵电费 5 万元 水泵电费 2 万元 C 热泵供暖供冷总能源费用为 53 万元 单位面积费用为 31 元 m2 年 3 制取生活热水的能源费用 假设某国际大酒店全年供应热水天数共计 300 天 每天供给量为 100m3 冬 季供暖的 168 天内 系统均采用燃油锅炉供应生活热水 下面对夏季及过渡季 的 132 天制取生活热水的成本进行测算 燃油锅炉地源热泵 燃料价格5 3 元 kg0 781 元 kwh 加热总量13200 吨13200 吨 自来水温升 40 40 加热费用30 7 万元12 3 万元 单位成本23 3 元 吨9 3 元 吨 测算说明 测算说明 A A 供冷季按供冷季按 6060 天运行期计算 天运行期计算 供暖季按供暖季按 168168 天计算 天计算 B B 水泵运行电费取水泵运行电费取 0 7810 781 元元 kW h kW h 热泵运行费用计算中时考虑负荷分布 热泵运行费用计算中时考虑负荷分布 与峰谷电价分布的特点 取平均电价与峰谷电价分布的特点 取平均电价 0 60 6 元元 kW h kW h 燃油费为 燃油费为 5 5 元元 kg kg C C 上述运行费用测算未考虑入住率的影响因素 是根据现有条件的粗略估上述运行费用测算未考虑入住率的影响因素 是根据现有条件的粗略估 算 算 说明 说明 1 1 初投资 不含电压增容 土建 末端部分 生活热水由燃油锅炉解决 初投资 不含电压增容 土建 末端部分 生活热水由燃油锅炉解决 2 2 在工程实施过程前要进行现场钻孔试验 根据试验结果及详细的当地水 在工程实施过程前要进行现场钻孔试验 根据试验结果及详细的当地水 文地质条件 优化技术方案 作出详细的设计方案 以保证系统长期安全 稳文地质条件 优化技术方案 作出详细的设计方案 以保证系统长期安全 稳 定 高效地运行 定 高效地运行 七 七 污水利用污水利用 本项目建设条件具备本项目建设条件具备 480m480m3 3 d d 的污废水排水条件 如结合热泵加以利用 的污废水排水条件 如结合热泵加以利用 可建成约可建成约 200kw200kw 的污水水源热泵系统 解决部分建筑面积的供热制冷需求 相的污水水源热泵系统 解决部分建筑面积的供热制冷需求 相 当于钻凿当于钻凿 2323 个换热孔 可降低初投资约个换热孔 可降低初投资约 7070 万元 万元 某国际大酒店地源热泵系统方案 17 附录一附录一 华清工程业绩华清工程业绩 工程名称天湖国际会议酒店地源热泵空调系统工程 工程地点北京市房山区 工程施工服务范围整个酒店空调 生活热水 建筑面积4 万 业主名称北京市天创房地产开发有限公司 业主地址北京市房山区青龙湖镇 备 注 该工程在地下水贫乏的基岩地区采用地源热泵系统 设计 钻孔 218 个 利用先进的热泵机组 实现酒店的夏季供冷 冬 季供暖 以及提供全年的生活热水 该项目为市发改委的科研 示范项目 工程名称 中国人民武装警察部队警卫局培训 基地地源热泵设备改造工程 工程地点北京市昌平区北七家镇 工程施工服务范围综合建筑群空调 生活热水及游泳池加热 建筑面积3 6 万 业主名称中国人民武装警察部队警卫局 业主地址北京市昌平区北七家镇 备 注 采用垂直埋管式的地源热泵系统来提供所有建筑的冬季供 暖和夏季制冷 以及全年生活热水和游泳池用水的加热 某国际大酒店地源热泵系统方案 18 工程名称朝阳区绿化局办公楼地源热泵空调系统 工程地点北京市朝阳区 工程施工服务范围0 4 万平米建筑面积供暖制冷 提供生活热水 合同施工期2003 9 2003 12 建筑面积0 4 万 业主名称朝阳区绿化局 业主地址红领巾公园西区 备 注 北京市朝阳区绿化局位于红领巾公园西区 建筑面积 0 4 万平米 采用埋管地源热泵对规划区域供暖制冷 并采用热回 收方式提供生活热水 工程名称石油管理干部学院地源热泵系统工程 工程地点北京市朝阳区 工程施工服务范围冬季供暖 夏季空调及生活热水提供 建筑面积5 万 业主名称石油管理干部学院 业主地址朝阳区立水桥甲 1 号 备 注 本建筑位于北京市朝阳区立水桥甲 1 号 是地源热泵系统 工程 该工程利用土壤作为热泵的冷热源 冬季提供 55 45 的空调水 夏季提供 12 7 的空调水 某国际大酒店地源热泵系统方案 19 工程名称用友软件园地源热泵工程 工程地点北京市海淀区 工程施工服务范围供暖制冷 提供生活热水 合同施工期2004 12 月已签合同 建筑面积27 万 业主名称用友软件园 业主地址北京市海淀区 备 注 结合冰蓄冷为 27 万 m2的建筑提供供暖制冷 冬季提供 40 45 的空调水 夏季提供 12 7 的空调水 某国际大酒店地源热泵系统方案 20 工程名称 当代万国城地源热泵中央空调系统 工程地点东直门东北角 工程施工服务范围冬季供暖 夏季制冷 生活热水 合同施工期合同已签 建筑面积22 万 业主名称北京天成天房地产开发有限责任公司 业主地址北京市朝阳区 备 注 包括公寓 13 万 m2 宾馆 5000m2 商场 5500 m2 电影院 2500 m2 幼儿园 3000 m2 地下室约 55000 m2 本工程的目 标是建设一座高舒适度 低能耗 健康 绿色 环保型的里程 碑式建筑 使其成为引领国内地产市场走向的一面旗帜 工程名称北方国家林木种苗基地地源热泵供暖工程 工程地点国家北方苗木培养基地 工程施工服务范围冬季供暖 合同施工期在建 建筑面积2 万 业主名称国家北方苗木培养基地 业主地址国家北方苗木培养基地 备 注 该工程规划区域为 2 万 大棚 利用地源热泵空调系统实 现冬季供暖 满足植物生长需要 同时不会污染周围环境 营 造了良好的生态环境 工程名称 北京海剑大厦水源热泵空调系统改造工程 某国际大酒店地源热泵系统方案 21 工程名称燕山办事处办公楼污水源热泵工程 工程地点北京市房山区 工程施工服务范围整个办公楼冬季供暖 夏季制冷 建筑面积2 万 业主名称北京市房山区人民政府燕山办事处 业主地址北京市房山区 备 注 该项目利用污水作为燕山办事处办公楼冷热源 不存在任 何污染问题 对北京市污水热能的开发利用具有典型的示范作 用 可为北京市建设可再生能源产业化 能源利用多元化 发 展循环经济 建设节约型城市 实现可持续发展发挥良好的推 动作用 工程地点北京市海淀区 工程施工服务范围冬季供暖 夏季制冷及生活热水提供 建筑面积2 6 万 业主名称北京海剑大厦 业主地址海剑大厦 备 注 本建筑位于北京市海淀区厂洼路 8 号 是海剑大厦办公楼 空调系统改造工程 该工程利用 15 的浅层地下水作为水源 热泵的冷热源 采用水源热泵 冬季提供 55 45 的空调水 夏季提供 12 7 的空调水 工程名称 空军丰台招待所水源热泵空调系统工程 某国际大酒店地源热泵系统方案 22 工程地点北京市丰台区 工程施工服务范围供暖制冷 提供生活热水 建筑面积2 5 万 业主名称空军丰台招待所 业主地址丰台区七里庄路 22 号 备 注 空军丰台招待所位于丰台区七里庄路 22 号 是空政系统 一所集住宿 会议 餐饮 娱乐于一体的综合性其中主楼 北 楼为客房 餐厅及会议室 两楼具有大小会议室 10 多个 客 房 200 余间 要求冬季供暖 夏季供冷 并且 24 小时提供生 活热水 其它各楼要求冬季供暖 散热器为普通四柱铸铁暖气 片 工程名称天桥地矿局水源热泵空调系统工程 工程地点北京市宣武区 工程施工服务范围冬季供暖 夏季空调 建筑面积1 19 万 业主名称北京市地矿局 业主地址北京市宣武区南纬路 4 号 备 注 建筑面积为 7000 的办公楼需冬季供暖 夏季空调 家 属宿舍及附属用房 4880 只需冬季供暖 对原有燃煤锅炉进 行了改造 安装新型的无污染 节能的供暖 制冷 设备 某国际大酒店地源热泵系统方案 23 工程名称 北京商务会馆水源热泵空调工程 工程地点北京市丰台区 工程施工服务范围供暖制冷 提供生活热水 合同施工期2003 7 2003 12 建筑面积2 98 万 业主名称北京商务会馆 业主地址北京市右安门玉林里 1 号 备 注 北京商务会馆位于右安门玉林里 1 号 是燃煤锅炉系统改 造工程 该工程利用 15 的浅层地下水作为水源热泵的冷热 源 采用水源热泵 冬季提供 55 45 的空调水 夏季提供 12 7 的空调水 工程名称地热水系统 B 会所地源热泵空调系统设计与施工 工程地点北京昌平区马坊 工程施工服务范围冬季供暖 夏季制冷 生活热水 合同施工期合同已签 建筑面积 3400 业主名称北京天成天房地产开发有限责任公司 业主地址北京市朝阳区 备 注 本项目别墅 491 栋 会所 3 座 会所高度为 8 5 米 地上 二层 地下一层 主要功能为餐饮服务 采用地源热泵系统用 于冬季供暖 夏季制冷以及泳池水加热 某国际大酒店地源热泵系统方案 24 附录二附录二 地源热泵系统介绍地源热泵系统介绍 一 一 地下能量 地能 简介地下能量 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 二 地源热泵系统简介地源热泵系统简介 1 热泵系统 地源热泵系统的概念 通常所说的热泵系统是指以建筑物的空调 包括供热和制冷 为目的系统 其一个热源 冷源 是建筑物内部的环境 就其另一个热源 冷源 的性质来 分 可分为空气源热泵 水源热泵和地源热泵等几大类 空气源热泵的热源 冷源 为室外空气 水源热泵的热源主要是浅层地下水 由于室外空气温度 随气候而变化 并且温度越低时供热量越小 热泵的效率会大大降低 以浅层 地下水为热源的水源热泵系统受诸多条件的影响和限制 地下水文地质条件 回灌技术条件 对地下水的污染评价 政府对开采地下水的政策等 地下水文 地质条件决定了所在区域的地下水的抽水量的情况 而回灌技术目前仍然不成 熟 对于全部回灌存在一定困难 而且将用后的水回灌到地下可能会对地下含 水层造成一定的污染 这也是政府部门所担心的 另一种热泵为地源热泵 Ground Source Heat Pump 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 某国际大酒店地源热泵系统方案 25 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 减少对环境的污染 符合人类可持续发展的要求 2 地源热泵系统的发展过程 地源热泵 Ground Source Heat Pump 的概念最早出现在 1912 年瑞士的一 份专利文献中 在 20 世纪 50 年代就已在一些北欧国家的供热中得到实际应用 由于石油危机的影响 地源热泵在 70 年代得到较大的发展 1985 年美国共有 14 000 台地源热泵 而 1997 年一年就安装了 45 000 台 到目前为止已安装了 400 000 台 而且每年以 10 的速度稳步增长 1999 年个 人用户增长 11 商业用户增长 35 1998 年美国商业建筑中地源热泵系统 已占空调总保有量的 19 其中新建筑中占 30 美国已经成立了由美国能源 部 环保署 爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会 该协会在近年中投入一亿美元从事开发 研究和推广工作 美国计划最终达到 每年安装 40 万台地源热泵的目标 届时将降低温室气体排放 1 百万吨 相当于 减少 50 万辆汽车的污染物排放或种植 1 百万英亩的树木 每年节约能源费用达 4 2 亿美元 此后 每年节约能源费用还可再增加 1 7 亿美元 此外 在美国 还成立了国际地源热泵协会 3 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 目前国外普遍采用的有垂直 某国际大酒店地源热泵系统方案 26 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 某国际大酒店地源热泵系统方案 27 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 某国际大酒店地源热泵系统方案 28 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 地源热泵系统实施步骤和适用范围 对于一个大型的地源热泵系统 其实施步骤如下 1 计算建筑物所需要 的冷暖负荷 初步确定场地的许可性 2 在预实施地钻地质勘探孔 搞清地 下地质及水文地质情况 3 利用该勘探孔进行土壤的热物性 地层的热传导 系数 比热等 测试 4 结合建筑物所需要的冷暖负荷 地质情况和试验所 取得的热物性参数 进行系统设计 包括室内系统设计 地源热泵选型和室外 地下换热环路的设计 其中室外地下换热环路的设计主要为布孔数量 孔深 孔间距 孔内填充材料 U 形管和 U 形管在孔内的布置方式 5 根据设计 进行设备招标和安装 6 安装完毕 进行系统调试 试运行 7 调试合 格 进行验收 对于小型的地源热泵系统可以省略第 3 步 而可以通过地层 某国际大酒店地源热泵系统方案 29 分类来查表 查出地层的热物性 但这样比较粗略 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 三 三 地源热泵系统的研究重点和方向地源热泵系统的研究重点和方向 1 场测试地层热物性技术的研究 地层的热物性参数是进行地源热泵系统设计的最重要的参数 尤其是热传 导率 系数 由于地层的热物性随着其密度和湿度的不同