地源热泵风机盘管加独立新风系统方案

某别墅 地源热泵空调系统 技 术 方 案 2009 年 7 月 目目录录 第一章第一章 工程概况及方案工程概况及方案设计设计依据依据 .1 1 1、工程概况、工程概况 .1 2 2、设计依据、设计依据 .1 第二章第二章 室外地埋管系室外地埋管系统设计统设计方案方案说说明明.3 1 1、系统设计思路、系统设计思路 .3 2 2、土壤换热器换热参数、土壤换热器换热参数 .5 第三章第三章 地源地源热泵热泵系系统统机房机房设计设计方案方案.9 1 1、机房配置说明、机房配置说明 .9 第四章第四章 地源地源热泵热泵系系统统末端末端设计设计方案方案.11 1 1、风机盘管加独立新风系统特点及应用、风机盘管加独立新风系统特点及应用 .11 2 2、风机盘管选型、风机盘管选型 .11 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 1 - 第一章第一章 工程概况及方案设计依据工程概况及方案设计依据 1 1、工程概况、工程概况 本项目位于浙江绍兴，该建筑E10#楼主要以居住为主，建筑面积为 303.4m2。由于本项目暂未提供冷热负荷，考虑浙江绍兴气候特点，按照负荷 指标法进行空调冷热负荷计算（包括新风冷负荷） 。具体数据如下表： 空调冷负荷 一层 115.9m2二层 118m2三层 62.2总和 17.4kw17.4kw17.7kw17.7kw9.4kw9.4kw44.5kw44.5kw 空调热负荷 一层 115.9m2二层 118m2三层 62.2总和 15.1kw15.1kw15.3kw15.3kw8.1kw8.1kw38.5kw38.5kw 2 2、设计依据、设计依据 2.12.1、设计所采用的相关规范和技术标准：、设计所采用的相关规范和技术标准： 采暖通风与空气调节设计规范GB500192003 高层民用建筑设计防火规范GB50045-95 (2005 年版) 通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB50242-2002 给排水管道工程施工及验收规范GB50268-97 埋地聚乙烯给水管道工程技术规程CJJ101-2004 J362-2004 地源热泵供暖空调技术规程GB50366-2005 2.22.2、室外设计参数、室外设计参数 1、夏季空调室外计算干球温度：32.1 2、夏季空调室外计算湿球温度：28.0 3、夏季平均日较差：3.8 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 2 - 4、冬季空调室外计算干球温度：-4 5、冬季采暖室外计算干球温度：-2 6、冬季通风室外计算干球温度：3 7、室外平均风速：夏季 3.8m/s 冬季 3.8m/s 3 3、技术方案附件、技术方案附件 附一、地源热泵空调系统与传统空调系统运行费用比较附一、地源热泵空调系统与传统空调系统运行费用比较 1 运行费用分析计算约定 1、能效比 cop=制冷（热）量/输入功率 2、每年制冷 4 个月 120 天，平均每天工作 10 小时共计 1200 小时 3、每年制热 4 个月 120 天，平均每天工作 10 小时共计 1200 小时 4、约定电价 0.60 元/kW.h，天然气价格 2.7 元/立方米 2 运行费用计算分析 （1）地源热泵空调系统运行费用 电费运行费用 季节 负荷 百分 比 主机输 入功率 kW 停机率 辅助设 备功率 kW 时间 百分 比 时间 （h） （元/度） （元） 30%2.310.82.120%2400.6568.51 70%5.390.82.150%6000.62,308.32 夏季 制冷 100%7.70.82.130%3600.61,784.16 30%3.240.52.120%2400.6535.68 70%7.560.52.150%6000.62,116.80 冬季 制热 100%10.80.52.130%3600.61,620.00 总计 8,933.47 使用地源热泵机组，夏季制冷季节得到的生活热水是完全免费的，其他季节 制取生活热水的时间为 8 个月，也就是 240 天，生活热水为 0.3M3/天，则制取 生活热水的费用为 0.3M3/天 *240 天 *35*0.17 元(每 M3 的水温度升高 1) =428.4 元，所以采用地源热泵机组系统，一年中空调部分加生活热水部分运行 费用为：8,933.47+428.4=8827.87 元 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 3 - （2）传统空调系统运行费用 电费运行费用 季节 负荷 百分 比 主机输 入功率 kW 停机率 辅助设 备功率 kW 时间 百分 比 时间 （h） （元/度） （元） 30%7.350.82.120%2400.61,149.12 70%17.150.82.150%6000.65,695.20 夏季 制冷 100%24.50.82.130%3600.64,687.20 30%7.350.52.120%2400.6831.60 70%17.150.52.150%6000.63,843.00 冬季 制热 100%24.50.52.130%3600.63,099.60 总计 19,305.72 使用传统空调系统时，一年 365 天都要使用传统设备制取生活热水，设定使 用燃气锅炉热水器，则制取生活热水的费用为 0.3M3/天 *365 天 *35*0.38 元（每 M3 的水温度升高 1）=1456.35 元，所以采用传统空调系统，一年中空 调部分加生活热水部分运行费用为： 19,305.72+1456.35=20762.07 元 19,305.72*0.6+1456.3*0.45=12238.3 元 综上所述：一年中，地源热泵空调系统比传统空调系统运行费用节约 20762.07-8827.87=11934.2 元。12238.3-8827.87=3410.4 元。 （3）参考数据表-各种能源形式达到同等效果的所需费用 能源 类型 热值价格 实现 形式 效 率 1 吨水加热 1 摄氏度需 4200KJ 各能源需求量 1 吨水加热 1 摄氏度需 4200KJ 所需能源费用 （元） 地源 热泵 4.3 0.28 度 0.17 电 3600 KJ/度 0.6 元/度电加 热器 0.8 2.3 度 1.4 天然 气 35588 KJ/立方 米 2.7 元/立 方米 燃气 锅炉 0.8 0.14 立方米 0.38 柴油 42705 KJ/kg 5.73 元/kg 柴油 锅炉 0.8 0.12 立方米 0.69 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 4 - 附二、地源热泵空调系统与传统空调系统初投资费用比较附二、地源热泵空调系统与传统空调系统初投资费用比较 地源热泵空调系统（万元）传统空调系统（万元） 地埋管 16.70 机组 6.58.5 末端 5.55.5 加热设备 0.581.6 其他配件 6.56.5 总计 35.7822.1 从表中可看出：地源热泵空调系统初投资费用比传统空调系统高 35.78- 22.1=13.68 万元；按每年运行费用节约 11934.2 元来计算，回收年限为： /11934.2=11 年，地埋管部分使用寿命为 50 年以上，采用地源热泵系统，投资 回报后，剩余 39 年运行费用总共可节约 39*11934.2=.8 元（46.6 万元） ， 传统空调使用寿命为 12-15 年，地源热泵空调使用寿命为 15-18 年， 50 年 中，传统空调需更换 4 次，地源热泵空调只需更换 3 次，又省掉 1 台地源热泵 机组的投入，由此产生的经济效益（8.5 万元）是相当可观的。 地源热泵热水机组使用寿命为 15-18 年，燃气锅炉热水器使用寿命为 6-8 年， 50 年中，地源热泵热水机组更换约 3 次，燃气锅炉热水器需更换 6 次，节省的 设备费用为 3*1.6=4.8 万元。 综合以上，50 年中，使用地源热泵机组产生的经济效益为 46.6+8.5+4.8=59.9 万元。 第二章第二章 室外地埋管室外地埋管系统设计方案说明系统设计方案说明 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 5 - 1 1、系统设计思路系统设计思路 近年来由于节能环保要求的提高，对建筑的采暖空调方式提出了新的要求。 作为独立的建筑物，既需要冬季供暖又需要夏季空调。根据这种实际需求，我 们推荐采用当今最新技术的热泵系统地源热泵系统。 热泵系统是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或 地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。热泵机组通过输入少量 的高品位能源（如电能） ，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为 热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来， 提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。 热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即 电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里 昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。请参见图 2-1 能流示意图。 图 2-1 能流图 地源热泵热泵系统是一种先进的高效节能、无任何污染的采暖空调方式， 在建筑用能领域，是作为环保和节能首推的新技术应用项目。2003 年建设部将 热泵采暖空调技术列为建筑节能新技术成果大力推广。推广热泵技术，将对保 消耗的电能消耗的电能 2.91kW 即即2,500大卡大卡 (25%) 热泵机组热泵机组 性能系数性能系数 COP=4 供热量供热量 10,000大卡大卡 (100%) 吸收的地下水热量吸收的地下水热量 7,500大卡大卡 (75%) （免费的自然能源免费的自然能源） 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 6 - 护环境、提高环境质量、进一步推动和落实“还人类碧水蓝天”起到更好的积 极效果。 热泵机组根据对水源的利用方式的不同，可以分为开式系统和闭式系统两 种。开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过热泵机组换热后直接排放的系 统；闭式系统是指利用闭式循环的土壤换热器进行换热，土壤换热器一般水平 或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或湖水海水换热来实现能量转移。 即通常说的水源热泵和地源热泵。如图 2-2、2-3、2-4、2-5 所示 图 2-2 地源热泵系统冬季工作示意图 图 2-3 地源热泵系统冬季工作示意图 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 7 - 图 2-4 水源热泵系统夏季工作示意图 图 2-5 水源热泵系统冬季工作示意图 由于水源热泵受当地的地质条件影响，目前项目所在地的地层结构我们尚 不了解，鉴于地源热泵的优点，本项目的空调系统我们推荐采用地源热泵空调 系统。 如上文所述，当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等 大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节 能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而地源热泵空调系统正 是满足这些要求的新兴中央空调系统。 2 2、土壤换热器换热参数、土壤换热器换热参数 2.12.1 确定埋管形式确定埋管形式 土壤换热器采用地下埋管（即埋置地下热交换器）的方式来实现，埋管方 式多种多样。目前普遍采用的有垂直埋管和水平埋管两种基本的配置形式。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，垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器（HDPE 管）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。如图 2-6、2-7 所示： 图 2-6 水平埋管 图 2-7 垂直埋管 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。水平埋管形式较垂直埋管形式占地面积大、换热效率低，但相应初投 资也会较低。 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 8 - 综合本项目各方面条件，拟采用的是垂直埋管垂直埋管。 2.22.2、土壤换热器的换热量和换热管长设计、土壤换热器的换热量和换热管长设计 由于我所隶属于上海地矿工程勘察院，积累了大量的地质资料，并结合我 所在实施的多个地源热泵工程，积累了大量的各个地层的换热量资料，综合本 项目所在地区的地层情况，参照类似工程的成功案例，本项目单位钻孔延长米 的平均换热量暂定为冬季 45w/m45w/m，夏季 65w/m65w/m（建议业主委托有测试能力的公司（建议业主委托有测试能力的公司 进行项目实测，以确定更准确的换热率）进行项目实测，以确定更准确的换热率） 。结合本项目现场实际场地条件和满足 换热要求，拟设计为双 U 型竖埋管，管径为 32mm 高密度聚乙烯换热管 （HDPE） ，通过详细计算，地埋管最大需求数量为 3600 米；根据我所以往大量 成功项目的施工经验，结合本项目所在地地层特性，并考虑经济效益，设定本 项目土壤换热器的换热孔深为 45m，则换热孔数量核算为 18.2 个，考虑到一定 的安全系数，取 20 个孔。根据地源热泵系统工程技术规范 GB50366-2005 ， 换热孔间距取 4.5*4.5m（局部间距，按地下管线、障碍物情况，在规范规定的 3-6m 范围内调整） ，整个建筑物所需的换热孔分部占地面积约为 200m2左右。 2.32.3、地埋管材及技术参数、地埋管材及技术参数 本工程空调冷热源由土壤耦合器提供，因土壤温度地表 15m 下受大气影响 较小，年平均温度在 18左右，故土壤耦合器采用垂直形式埋管减少占地面积。 主要技术参数 采用抗高压的高密度聚乙烯管（HDPE100） ，原材料为进口材料，技术参数 为：管外径 32mm、管壁厚 3mm、承压能力 1.6Mpa，其具有接口稳定可靠、抗应 力开裂性好、耐化学腐蚀性、水流阻力小、耐磨性好、耐老化使用寿命长（寿 命可达 50 年）等多种优点，除了应用在地下换热孔中外，还广泛应用于城镇供 水、天然气、煤气输送管道、食品、化工等领域。 施工工艺和质量保证措施 土壤换热器系统是整个地源热泵系统的核心和关键，其质量的好坏直接关 系到整个系统能否安全可靠地运行。而且工程一旦完成，其将不可修复。因此， 针对地源系统工程的为隐蔽性工程的特殊性，我所在多个类似项目经验的基础 上，形成了一整套完善的地埋管系统质量保证措施，主要从以下几个方面来保 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 9 - 证工程质量万无一失： 1） 高密度 PE 管质量方面：a）产品出厂时要有产品合格证，要有原材料 进口证明；b）进货后，现场分批取样送检，并现场对长度、壁厚、外径等进行 检验；c）合格的 PE 管，要在工厂进行管底连接，然后进行打压试验；d）货到 现场，下管前要进行打压，并保压 15 分钟，压降在规定范围内即为合格，合格 的 PE 管，方可下入钻好的换热孔；e）PE 管下到孔底后，在回填料之前，再进 行二次打压试验，合格后方可进行回填料（不合格的将该 PE 管提出，下入新的 合格的 PE 管） 。 2） PE 管下入孔前的技术准备：传统的方法是 将连接好的 PE 管直接下入换热孔内，PE 管在下入 孔内后的形状将不规则，PE 管之间会发生强烈的换 热干扰，从而影响整个换热孔的换热效率；我所的 做法是在 PE 管下入换热孔之前，在 PE 管之间安装 专用支架，分隔管材，支架间距 4 米，使 PE 管之间 具有一定的距离，且尽可能紧靠换热孔的孔壁，加 强换热管与地层的换热效果，减小 PE 管之间的换热干扰。同时选用加重管底接 头，保持管材下入时的垂度。通过该种方法可以确保地下换热管的有效换热量。 （如图 2-8 所示，左边的为传统的做法，右边的为我单位采用的方法） 。 图 2-8 3） 下管后的填料：填料的密实与否直接关系到换热孔的换热效率，为了 提高填料的密实程度，一方面，要严格控制填料的速度，均匀慢速填料，减少 因填料过快而造成填料在孔内搭桥的机会；另一方面，要分批次进行填料，在 均匀填料的过程中向孔内注入水，从而避免填料在孔内形成搭桥，即使形成搭 桥也可冲开，确保填料密实。如图 2-9 所示 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 10 - 图 2-9 分批填料示意图 通过以上质量控制措施，可确保室外换热管系统使用寿命在 50 年以上。换 热孔通过联络管分区连接后汇入机房内。循环液在完全封闭的地下管路中流动， 对地下环境无任何污染。 2.42.4、埋管联络系统、埋管联络系统 为确保每一个土壤换热器都能有一定的换热液流过，实现有效、高效换热， 同时最大限度增加系统的安全性，所以土壤换热器按同程方式连接，确保各土 壤换热器内循环液的流量、流速一致。 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 11 - 第三章第三章 地源热泵系统机房地源热泵系统机房设计方案设计方案 1 1、机房配置说明、机房配置说明 1.11.1、冷热源机组的选用、冷热源机组的选用 建筑的冷负荷为 44.5kw，热负荷为 38.5kw38.5kw，经过计算为建筑配置意大利意大利著 名品牌 克莱门特克莱门特公司生产的(EM)HRHN0152(EM)HRHN0152 型热泵机组 1 1 台，满足冬夏季冷热 负荷。机组具体参数如下表所示： 项 目单位 (EM)HRHN0152(EM)HRHN0152 制冷量KW45.8 制冷工 况 电功率KW10.0 制热量KW47.7 制热工 况 电功率KW11.8 机组外型尺寸600800940mm 1.2、循环水泵的选用、循环水泵的选用 本项目的站房为建筑物的建筑内部，控制站房的噪声尤为重要，另外，目 前市场上水泵普遍存在噪声过高，震动大，所以该系统的末端循环泵选用优质 屏蔽泵，该泵对泵和电机进行了一体化设计，把泵腔与电机制成了一个绝对密 封的整体，一方面，普通水泵的主要易损件机械密封（轴封） ，从而彻底解决了 水泵因轴封（动密封）损坏而漏水的难题，因而使水泵滴水不漏，泵房干净整 洁；二方面，去掉了滚动轴承，采用浸渍石墨材质制成的滑动轴承，具有摩擦 系数小，自润滑性能好，高耐磨，用输送介质润滑，因而整机呈静音设计，低 噪声运行，同时还省略了对轴承的定期加油和保养费用。另外，对叶轮采用了 悬浮式设计，使转子在运转中始终处于悬浮状态，降低了转子对石墨轴承的轴 向磨损，从而使石墨轴承的使用寿命成倍增加，可以达到 3 万个小时以上。 1.3、热回收系统热回收系统 通常冷水机组的工质的冷凝，大都单纯地采用冷却水或者空气冷却，不言而 喻这部分巨大的热量就白白地送入大气而浪费了。并且为了帯走这些巨大的热 量而专门设置的冷却水系统或风冷系统还要消耗大量的电能，这是人们所不希 望的，或者说不情愿的。 别墅地源热泵系统 技术设计方案 热泵技术专业专注 - 12 - 这部分热量实际上完全可加以利用（比如加热生活热水） ，在高压高温的气 态工质进入到冷凝器初端时，再加一套热回收用的热交换装置，再由通常的冷 却水系统或者空气冷却系统承担。当然，这部分负担就小多了，而为解决这部 分冷凝热而设置的冷却水系统或者空气冷却系统所消耗也将大大减少，不难想 象整个制冷机的冷却效率将大大提高。 夏季，机组回收冷凝热，可以免费免费得到大量的冷凝热。简单的说，就是地源 热泵机组把从房间得到的热量，不直接送到地下，先进行回收用于日常生活所 需，多余的热量再送到地下；春季、秋季、冬季，根据别墅面积及使用功能， 并结合我们以往的工程经验，经过计算，为别墅配置一台约 3300W330