办公楼地源热泵系统项目可行性研究报告

大厦办公楼地源热泵系统工程可行性研究报告目录0研究报告 摘要4第1章项目概述 111.1气象地理条件 111.2项目概述 111.3计算依据 121.4建筑材料 12第二章建筑冷热 负荷142.1室外设计计算参数 142.2室内设计 计算参数152.3建筑荷载估算 152.4主要设备容量的选择 16第三章地源热泵空调技术的适用性 193.1地源热泵空调系统简介 193.2本项目地源热泵应用的适宜性 223.2.1地质条件 223.2.2气候条件 223.2.3建筑荷载特性 233.2.4埋管所需空间 233.2.5地源热泵系统冷热平衡 243.3地源热泵空调全生命周期技术经济分析 263.3.1_与传统空调系统的运营成本比较 263.3.2_与常用空调系统的初始投资比较 273.3.3传统空调生命周期投资回收期分析 283.3.4常规空调全生命周期技术分析 29第四回地源热泵系统埋管工程技术方案 304.1土壤热力实验 304.1.1概述 304.1.2埋管单位孔深传热及建议 304.2方案设计 354.2.1土壤换热系统换热计算 354.2.2土壤热交换系统设计 35第五章房间空调终端系统 395.1中央空调末端的形式和原理 395.2地源热泵系统室内终端设备选型对比 39第六章地源热泵监控系统 436.1地源热泵监控系统的主要功能 436.2地源热泵自动控制系统 456.3操作与维护 48第七章技术 支持50

研究报告摘要一、三种方案及其比较XX楼A办公楼可能的替代供暖和制冷解决方案：集中埋管地源热泵系统冷水机组与锅炉配套冷水机组与城市热网匹配以上三种方案的技术经济比较见表0.1-0.3。表0.1冷热源系统技术对比冷热源法和序列号项目选项一选项二第三个解决方案地源热泵冷水机燃气锅炉配套冷水机城市热网支持优势性能系数高，节能；减少CO2排放，保护环境；无室外机，换热器埋地，制冷制热兼备，节省建筑面积；控制灵活方便，可分段或分房间制冷制热，可靠性高技术成熟，初投资低，运行可靠，需要锅炉房和冷却塔使用低温水供暖是比较传统的空调冷热源方式。技术成熟，设备应用广泛，可靠性高。缺点需要地下管道空间，地下管道性能较复杂能源效率低，排放大量二氧化碳噪声和振动较大，设备应布置在地下机房内，并采取降噪减震措施表0.2冷热源系统初期投资比较冷热源法和序列号项目选项一选项二第三个解决方案地源热泵冷水机燃气锅炉配套冷水机城市热网支持冷热水机组（元/kW制冷量）800500500燃气锅炉（元/千瓦热量）300城市热网（元/平方米供热面积）100冷却塔（元/kW制冷量）没有任何60地下钻埋管（元/kW）1500没有任何机房水泵、管道、控制基本一样（40元/平方米）楼宇空调终端基本一样（110元/平方米）初期投资估算比较（冷指数72.6W/m2）初期投资（元/平方米）330267254部分10.80.77表0.3冷热源系统运行成本对比冷热源法和序列号项目选项一选项二第三个解决方案地源热泵冷水机燃气锅炉配套冷水机城市热网支持季节夏天冬天夏天冬天夏天冬天能量形式电电天然气电热网单元立方米/m2四分之一价格（元）0.550.553.40.5524.5负荷累计kW.h266396630612102663966306121026639663061210效率5.5450.951燃料成本266396.6420916.4304036.31275504.2304036.3单位燃料成本（元/平方米）6.429.787.0629.627.0624.5机房运营成本（元/平方米.季度）4.5元/平方米。两季冷却塔运行成本（元/m2.季度）没有任何2元/平方米。四分之一年总运营成本（元/平方米）20.743.1838.06成本比12.081.84总之：方案一：地源热泵节能效果好，初投资高，运行成本低；方案二：锅炉房污染严重，操作简单，技术成熟，初投资不高，但运行成本高；方案三：采用冷却塔和市政热力管网，初投资成本低，运行成本不高，但节能效果不明显。2.计划的确定办公楼采用集中热泵机组与集中埋管地埋管换热器相结合的采暖空调形式，可行、可靠、高效。可行性分析一、当地气象条件和地质构造XX位于中纬度。受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属暖温带半湿润大陆性季风气候。其特点是季风明显，四季分明，春季干燥多雨，夏季炎热多雨，秋季相对凉爽，冬季气温低，但无严寒。年平均气温14.3℃，极端气温40.5℃，最低气温-14.9℃。从地埋管热泵的工作原理可以看出，该系统在冬冷夏热地区（即全年冷热负荷相对均衡的建筑）可以充分发挥地表储能的作用。)，运行效率高。因此，本项目具备了应用地源热泵空调技术的基本气候条件。2、楼宇空调需求该项目为高档住宅和写字楼，对室内空调要求很高，不仅冬季供暖，夏季制冷。如果采用传统的水冷机组和城市热网系统，需要两套设备，不仅增加了运行成本，而且从环保的角度来看，城市集中供热系统消耗大量的能源。一次能源，排放的有害气体会对大气环境造成危害。污染。冷水机在制冷过程中将室内热量以废热的形式排放到室外大气中。系统的性能随着室外空气温度的升高而显着下降。机组的制冷性能和效率较低，能耗较高。同时，排入环境的余热无疑会加剧夏季的城市热岛效应。3、地源热泵系统冷热平衡根据负荷计算结果，冬季用热量远大于夏季制冷用电量，制冷用电量为2663916kW·h，用热量为3061210kW·h。埋地管道夏季需向地下排放热量2,663,916kW·h，冬季需从地下抽取热量3,061,210kW·h。地下管道年冷热不平衡率为13%。图1为地源热泵系统运行20年，循环液进出热泵的月平均温度变化曲线。从图1可以看出，运行一次冷暖空调循环后，地下岩土的温度变化很小，但由于埋地管道的年热量增益略大于年热量释放量，地下温度的变化总则是缓慢下降的。趋势。取周围钻孔10m处的岩土温度作为钻孔组位置的岩土参考温度。从图1也可以看出，经过20年的模拟运行，距钻孔10m处的平均土壤温度仅比初始温度16℃低1℃左右。这表明埋地管道一年运行周期内向地下的散热和从地下提取的热量基本平衡，地下岩土温度在加热和通风后基本恢复到初始温度。调节循环，确保系统高效运行。值得注意的是，即使设计条件理想，即地下岩土的吸热和散热在一个周期内达到平衡，但在实际运行中，地下岩体的年吸热和放热土壤不需要绝对平衡。，仿真设计结果表明，不平衡率在±20%以内是可以接受的。当然，这个内容的不平衡率将与不同地区和岩土的热特性、埋管换热器位置处地下水流的有无及其流动特性等因素有关。建筑物的冷热负荷。它因地而异。如果整个埋地管区有地下水缓慢入渗，对地温恢复有积极作用。可通过埋地温度传感器监测地面温度变化，并据此进行运行调整。图1系统20年月温变化模拟曲线由于系统的不平衡率较小，可以通过以下方法缓解冷热不平衡。（1）采用户用热量计量，提高冬季取暖行为的节能意识，提高能源利用率，减少冬季负荷；(2)夏季适当增加空调的运行时间。(3)夏季适当提高热泵机组进出冷却水的温度，增加热量释放。(4)增加地埋管间距，减少地埋管之间的热干扰，增加蓄热体。(5)间歇作业有利于地温的恢复4、建筑使用可再生能源符合国家建筑节能政策可再生能源在建筑中的应用，利国、利民、利己。地源热泵系统在建筑中的应用，为后期申请绿色建筑和政府补贴创造了先决条件；为提高工程档次和品位，实现长期高效节能运行奠定重要的物质基础。三、结论由于该区域附近无火力发电厂和区域锅炉房，根据各方案的技术可行性和经济性比较，拟选择方案一。地源热泵系统不仅符合当前国家节能减排政策，而且运行成本较低。当然，每个方案都不是完美的。地源热泵的初期投资较高，但必须考虑长期运行成本和长期效益。所以方案一和方案二是比较常用的空调系统，运行成本也不高。作为备选。

第一章项目概述1.1气象地理条件本项目位于XX市。XX属于北温带季风大陆性气候，季节变化明显，季风进退。与同纬度内陆地区相比，具有雨量充沛、年气温适中、气候温和的特点。1.2项目概述XX大厦办公楼位于XX市历城区奥林匹克西路西侧，南邻经十路，规划总用地面积41501.5平方米。本项目为高档写字楼，主楼分为主楼和裙楼。建筑面积40355平方米，主楼36975平方米，裙房5680平方米，机房400平方米。办公楼冷负荷为4520.775KW，供热负荷为3229.125KW。图1显示了建筑物的平面图。图1XX建设集团办公楼平面图1.3计算依据1.《采暖通风空调设计规范》GB50019-20032.《高层民用建筑防火设计规范》GB50045-95（2005年版）3.《建筑给排水设计规范》GB50015-20034.《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调电源》5、《全国民用建筑工程给排水设计与技术措施》6.《建筑给排水及供热工程施工质量验收规范》GB50242-20027.《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-20028.《供水水文地质调查规范》GB50027-20019.《埋地聚乙烯给水管道工程技术规范》CJJ101-2004J362-200410.《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005（2009）11.《外墙保温应用技术规程》DBJ14-035-200512.《埋地聚乙烯给水管道工程技术规范》CJJ101-200413.《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-200714.《中华人民共和国节约能源法》15.《中华人民共和国可再生能源法》1.4建筑信息各包络结构的热物理参数如下：(1)外墙：建筑物外墙为200厚加气混凝土砌块墙，管井部分100厚，填充墙为加气混凝土砌块，40厚挤塑聚苯板用于外保温，传热系数为0.345W/㎡·K。女儿墙、阳台、悬垂构件和穿过墙壁的管道采用25厚的聚苯乙烯颗粒保温砂浆进行保温。(2)隔墙：采用20厚胶粉聚苯乙烯颗粒保温层，导热系数为1.368W/㎡·K。（3）窗：外窗采用铝合金隔热断桥中空玻璃窗（Low-E玻璃或普通玻璃），提高建筑整体节能效果。传热系数为2.70W/㎡·K。(4)屋顶：外保温采用100厚挤塑聚苯板，传热系数为0.427W/㎡·K。(5)门：采用传热系数为2.00W/㎡·K的保温防盗安全门。（6）门窗物理性能1）抗风压：4级p3≥2.5kpa；2）透气性（气密性）：4级q1≤1.5m3/mh；3）雨水渗漏性能（水密性）：5级p≥500pa4）保温性能：空气层厚度：6mm，k≤2.795）隔音性能：3级Rw>30dB

第二章建筑物的冷热负荷2.1室外设计计算参数XX市纬度37°，经度116°98′。冬季和夏季的天气参数如下：夏季室外计算干球温度34.8℃夏季室外计算湿球温度为31.3℃夏季大气压99850Pa最热月室外计算平均湿度为73%夏季室外平均风速为2.80m/s冬季室外供暖计算温度-7℃冬季室外空调计算温度——10℃冬季室外相对湿度54%冬季大气压力102020Pa冬季室外平均风速为3.20m图2.1为XX地区典型年份室外日平均气温和极端气温变化曲线（数据来源于建筑荷载计算软件Dest数据库）。图2.1XX全年室外日平均气温和极端气温变化曲线2.2室内设计计算参数表2.1室内设计参数房间名称温度℃相对湿度％新风量m3/(h·人)夏天冬天夏天冬天客房24~2718~22654050会议室24~2718~22654030~50贵宾休息室26二十二654030服务室25二十二654020办公室23~2620~22654035~50功能房24二十二653025表2.2GB50189-2005公共建筑节能设计标准公共建筑房型照明功率密度f1(W/m2)人均占有面积m2/人电功率密度f2(W/m2)办公楼普通办公室11420高档办公室18813设计室18813会议室112.55走廊5500其他112052.3建筑荷载估算建筑冷热负荷的计算是所有空调工程设计的基本依据。由于本项目现阶段只是地源热泵空调系统方案的可行性论证，因此仅对项目冷热负荷进行了简单估算，详细的年每小时动负荷计算见方案确定后的设计报告。.由于该建筑的节能设计已达到山东省工程建设标准《住宅建筑节能设计标准》的要求，节能可达到要求的65%。考虑到一定的安全裕度，现在估计建筑物的平均热负荷。指数为75W/m2；冷负荷指数为105W/m2。则办公楼设计热负荷为3229.125kW，冷负荷为4520.775kW。冬季和夏季的营业天数分别按120天和90天计算。写字楼冬季采暖空调系统日运行时间为10小时；夏季制冷空调系统日均运行时间为8小时。如果负荷指数考虑不同月份不同的运行系数，则可以大致得到全年建筑和地下抽取和释放的累计负荷。在估算中，热泵机组夏季的COP值计算为5.5，冬季的COP值计算为4。2.4主要设备容量的选择(1)空调冷热负荷该建筑的设计热负荷为3229.125kW，冷负荷为4520.775kW。考虑该办公楼的同时利用系数为0.9，峰值热负荷为2906.2KW，峰值冷负荷为4068.7KW。(2)冷热源配备三台地源热泵机组，每台机组制冷量1578KW，制热量1725KW。考虑到办公楼的功能和特点，选择了三台热泵机组，方便运行调整，节约能源，降低运行成本。夏季机组处于制冷模式，提供冷冻水供应和冷水，回水温度为7°C至12°C；冬季机组处于制热模式，提供热水供暖，供回水温度为：40℃～45℃。根据建筑物的冷热负荷初步估算热泵机组的容量。主要设备的选择见表2.3。表2.3主要设备设计能力主要设备选型姓名规格数量评论地源热泵冷热水机组（制冷剂为134a）制冷量：1725KW；制热量：1578KW3个单位制冷工况，供回温度为7℃～12℃的冷水；供暖工况，供回水温度为：40℃～45℃热水。冷热水循环水泵流量：290m3/h杨诚：28mH2O4个单位三用一备地埋管侧循环水泵流量：420m3/h杨诚：28mH2O4个单位三用一备垂直埋管120m孔深，760孔91200米不包括水平埋地管道和子汇水面积(3)埋管方案埋管初步设计深120m，钻孔760个，总垂直埋管深91200m。根据地质环境条件，确定采用直埋管形式，钻孔孔径160mm，孔距5m，单U形管，管径De32毫米。为了方便地实现地埋管之间的水力平衡，地埋管换热器的布置结构采用同一路线，对称布置。按每个钻孔25m2占用的地下面积计算，埋管面积约为19,000m2。

第三章地源热泵空调技术的适用性3.1地源热泵空调系统简介地源热泵是以大地为冷源和热源，通过热泵机组实现建筑物供暖、空调和生活热水的热泵，如图3.1所示。地源热泵的地面部分与普通热泵相同，不同之处在于热量通过埋在地下岩石和土壤中的地热热交换器释放到土壤或从土壤中吸收。从节能的角度来看，一个设计良好的地源热泵系统实际上是利用地球作为蓄能器。在夏季，建筑物内的热量通过热泵机组传递到地面，热量在建筑物冷却的同时被储存起来。它在冬天使用；冬季将地下的低层热能提升到冬季为建筑物供暖，将建筑物内的冷能储存在地下供夏季使用。该技术提高了空调系统全年的能源利用效率，真正实现了可再生能源的良性生态合理利用。图3.1地源热泵系统示意图图3.2地源热泵空调系统流程图地源热泵系统具有以下特点：节能、运行成本低在更深的地层中，全年保持不受干扰的恒定温度，远高于冬季室外温度，低于夏季室外温度。地源热泵可以克服空气源热泵负荷要求越高，效率越低的技术障碍，显着提高效率。高效率意味着更少的一次能源消耗和更少的运营成本。环保又干净地源热泵系统运行不燃烧，不排烟，大大减少了城市空气污染；据研究，由于维持热泵运行所需的电能较少，地源热泵产生的污染物排放量高于空气源。热泵排放减少40%以上，比电采暖降低70%以上；地源热泵系统供冷时省去冷却塔，避免了冷却塔的噪音和霉菌污染，以及对大气的热岛效应。同时，拆除冷却塔，使建筑周边环境更清洁、更美观。节水节地地源热泵系统利用浅层地下地热资源作为冷热源，对其进行吸热或放热，从而达到采暖或制冷的效果，不消耗水资源也不对其造成污染；地源热泵系统的地埋管可直接布置在建筑物的地下空间，不占用使用面积。多功能机地源热泵系统可用于供暖和空调。一台机器可以用于多种用途。一套系统可以替代原来的两套或系统的锅炉和冰箱。多种选择；可靠运行机组运行稳定，几乎不受天气、环境、温度变化的影响。即使在寒冷的冬天，制热能力也不会衰减，不用担心结霜和除霜。自动化程度高，系统由计算机控制。根据室外温度和室内温度自动调节运行，运行管理可靠性高；无储煤、储油罐等卫生和消防安全隐患；机组使用寿命长，主要部件少，维护成本低，主机使用寿命可达15台机组自动化控制程度高，可无人值守。广泛的应用地源热泵系统利用地表浅层地热能源作为冷热源进行采暖和空调。地球浅层地热能资源量大且无处不在，是一种清洁的可再生能源。随着人们对能源危机意识的提高和环境保护问题的严重性，地源热泵技术将在我国建筑空调系统中发挥越来越重要的作用。3.2本项目地源热泵应用的适宜性3.2.1地质条件XX区属于岩质水文地质构造区，基岩硬度较高，用专用金刚石牙钻难以钻孔。但由于岩层导热系数高，总钻量相应减少，总成本增加不会很大。因此，从地质条件分析来看，该地区可列为适合地源热泵应用的地区。现场地质条件是现场调查的主要内容之一。地质条件将决定钻孔、挖掘设备或安装的成本。现场勘查的详细地质资料见附件。在实际工程应用中，地源热泵技术的经济性和可操作性还取决于工程场地地质结构、水文地质条件、工程建设条件等多种因素。3.2.2气候情况XX位于中纬度。受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属暖温带半湿润大陆性季风气候。其特点是季风明显，四季分明，春季干燥多雨，夏季炎热多雨，秋季相对凉爽，冬季气温低，但无严寒。年平均气温14.3℃，极端气温40.5℃，最低气温-14.9℃。XX地区建筑物的年冷热负荷相差不大。地源热泵技术基本可以实现夏季地下蓄热、冬季地下取热的技术要求。地热换热器的冷热负荷全年相对平衡。运行效率高，是地源热泵技术应用的适宜区域。3.2.3建筑荷载特性写字楼的负荷变化总则比较缓慢。在XX地区气候条件下，写字楼空调热负荷指数为58-81W/m2，冷负荷指数为92-120W/m2。由于该建筑的节能设计符合山东省工程建设标准《公共建筑节能设计标准》的要求，节能可达到要求的65%。考虑到一定的安全裕度，现在估计建筑物的平均热负荷。指数为75W/m2；冷负荷指数为105W/m2。节能型公共建筑单位建筑面积冷热负荷设计相对稳定，空调冷热负荷变化缓慢，全年累计冷热负荷相差不大，非常有利地源热泵系统的运行。这些负载特性更适合地源热泵空调系统。便于控制系统的初期投资，系统运行稳定可靠。3.2.4埋地管道所需空间对于高端写字楼来说，容积率相对较低。建筑物主体周围有大量自由空间，可用于埋管。另一方面，可以充分利用建筑物的地下空间设置地热换热器，降低周边表面积的利用率。初步估计该项目有足够的空间埋设地埋管道。3.2.5地源热泵系统冷热平衡从负荷计算结果可知，地下管道的年冷热不平衡率为13%。图3.3为地源热泵系统运行20年，循环液进出热泵的月平均温度变化曲线。从图1可以看出，运行一次冷暖空调循环后，地下岩土的温度变化很小，但由于埋地管道的年热量增益略大于年热量释放量，地下温度的变化总则是缓慢下降的。趋势。取周围钻孔10m处的岩土温度作为钻孔组位置的岩土参考温度。从图3.3也可以看出，经过20年的模拟运行，距离钻孔10m处的平均土壤温度仅比初始温度16°C低1°C左右。这表明埋地管道一年运行周期内向地下的散热和从地下提取的热量基本平衡，地下岩土温度在加热和通风后基本恢复到初始温度。调节循环，确保系统高效运行。值得注意的是，即使设计条件理想，即地下岩土的吸热和散热在一个周期内达到平衡，但在实际运行中，地下岩体的年吸热和放热土壤不需要绝对平衡。，仿真设计结果表明，不平衡率在±20%以内是可以接受的。当然，这个内容的不平衡率将与不同地区和岩土的热特性、埋管换热器位置处地下水流的有无及其流动特性等因素有关。建筑物的冷热负荷。它因地而异。如果整个埋地管区有地下水缓慢入渗，对地温恢复有积极作用。可通过埋地温度传感器监测地面温度变化，并据此进行运行调整。图3.3系统运行20年月温度变化模拟曲线如前所述，本项目设计地源热泵系统时，地下吸热与放热的不平衡程度不大。为保证地源热泵系统在长期运行中的高效运行，应降低冷热负荷的不平衡度。尽量保证地下散热和排热在一个采暖空调运行周期内达到基本平衡。本项目可采取以下措施：（1）采用户用热量计量，提高冬季取暖行为的节能意识，提高能源利用率，减少冬季负荷；(2)夏季适当增加空调的运行时间。(3)夏季适当提高热泵机组进出冷却水的温度，增加热量释放。(4)增加埋管间距可适当增加埋管钻孔间距，减少埋管之间的热干扰，增加蓄热体，有利于埋管从围岩中的热量提取和土壤。(5)间歇作业有利于地温的恢复冬季气温较高时，可间歇运行或停止部分热泵机组，使地下岩土蓄热器对地温恢复时间更长，改善换热温差，延长运行时间系统在高效率点的时间。3.3地源热泵空调全生命周期技术经济分析3.3.1与普通空调系统运行成本比较根据市政资源条件、场地条件、建筑功能和建筑负荷特点，可能适合本项目的冷热源方案主要包括：(1)地源热泵(2)冷水机与锅炉配套(3)冷水机组与城市热网配套采暖期设置为120天。根据统计数据，整个采暖期大致分为5个负荷系数：0.3、0.5、0.8、0.5和1，对应的运行时间分别为10天、30天和40天。，30天和10天，夏季降温期按90天计算。表3.1冷热源系统运行成本对比冷热源法和序列号项目选项一选项二第三个解决方案地源热泵冷水机燃气锅炉配套冷水机城市热网支持季节夏天冬天夏天冬天夏天冬天能量形式电电天然气电热网单元米3/m2季价格（元）0.550.553.40.5524.5负荷累计kW.h266396630612102663966306121026639663061210效率5.5450.951燃料成本266396.6420916.4304036.31275504.2304036.3单位燃料成本（元/m2.）6.429.787.0629.627.0624.5机房运营成本（元/m2.季度）4.5元/m2。两季冷却塔运行费用（元/m2.季度）没有任何2元/m2。四分之一年总运营成本（元/m2）20.743.1838.06成本比12.081.843.3.2初期投资与常用空调系统的比较3.2冷热源系统初期投资比较冷热源法和序列号项目选项一选项二第三个解决方案地源热泵冷水机燃气锅炉配套冷水机城市热网支持冷热水机组（元/kW制冷量）800500500燃气锅炉（元/kW热量）300城市热网（元/m2供热面积）100冷却塔（元/kW制冷量）没有任何60地下钻埋管（元/kW）1500没有任何机房水泵、管道、控制一样（40元/m2）楼宇空调终端基本一样（110元/m2）早期的投掷首都大概计算相比相比（冷指数72.6W/m2）初期投资（元/m2）330267254部分10.80.773.3.3传统空调生命周期的投资回收期分析下表比较了本项目地源热泵系统与传统空调系统的经济性。3.3常规空调生命周期投资回收期分析程序地源热泵系统热网+水冷机组初始投资估算330元/平方米254元/平方米初期投资（万元）1420.811093.60系统增量成本（万元）327.21年空调运行费用合计（万元）89.12163.86全生命周期成本（按系统设计运行20年计算），万元1782.43277.2系统运行20年，地源热泵可节省运行成本，万元1167.59投资回收期4.4年注：表中数据来源于系统运行模拟和工程经验结果，与实际运行情况存在一定差异，仅用于定性分析。计算结果表明，地源热泵系统的初期投资约为327.21万元；但系统可在5年内恢复，系统运行20年，地源热泵系统比单独的空调和集中供热系统可节省1167.59元的运行费用。3.3.4常规空调全生命周期技术分析 传统空调系统主要包括风冷式空气源热泵和水冷式冷水机组。传统空调系统的一个主要缺点是，随着夏季室外温度的升高或冬季室外温度的降低，机组的效率会显着降低。这与建筑冷热负荷需求的趋势背道而驰。在炎热的夏季天气，系统也可能无法正常工作，因为它的制冷量会随着室外空气温度的升高而降低。地源热泵系统通过浅层地热能实现与建筑物的热交换。地下10m以下温度多年基本恒定，不受室外温度影响，具有冬暖夏凉的特点。同时，地源热泵技术夏季将热量储存在地下，冬季提取热量，减少城市热污染。总之：方案一：地源热泵节能效果好，初投资高，运行成本低；方案二：锅炉房污染严重，操作简单，技术成熟，初投资不高，但运行成本高；方案三：采用冷却塔和市政热力管网，初投资成本低，运行成本不高，但节能效果不明显。

第四章地源热泵系统地埋工程技术方案4.1土壤热力实验4.1.1概述（一）项目概况本项目为XX中铁国际城地源热泵项目。项目拟采用节能环保的土壤源热泵系统为项目提供冷热源。我院对该项目埋管场地进行了深部岩土层的热物性试验。在本实验中，进行了1个孔测试。测试时间：2011年7月20日至7月22日，数据分析：7月24日至7月26日。(2)测试目的地管换热系统的设计是地管地源热泵空调系统设计的重点。设计偏差可能导致系统运行效率降低，甚至无法正常运行。拟通过地下岩土热物性试验获取埋管区基础地质资料、土工土热物性参数及埋管换热孔每延米传热计算，并使用专业软件分析加热器设计、换热孔钻孔施工技术等提供必要的基础依据。(3)测试孔基本参数表4.1测试孔基本参数项目测试孔项目测试孔钻孔深度（米）100钻孔直径（毫米）160埋藏形式单U__埋管材料聚乙烯管埋管内径（mm）26埋管外径（mm）32钻孔回填材料菜泥主要地质构造基岩(4)测验设备山东建筑大学地源热泵研究所自主研发的FZL-C(Ⅲ)型地热热性能测试仪。该仪器已获得国家发明专利。并已广泛应用于北京奥林匹克公园、网球场、XX奥体中心等大量地源热泵项目的地热性能测试。(5)测试结果钻孔试验结果见表4.2；循环水平均温度测试结果及计算结果见图4.2。图4.1地下热力参数计算模型表4.2钻孔测试结果内容测试孔1岩体温度（初始温度）16.5岩体导热系数W/m℃1.334岩石和土壤的体积比热容为106J/m3℃1.373图4.2循环水平均温度测试结果与计算结果对比(6)结果分析钻探结果表明，埋管区地质构造以基岩为主。具体结构0-20米，黄土层含有大量小砾石；21-30米，较完整的黄土层；31-32米，完整的基岩；33-35米，黄土层含砾石；36-45m，完整的基岩；46-54m，有砾石的粘性黄土；55-90m，完整的基岩；91-92m，黄泥层；93-100m，完整的基岩。测试结果表明，埋管区的平均综合热导率为1.344W/m℃，较低，平均体积比热为1.373×106J/m3℃，较小。岩土体初始温度为16.5℃，较高。(7)土层导热系数综合评价1）试验结果表明，该区土层平均导热系数较大。测试钻孔的热导率（100m深）：1.344W/m°c、该地区的地下换热条件适合采用地埋管地源热泵空调系统。2）初始温度低。100米左右的地表平均温度为16.5℃。试验结果表明，埋管区土工层综合传热能力强，能满足常规设计要求。3）主要地质成分：根据钻探结果，试验区的地质主要是从地面到30m内部的粘土层，下面是岩石层。4.1.2单元孔内埋管换热器及建议(1)影响埋管每米孔传热的因素埋地管道单位孔深的换热量与很多因素有关。简述如下：1）地埋管内传热可用温差，即U型地埋管内的水（循环液）换热后内容达到的最低或最高温度与温度的温差。在没有热干扰的岩土热交换之前。可用温差与地热换热器的设计参数有关。本报告中，埋地管内循环液的最低温度为冬季4℃，夏季最高温度为32℃。2）每年从地面带走的热量和释放到地面的热量是否平衡。两者差异越大，对地热换热器换热效率的影响越大。考虑到试验区冬季采暖期较长，应考虑冬季从地下取热与夏季向地下放热之间的平衡。3）埋管单位孔深的换热量还与埋管间距、地下水位高度和岩土层含水量有关。(2)埋设地热换热器的建议单位孔深的传热是地热换热器设计中的重要数据。它是确定地热换热器容量、确定热泵参数、选择循环泵流量和扬程、计算埋管数量和埋管结构等的重要依据。.单位孔深换热值过大，埋管量过少，循环液进出口温度难以满足热泵要求。导致热泵的实际制热和制冷量低于其额定值，使系统达不到设计要求。相反，如果单位孔深的换热值太小，埋管量会增加，工程初期投资会增加。但热泵机组的运行成本会降低。在地源热泵额定工况下，根据该区域深部岩土工况的热工特性试验，考虑当地地温初始温度（16.5℃），冬季埋管循环液（4~8℃））等因素，埋管方案设计参考建议如下：1）对于De32双U型埋管，冬季每米孔深从地下提取的热量计算为34~38W/m，夏季每米孔深释放到地下的热量计算为48~52W/m；对于De32单U型埋管，冬季每米孔深从地下提取的热量计算为28~32W/m，夏季每米孔深释放到地下的热量计算为42~46W/m。2）竖直埋管材质应为PE100；钻孔难度大，宜采用双U型竖直埋管；3）在埋管空间充足的情况下，为增加蓄热体，减少地下冷热负荷不平衡的影响，埋管间距应适当加大。建议埋管间距为5m~7m。4.2方案设计4.2.1土壤热交换系统的热交换计算地源热泵系统实际最大放热量发生在建筑物最大冷负荷对应的时间。包括：各空调区水源热泵机组释放到循环水中的热量（包括空调负荷和机组压缩机的耗电量），循环水在运行过程中获得的热量。输送过程中，水泵将热量释放到循环水中。将上述三个热量相加即可得到冷却条件下向循环水释放的总热量。这是：最大放热量=∑[空调区冷负荷×(1+1/EER)]+∑输送过程得热量+∑水泵放热量。由于循环水在输送过程中获得热量，泵释放到循环水中的热量无法准确计算。本设计仅考虑并修正空调负荷和单位压缩机功耗两项。4.2.2土壤热交换系统的设计1）土壤换热器的布置由于该项目为高档写字楼，建筑主体周围有大量空地。因此，建议划分为两个埋管区。区域1：在主楼前的形象广场下方布置一定的埋管，埋管间距5m。区域二：在裙房周边绿化带埋管，埋管间距5m。2）土壤换热器设计地埋管采用垂直单U形地埋管。垂直埋管采用高密度聚乙烯（PE100）De32，孔距和行距按计算，5m钻孔深度为120m，钻孔直径为160mm，埋深为2.0m经过考虑的。水平埋管总长可根据埋管面积、机房位置、分集水器位置及水平管连接方式确定。根据地质条件，地下120m内综合热导率为1.344W/(m•K)，比热容为1373kJ/(m3•K)。经计算，钻孔数为760个。当地源热泵系统按上述埋管方案设置时，计算结果曲线如图4.3所示。可以看出，埋管换热器出水温度最低为，出水2.9℃最高温度为 35.9℃。系统运行一年后，地下平均温度 从16.5℃下降到16.4℃。地埋管进出水温度变化不大，对地源热泵机组效率的影响很小，可以忽略不计图4.3地源侧温度变化图U型支管间距的半宽和回填材料确定在垂直U型埋管地热换热器中，在如此狭小的空间内，支管之间难免会出现热回流现象，对实际换热效果产生一定的影响。如果处理不当，将会产生更大的影响。影响U型埋管支管间回热的主要因素有两个，一是两个支管之间的距离，二是回填材料的导热系数。图4.4为U型管埋入钻孔后的最大间隙，等于钻孔直径减去支管直径的两倍。两管中心距等于支管直径与两管间距离之和。显然，支管间距和回填材料的导热系数对回热的影响是单一的。即支管之间的距离越小或回填材料的导热系数越大，则回热越大。但两者对地热换热器设计能力的影响并不一致。相同负荷下，支管间距小，地热换热器所需容量大。回填材料具有较高的导热性，一方面增加了两根管道之间的回热，另一方面也加强了U型管与土壤之间的传热。后者是影响地热换热器设计能力的主要因素。系统采用U型管埋管方式，支管间距0.5S。图4.4U型分支间距回填材料的导热系数对地下换热器设计尺寸的影响小于土壤的导热系数。这是因为回填材料的导热系数小于土壤的导热系数，而回填材料的厚度远小于土层的厚度。添加回填材料的主要原因是防止地表水通过钻孔渗入地下，保护地下水免受地表污染物的影响，防止各种含水层之间的交叉污染。当然，最好是提高传热能力，所以目前国外的回填材料都改进为导热系数高的材料，以提高传热能力。土源地源热泵系统采用导热系数为2.18W/(m•K)的水泥砂浆作为回填材料。

第五章室内空调末端系统5.1中央空调末端的形式及原理作为中央空调的末端，有以下几种形式：一是全风系统；二是风机盘管加新风空调系统；三是地板辐射采暖方式。当对空调房间的温度和湿度有较高要求时，可以采用第一种方法。这种方法具有均匀的室内温度和湿度。空调启动后，可在短时间内达到室内温度和湿度的均匀一致。对于一些会议室、餐厅等场合可以使用这种方法。风机盘管加新风空调系统是目前舒适空调系统中广泛使用的一种系统形式。可根据人员使用情况随时启停室内终端设备，达到节能目的。但终端设备的维护工作量略大。地板辐射采暖方式是目前较为舒适的采暖方式。由于室内温度梯度自下而上逐渐减小，与其他采暖方式正好相反。室内人员处于高温区，舒适度更好。同时，舒适度是一样的。，可有效减少传热，达到节能的效果，目前在北方地区集中供热中得到广泛应用。但夏季采用地暖制冷时，由于受冷凝的影响，输送到地板的水温不应高于室内空气的露点温度。同时，由于需要去除室内湿度负荷，因此需要考虑除湿方式或设备来保证房间的安全。湿度是恒定的。5.2地源热泵系统室内终端设备选型对比以普通地源热泵为冷热源的中央空调系统，夏季机组可提供给空调末端设备的冷冻水温度在7℃-12℃以上，冬季提供的热水温度在45-50°C之间。因此，终端设备的选择可以如下：方案一：冬季和夏季室内终端设备采用风机盘管机组。这种方式控制灵活，室内供暖或制冷迅速，可有效提高舒适度。第二种选择是使用中央空调机组。夏季，冷空气通过送风管输送到空调房间，达到降温的目的。在冬季，通过向房间供应热空气（或冷空气）来达到保持室内温度的目的。这种方法人员舒适度最好，但控制不够灵活。当系统中的一些房间没有被使用时，系统的能耗并没有减少多少。但室内制热或制冷迅速，可有效提高舒适度，更适用于办公楼等间歇性运行的空间较大的空调场合。方案三：夏季室内终端设备采用风机盘管，冬季室内终端设备采用地板辐射采暖。该方法控制灵活，室内舒适度高。对于办公楼和住宅楼的间歇性运行，在不使用期间只能维持值班的供暖温度，大大减少了流量，达到了节能的目的。方案4：冬季和夏季室内终端设备采用毛细管辐射供冷供暖，并增加新风系统控制室内湿度。该方法适用于空调系统24小时连续运行，室内舒适度高，系统初投资低，维护管理方便，但室内湿度控制相对复杂。以上四种方式均采用集中式中央空调系统的形式。方案5：分布式空调模式，即冬夏季室内终端设备采用分布式空调机组，共用一套室外地下循环泵。这种方法不需要专门的冷藏室。每间空调房均配备水-气热泵机组。当用户不使用时，热泵机组可灵活开启或关闭，而室外循环泵始终运行，系统运行成本低。但初期投资高。上述五种方案的经济性比较见表5.1。从以上分析可以看出，当舒适度要求较高时，可以采用第三种方案，从经济角度考虑可以选择第三种方案。实际工程应比较方案，综合分析，确定采用哪种方案。对于本项目，由于建筑的功能是写字楼，室内空调的舒适度比较高，所以在冬夏季使用普通风机盘管和新风系统更为有利。一是舒适性好，二是可以根据人员的使用情况随时使用。启动和停止房间内的终端设备，达到节能目的。表5.1地源热泵系统不同空调末端机组经济性比较姓名选项一选项二第三个解决方案选项4选项五终端设备名称风机盘管加新风系统空调机组加回风管和出风口夏季风机盘管，冬季地暖毛细辐射面加新风系统分散式热泵机组终端设备初步投资概算元/m280-100100-120120-140150-170300终端系统运行成本元/m23-54-63-53-510-12机房运行成本/m212-1512-1512-1512-152-3占用空间区域总则来说较大总则来说总则来说更小控制性能更好的总则来说更好的总则来说总则来说冷气机舒适更好的更好的更舒适总则来说总则来说

第六章地源热泵监控系统6.1地源热泵监控系统主要功能地源热泵技术是一种节能环保的空调系统形式。为实现各地区地源热泵的平稳节能运行，自动化检测与控制技术必不可少。同时，自动控制技术、数据库技术、通信技术和人工智能技术相结合，为系统的优化调节和远程控制提供了重要帮助。地源热泵监控系统应具备的主要功能有：(1)检测功能监控系统可以监控地源热泵系统的各种参数（如温度、压力、流量等），以及系统设备的运行状态（包括热泵的运行状态、运行状态水泵、运行状态等）进行检查。并将这些测量数据通过模拟输入通道和数字输入通道输入计算机进行数据处理和分析，所有参数均可在显示器上显示。实时监测地源热泵系统运行状态是保证系统高效、可靠运行的主要手段。在本项目的地源热泵系统中，将引入一套智能检测，见下图6.1。测试系统可以自动测试系统的循环液温度、压力和流量，系统的加热和冷却能力以及系统的功耗。自动控制系统可实现系统的自动调节，用户可根据检测结果找出故障或调整井下换热平衡。图6.1地源热泵系统监测示意图(2)手动/自动模式控制系统可以工作在两种工作模式：手动/自动。远程/现场控制和参数设置有手动和自动两种模式。(3)远程/现场控制控制系统具有远程控制和现场控制两种控制功能。特别是无人值守系统，可以通过局域网对热泵机组、循环泵等进行远程控制或参数修改。同时，系统还可以直接操作控制柜，实现现场控制。(4)自动报警功能当本地源热泵系统的某个参数在运行过程中超过其上下限设定值或设备故障时，系统会自动提示报警信息。对于一些必要的参数，监控系统还设置了报警联动功能，即地源热泵系统在超限时自动停止运行。(5)历史数据记录和报表统计为便于系统分析和智能优化控制，采集的动态数据存储在历史数据库中，可提供实时趋势图和历史趋势图、报警记录和数据记录报表，随时查询和打印参数变化时间。6.2地源热泵自动控制系统地源热泵系统的控制主要包括以下几个方面：(1)自动启停热泵机组、冷冻水泵、电动蝶阀、冷却水泵、换热器按预定的工作和假期安排启停。(2)最优单元数的最优控制关键问题是在当前工况下确定最终的冷却需求。实际测量供回水温差和循环水流量，即可得出当前系统消耗的制冷量。但是这个制冷量是否是实际制冷量还需要考虑终端的控制和调节方式。终端调节水侧时，供回水温差增大；如果终端不调节水侧，通过变风量调节空调房，则供回水温差会变小。因此，为了优化机组的控制，还需要获取终端设备的控制方式和空调房环