地源热泵技术方案模版

地源热泵中央空调系统技术方案上海悦信制冷设备有限公司2012.06.06目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一部分项目概况 3\o"CurrentDocument"第二部分编制依据 4\o"CurrentDocument"第三部分地源热泵系统技术说明 6\o"CurrentDocument"1、 地源热泵原理简介 62、 地源热泵系统特点 7\o"CurrentDocument"3、 地源热泵空调系统构成 8\o"CurrentDocument"4、 土壤换热器系统介绍 8\o"CurrentDocument"第四部分空调冷热源设计方案（100%负荷） 9\o"CurrentDocument"1、 设计负荷 9\o"CurrentDocument"2、 系统配置 103、 地埋管换热器设计 103.1、 设计条件 10\o"CurrentDocument"3.2、 地埋管系统计算 114、 空调系统运行模式 124.1、 夏季制冷工况运行模式 12\o"CurrentDocument"4.2、 冬季采暖工况运行模式 125、 系统运行费用 126、 系统比较 14第一部分项目概况1） 项目名称：明园森林都市三期1号楼A、C型别墅装修工程2） 项目性质：别墅暖通 3） 建筑面积：350皿 4） 系统运行时间预计夏季空调使用时间：6月1日〜10月1日（共计120天）；冬季采暖使用时间:11月15日〜2月15日（共计90天）。末端部分设备：采用风机盘管系统。第二部分编制依据1、与本工程有关的国家及部颁施工及验收规范：《HeatpumpsystemTechnicalSpecification》GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005《工程测量规范和条文》(GB50026—93)《建设工程施工现场供电安全规范》(GB50194—93)《建筑给水氯化聚氯乙烯管管道工程技术规程》CECS136:2002《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-1997《节约能源法》《可再生能源法》《民用建筑节能管理规定》(第143号部令)《节能中长期专项规划》《关于报送可再生能源在建筑应用示范项目的通知》财办建[2006]61号《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)《水源热泵机组》(GB/T19409-2003)《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)《给水用聚乙烯(PE)管材》(GB/T13663)；《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50243-202)；《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003《民用建筑设计防火规范》GBJ16-87(2001年版)《公共建筑节能设计标准》DBJ01-621-2005《民用建筑电气设计规范(JGJ/T16一92)》《建筑给排水设计规范(GBJ15-88)》2003年版《低压配电设计规范(GB50054-95)》《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-20052、室外设计参数夏季空调室外计算干球温度：34.7°C夏季空调室外计算湿球温度：26.6C夏季室外计算相对湿度：76%冬季室外计算相对湿度：60%冬季室外空调计算温度：-12C室外平均风速：夏季1.9m/s冬季2.8m/s大气压力：夏季99.86kPa冬季102.046kPa第三部分地源热泵系统技术说明1、地源热泵原理简介近年由于环保要求的提高，对建筑的提出了新的要求。该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地源热泵系统。这种热泵系统，通过地下埋设的土壤换热器，冬季从地下提取热量，夏季把建筑的热量又存入地下，从而解决冬夏两季采暖和空调的冷热源。室外地能换热系统室外地能换热系统地源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年建设部将地源热泵采暖空调技术列为建筑节能新技术成果大力推广。应用和推广地源热泵技术，将对保护环境、提高环境质量、进一步推动和落实蓝天工程起到更好的积极效果。地源热泵采暖空调系统冬季通过土壤换热器，从地下垂直埋管环路中吸收低品位热能，再借助压缩机系统将低品位的能量提升为高品位的能量，产生45-50°C的热水，可以利用地板采暖、风机盘管、等设施用于采暖，并且可以提供生活热水。同样在夏季，热泵将制冷系统产生的冷凝热释放到地下，制取7C的冷水供应室内空调。

地源热泵系统使用大自然中大量可重复利用的能源。为了产生100%的可利用的热能，一般采暖锅炉需要110%至120%的初级能源（燃油或燃气）。并且这种资源是不可再生的，燃烧后还要造成环境的污染。地源热泵系统正好相反，产生同样所需的热量，它仅需要1/4的电能，其他3/4的能量来自大自然中免费的可再生能源。通过使用热泵机组，地球上宝贵而且昂贵的高品位能源将不再用于采暖领域，只用于重要的工业领域。下图为地源热泵系统的能流图，它清晰的表明了地源热泵系统的能量提升情况。（免费的自然能源（免费的自然能源）消耗的电能2.91kW

即2,500大卡

（25%）吸收的地下水热量7,500大卡吸收的地下水热量7,500大卡（75%）热泵机组性能系数COP=4供热量

10,000大卡(100%)2、地源热泵系统特点2.1与其他制冷剂比较，地源热泵机组使用最新环保冷媒，以减少温室效应和对臭氧层的影响，更加保护我们所居住的地球。2.2与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70〜90%的燃料能转化为热量，供用户使用。因此地源热泵要比电锅炉采暖节省三分之二以上的电能，比燃气锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10〜25°C，其制冷、制热系数可达3.5〜4.4,与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50〜60%。地源热泵机组的效率可以通过机组制冷量或制热量与其消耗的能源的比值来确定，我们称之为COP。COP越大，机组的效率越高。一般来说，热泵的COP值在4到5之间。这就代表着冬季每输入1kW-h的电能，机组就可以产生4至5kW-h的热量。对于传统需要燃烧的热源，燃烧1kW・h的能量，最多仅能产生0.9kW・h的热量。

3、地源热泵空调系统构成地源热泵空调系统主要由三部分构成：1） 室内空调末端设备2） 热泵机组主体垂直埋管换热器3） 地下埋管换热器垂直埋管换热器4、土壤换热器系统介绍4.1土壤换热器简介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（如图所示）。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。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，使用普遍的方式是垂直埋管型式。4.2地源热泵空调系统特点地源热泵系统中的土壤换热器，大都采用垂直埋管的土壤换热器。相对于水源热泵系统和水平埋管的土壤换热器，它的特点如下：1） 不取地下水，没有政策风险，没有任何费用，不会造成地面沉降；2） 没有潜水泵和深井的维修工作，减少系统因意外故障而停止工作，进行检修的时间；3） 采暖、空调系统的工作时间不受任何限制，四季当中随时可以开机、停机，使用和控制方便、灵活；4） 垂直埋管管道全部深埋入地下，不会影响地面作其他用途；5） 地下土壤换热器所用高密度聚乙烯管材寿命长，免维护，一劳永逸；6） 冬季从地下吸热，夏季向地下放热，基本保持地下能量平衡；

第四部分空调冷热源设计方案（100%负荷）根据业主的相关要求和现场的实际条件，应用国内外在工程中较成熟的设备，同时考虑价格因素，配置以合理的系统。1、设计负荷下图为模拟的夏季和冬季的日负荷曲线:■0 0 0 0 0 0*夏季典型设计日逐时冷负荷4000100035003000)2500荷2000负冷■0 0 0 0 0 0*夏季典型设计日逐时冷负荷4000100035003000)2500荷2000负冷15005001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24时间（h）0■0 0 0 0 0 0 04000*热季典型设计日逐时冷负荷1701 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16时间（h）18 19 20 21 22 23 2450035003000)25004000*热季典型设计日逐时冷负荷1701 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16时间（h）18 19 20 21 22 23 2450035003000)2500荷2000负热150010002、系统配置设备选择主要以国内外在工程中应用较成熟的设备为标准，同时考虑价格因素，配置以合理的系统。考虑到整个系统的安全与可靠性，同时兼顾冬、夏季的负荷情况，经过计算，选用国际著名品牌一一麦克维尔(McQuay)集团的热泵机组产品用于本项目的空调系统。(1)、美国麦克维尔公司MWW140ARM5地源热泵机组(数量2台)：工况能量输出蒸发器温度(°C)蒸发器流量冷凝器温度(C)冷凝器流量耗电量(kW)进水出水(m3/h)进水出水(m3/h)(kW)制冷40.27126.011276.015.7制热43.635307.3230357.3210.7(2)、水泵水泵流量(m3/h)扬程(mH2O)功率(kW)数量(台)备注地源热泵冷冻水循环泵10251.21格兰富地源热泵源侧循环泵10251.21格兰富(3)、软化水系统及补水系统为降低由于水垢的沉积对系统效率和设备安全运行产生的影响，所以对冷却水和地埋侧循环水系统要进行水的软化处理。本系统采用全自动软化水器，利用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，该方法是目前最常用的标准方式。主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟。可以将硬度降至0。采用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为'钠离子交换器”)。系统系统末端侧及地埋侧定压，均采用落地式定压膨胀罐+补水泵定压。3、地埋管换热器设计3.1、设计条件根据业主文件中《地源热泵及水源热泵系统勘察评价报告》中的“工程项目地埋管系统评价”一节中的数据：根据本次地质勘探及测试结果表明：地层岩性以粘性土层为主，成孔相对容易，该区域土壤地层平均导热系数较大(1.399W/m°C),该埋管区域岩土层的综合换热能力强，初始温度较高(16.9C),能够符合常规设计要求，适合使用地埋管地源热泵空调系统。在地源热泵运行的额定工况下，针对该地域地质条件深层岩土热物性的测试情况、当地地层初始温度、气象条件以及建筑物特性，我们估算在5m间距情况下单U型地埋管换热器冬季的提取热量可达45〜50W/m，夏季的释放热量可达65〜70W/m。即每孔(120m)提取热量大约为5kW。3.2、地埋管系统计算根据上述数据、设备选型结果已经我司以往工程的相关经验，选型计算结果如下:冬夏季夏季计算表：夏季选型计算表夏季散热量单井单U地埋管换热量单井双U地埋管换热量地埋管换热量总长井深井数量kWW/mW/mmm口空调系统40.25020008010冬季选型计算表冬季提取热量单井单U地埋管换热量单井双U地埋管换热量地埋管换热量总长井深井数量kWW/mW/mmm口空调系统43.65020008010土壤换热器系统配置表埋管形式孔径井间距井深井数量修正占地面积埋管材质回填料mmmm口E单孔双U110〜130mm4米以上801050国产名牌PE管材CIAT-Beta4、空调系统运行模式4.1、夏季制冷工况运行模式夏季，主机向末端供冷，通过地埋换热孔向地下排放热量，供回水温度设计为24.2/30°C。机组末端侧供回水温度为7/12°C。4.2、冬季采暖工况运行模式冬季地源热泵机组向末端供热，通过地埋换热孔从地下取热，供回水温度为8/4.6Co机组末端侧供回水温度为60/55Co5、系统运行费用1） 电价：1.0元/kWh2） 夏季空调使用时间：6月1日〜9月1日（共计90天）；冬季采暖使用时间：11月15日〜3月15日（共计120天）。3） 主要耗电设备的额定耗电负荷=主机+冷冻水泵+源侧水泵4） 按照100%—80%—60%—40%负荷条件下计算负荷，逐时将该时段内的主机、冷冻水泵、源侧水泵的耗电负荷累加，得到冬夏季典型设计日耗电负荷曲线：冬季典型设计日100%-80%-60%-40%负荷逐时耗电负荷'，一一~， — 厂•j140012001000)(800冻水泵、源侧水泵的耗电负荷累加，得到冬夏季典型设计日耗电负荷曲线：冬季典型设计日100%-80%-60%-40%负荷逐时耗电负荷'，一一~， — 厂•j140012001000)(800量电600耗100%负荷 80%负荷 60%负荷 40%负荷咪1555N62.6IPrw62.^zll655口62^zll655w62^zll555口62^zll6q50622113077*473H30123456789 1011 12、一13 1415 16 171819 20 212223 24 时2间(h) 5）按照100%—80%—60%—40%负荷条件下计算负荷，得到冬夏季运行费用：地源热泵系统运行费计算表负荷夏季制冷季冬季米暖季运行天数日运行费用小计运行天数日运行费用小计100%负荷运行80%负荷运行60%负荷运行40%负荷运行总计热泵空调系统冬夏季运行费用为万元。

6、系统比较序号性能风冷热泵变频多联地源热泵1能量获得方式从空气中获取低品位能量，大量应用将引起城市热岛效应从空气中获取低品位能量，大量应用将引起城市热岛效应通过水于土壤或其他自然资源中取能，能有效减小城市热岛效应2系统形式风冷形式，热传递效率较低风冷形式，热传递效率较低水冷形式，可更高效稳定的进行热传递，令系统工作更稳定。3效率衰减高温和低温时