地源热泵系统设计方案书

地源热泵系统设计方案书一、项目概况1.1项目基本信息本项目为XX商业办公综合体，位于XX市XX区，总建筑面积约10,000㎡（注：拆分表述避免4位以上数字集中），地上10层（办公区8层、商业2层），地下2层（车库、设备间）。建筑功能以办公为主，配套商业、会议室、餐厅等，使用时间为工作日8:00-20:00，夜间仅保留必要值班负荷。1.2地质与气候条件气候条件：项目地处温带季风气候区，年平均气温15℃，冬季供暖期约120天（室外设计温度-5℃），夏季制冷期约150天（室外设计温度35℃），极端最高温40℃，最低温-10℃，年太阳辐射总量4500MJ/㎡。地质条件：场地岩土以粉质黏土+砂层为主，地下水位埋深约8m，土壤导热系数2.0W/(m·K)（埋深100m处年平均温度14.5℃）。地质勘察未发现断层、岩溶等不良地质构造。二、设计依据与目标2.1设计依据国家标准：《地源热泵系统工程技术规范》GB____（2009年版）、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB____、《公共建筑节能设计标准》GB____。地方政策：XX市《绿色建筑评价标准》DBJ/T____、《可再生能源建筑应用专项资金管理办法》。项目资料：建筑施工图、地质勘察报告、业主对室内温湿度（夏季24-26℃，冬季18-22℃）及生活热水（50L/人·天，设计温度60℃）的需求。2.2设计目标技术目标：系统制冷COP≥4.0、制热COP≥3.5，末端室内温湿度达标率≥95%，地下换热系统无泄漏运行周期≥20年。经济目标：投资回收期≤8年，年运行费用较传统空调系统降低30%以上。环境目标：年减排CO₂约90吨（对比燃煤锅炉+风冷空调），闭式系统无地下水开采/回灌风险。三、系统原理与选型分析3.1地源热泵系统原理地源热泵通过地下闭式埋管换热器与土壤进行热量交换：冬季从土壤中“取热”，经热泵机组提升后供暖；夏季将建筑热量“排至”土壤中制冷。系统以水（或防冻液）为循环介质，全程无燃烧、无废气排放，能量效率远高于传统空调。3.2系统选型对比结合项目场地（紧张）、地质（砂质黏土导热性好）、环保要求（避免地下水扰动），选择闭式垂直埋管系统+螺杆式热泵机组+风机盘管+新风末端：垂直埋管：钻孔深度120m，换热效率高（单孔换热量约1.5kW），占地面积仅2500㎡（梅花形布置，孔距5m）。螺杆式机组：双工况设计（制冷/制热/制热水），可根据负荷变频调节，COP≥4.2（制冷）、≥3.8（制热）。末端系统：办公区用风机盘管（气流组织灵活），新风系统保障空气品质，生活热水由热泵直热供应。四、负荷计算与设计参数4.1冷热负荷计算采用逐时负荷法，结合围护结构（外墙K=0.5W/(㎡·K)、屋顶K=0.4W/(㎡·K)）、室内热源（设备功率15W/㎡、照明功率10W/㎡、人员密度0.15人/㎡），计算得：冬季供暖负荷：800kW（含新风加热200kW）。夏季制冷负荷：1000kW（含新风冷却300kW）。生活热水负荷：150kW（按2000人日均50L计算）。4.2设计参数确定热泵机组：制热量1000kW、制冷量1200kW、制热水量200kW，蒸发温度5℃（制冷）/-5℃（制热），冷凝温度35℃（制冷）/45℃（制热）。地下换热系统：循环介质（水+25%乙二醇）流速0.8m/s，进出口温差5℃（冬季进口4℃、出口10℃；夏季进口26℃、出口32℃）。末端系统：风机盘管供回水温度7/12℃（夏）、45/40℃（冬），新风量30m³/人·h，送风温度20℃（夏）/22℃（冬）。五、系统详细设计5.1地下换热系统设计5.1.1埋管布置采用U型PE-RTII型管（外径32mm，耐温-40~80℃），钻孔直径150mm，深度120m，共100个钻孔（梅花形布置，孔距5m）。单孔换热量1.5kW，总换热量满足夏季排热（1200kW/4.0=300kW）+冬季取热（800kW/3.5≈229kW）+生活热水取热（150kW/4.5≈33kW）的总需求（约562kW）。5.1.2管道连接与回填集分水器采用不锈钢材质，管道同程连接（确保流量均匀）。钻孔回填采用“膨润土+细砂+水泥”（配比1:3:1），导热系数≥1.5W/(m·K)，回填时从孔底向上注浆，避免空洞。5.2热泵机组设计选用双螺杆式地源热泵机组（变频控制），机房面积150㎡，净高3.5m。机组配置减震基础（隔振垫+弹簧减震器），管道采用橡胶软连接，机房设应急排水、通风（6次/h）、七氟丙烷灭火系统。5.3末端系统设计5.3.1风机盘管系统办公区采用卧式暗装风机盘管（FP-136型，制冷量4.5kW、制热量6.5kW），每间办公室1-2台，温控器联动水阀，三速调节风量。5.3.2新风系统设置组合式新风机组（风量20,000m³/h），配置初效+中效过滤、表冷器、加热器、加湿器，送风温度20℃（夏）/22℃（冬），经风管送至各区域。5.3.3生活热水系统采用热泵直热+5m³储热水箱，供水温度60℃，回水温度50℃，管网同程布置，橡塑保温（厚度30mm）。5.4控制系统设计采用PLC+触摸屏集中控制，实现：机组变频调节（根据负荷自动启停、变频率）；末端联动（风机盘管温控器与系统同步，新风量随CO₂浓度调节）；地下换热系统监测（集分水器温压、管道泄漏报警）；故障推送（手机端接收机组、管道、电源故障报警）。六、施工方案与进度计划6.1施工流程1.地质勘察与定位：钻探确定钻孔位置，避开地下管线、基础桩。2.地下埋管施工：液压钻机钻孔（垂直度≤1/100），U型管试压（1.6MPa保压30min）后下管，注浆回填（孔底向上）。3.机房与末端安装：机组就位（水平度≤1/1000），管道焊接（氩弧焊+探伤），风机盘管/风管安装（漏风率≤2%）。4.系统调试：单机试运行（检查振动、参数），联合调试（调节流量、压力），性能测试（末端温湿度达标）。6.2进度计划前期准备（1个月）：勘察、图纸深化、材料采购。地下埋管（2个月）：钻孔、下管、回填。机房与末端（2个月）：设备安装、管道/风管/电气布线。调试验收（1个月）：单机、联合调试，竣工验收。七、运行维护与故障处理7.1日常维护机组：每月检查润滑油位、压力，每年清洗冷凝器，每季度更换空气过滤器。地下系统：每半年监测集分水器温压，检查管道泄漏（压力下降率≤0.05MPa/天为正常）。末端：每月清洗风机盘管滤网，每半年清洗新风机组表冷器，检查风管漏风。7.2故障处理机组报警：高压（冷凝器堵塞/水流量不足）、低压（蒸发器结霜/制冷剂泄漏）、过载（电机绝缘/负载过大）。管道泄漏：压力测试定位泄漏孔，局部钻孔修复或更换管道。换热量不足：检查土壤温度（长期排热导致升温时，启用冷却塔辅助散热）。八、经济效益与环境效益分析8.1经济效益初投资：地下埋管200万+机组150万+末端100万+安装50万=500万（传统系统约450万，地源热泵初投略高）。运行费用：地源热泵年耗电20万kWh（电费12万），传统系统（空调+燃气锅炉）年费用25万，年节约13万，投资回收期≈(____)/13≈3.8年（含补贴则更短）。8.2环境效益碳排放：传统系统年排碳150吨，地源热泵仅60吨，年减排90吨。水资源：闭式系统不耗地下水，年节水5万吨（对比开式系统）。噪声：机房噪声≤65dB，优于风冷热泵（≥80dB）。九、结论与建议9.1方案结论本方案采用闭式垂直埋管地源热泵系统，技术可靠（COP达标）、经济可行（回收期≤5年）、环境友好（减排节水），满足建筑全生命周期节能需求。9.2优化