屯办公楼旧楼地源热泵设计方案

1 工程概况

1.1 工程名称

800平米别墅地源热泵工程


1.2 项目概况

800平米别墅地源热泵工程位于北京市，空调总面积为800m2。


2 设计依据

2.1 设计规范

•1、《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019-2003；
•2、《地源热泵系统工程技术规范》 GB50366-2008；
•3、《民用建筑热工设计规范》 B50176-93；
•4、《建筑设计防火规范》 GBJ16-87；
•5、《实用供热空调设计手册》 第二版；
•6、《建筑工程设计文件编制深度规定》 2003年4月；





2.2 室外设计参数

冬季采暖室外计算干球温度（℃） -7.5

冬季通风室外计算干球温度（℃） -9

冬季空调室外计算干球温度（℃） -9.8

夏季空调室外计算干球温度（℃） 33.6

夏季空调室外计算湿球温度（℃） 26.3


2.3 设计负荷

根据业主提供图纸和资料，建筑平均冷指标取为100W/m2，平均热指标取为80W/m2，确定空调负荷如下：

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3 设计方案

3.1工作原理

该方案以地源热泵作为冷、热源实现夏季制冷、冬季供暖。用户末端侧夏季采用风机盘管系统，冬季采用风机盘管采暖系统。户外侧设置地埋管换热器系统；系统工作原理图见下图1所示。

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图1 系统工作原理图

3.2 方案特点

•1、本方案冷、热源采用地埋管换热器系统，不影响建筑物的外形美观、节能、环保，实现了与建筑的有机结合。
•2、本方案采用地源热泵机组供热、制冷系统。在夏季，通过地源热泵机组与地源换热器进行热量交换传递，使地源热泵机组为房间提供冷冻水，实现制冷；在冬季，地源热泵机组吸收地源换热器的热量，为用户提供采暖热水。



•3、利用大地浅层地下恒温的低品位热能，实现冷热的交换和能量的传递，使系统可以冬夏季都能正常的运行。
•4、系统的自动控制系统配置合理，自动化程度高，热泵自动切换，10～100%无级调节，24小时无人值守运行。






3.3 冷、热源

该建筑采用地源热泵系统。冷热负荷量按热负荷指标确定。采暖热水供、回水温度为45/40℃，制冷冷冻水供回水温度7/12℃主要由地埋管换热器系统承担。户外侧布置地源换热器井系统。


3.4 系统设计

3.4.1 系统形式

地源热泵空调系统主要有地源热泵机组、地埋管换热器、循环管道、自动控制系统、电气系统五部分组成。


3.4.2 主机选型

根据上述技术参数，整个项目设计配置国际知名品牌意大利克莱门特涡旋式地源热泵机组一台为建筑供冷供热。

机组型号AQSW-H0262，其中制冷量为83.3KW，输入功率为15.7KW，制热量为87.2KW，输入功率为21.3KW。

机组制冷量及压缩机耗功标定工况：冷凝器进水温度25℃，出水温度30℃，蒸发器进水温度12℃，出水温度7℃。

机组制热量及压缩机耗功标定工况：冷凝器进水温度40℃，出水温度45℃，蒸发器进水温度10℃，出水温度5℃。

机组尺寸为：1055×649×1255


3.4.3 水泵选型

根据主机流量及系统压损选择地源侧循环泵和末端循环泵：

循环泵选择南方泵业管道循环泵3台（一台为备用泵）：

水泵型号TD40-25/2，额定流量20m3/h，额定扬程25m，额 定功率3kw，尺寸为340×160×600。


3.4.4 补水系统

循环系统采用一套落地式膨胀水箱定压补水系统为空调循环水和地源侧循环水系统进行定压补水，采用囊式定压罐1个，补水泵1台。

为保证系统水质及设备的使用寿命，空调系统补水采用软化水，机房内设置全自动软水器1套。


3.4.5 地源换热器系统

该小区的冷、热负荷均由地埋管换热器井承担，根据业主提供地勘地资料，埋管采用双U型垂直埋管形式，管材选用高密度聚乙烯管材HDPE100，管径为DN32，地埋孔孔深100m，孔径150~180mm，在制冷工况下时，地埋管单位延米放热量为45W/m；在制热工况下地埋管单位延米取热量为40W/m。地埋管换热器井布置在中间篮球场及建筑周围绿化带，本次设计考虑长期稳定的运行，在进行地源换热器井设计时考虑了地源热器井的衰减。

该工程采用集中垂直式地埋管换热器系统，地埋管换热器系统与土壤之间进行冷热交换，通过地源热泵机组进行冷热量的提取，达到制冷与制热的目的。制冷工况为：7/12℃，制热工况为:45/40℃。

地源热泵系统的最大释热量为：

Q1＇= Q1（1＋1/ COP1）kW

式中： Q1＇——夏季向土壤排放的热量，kW

Q1——夏季设计总冷负荷，kW

COP1——设计工况下水地源热泵机组的制冷系数


地源热泵系统的最大吸热量为：

Q2＇= Q2（1－1/ COP2）kW

式中：Q2＇——冬季从土壤吸收的热量，kW

Q2——冬季设计总热负荷，kW

COP2——设计工况下水地源热泵机组的供热系数

通过最大吸热量与最大释热量的计算比较得知。按其中较大者进行地埋管换热器的设计计算。


3.4.6 地埋管换热器设计计算

地源侧换热管道选择双U换热管，根据业主提供地勘地资料，按照每延米夏季放热量45W，冬季吸热量40W进行估算。则地下换热器所需长度L 为:




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按照夏季负荷估算埋管总长度为2200m，按照冬季负荷估算埋管长度为1647.5m，埋管长度考虑余量，钻井深度取为100米，则需要钻井数量为22口。

按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）,对竖直U型管，一般为中埋，本方案 取埋深为100m，则钻井数量见下表。对于竖埋管，考虑一定的水平间距，尽量减少各埋管单元之间温度场的相互影响。短时间和间歇运行的换热管间距为1.5 m较适合，长时间连续运行的间距为3～6m较适合，本次设计取孔间距为5m，地源换热器井回填采用细沙回填。


3.4.7 空调水系统

该空调末端水系统简单，为了节省初投资，空调水路采用异程式系统。


3.4.8 管道循环系统

•1、管道管件：采用国标热镀锌钢管，铸铁或冲压管件。
•2、管道保温：50mm特制岩棉保温管，外缠防水布，化纤玻璃丝布，树脂胶涂刷包装；（或聚氨酯保温）同时加装电伴热带，预防冬季管道冻堵。
•3、电磁阀：采用名牌产品。
•4、手动阀门：采用铜体闸阀。






4 地源热泵系统简介

4.1 地源侧系统由地热换热器组成
根据埋管形式可分为水平埋管和垂直埋管两种。根据运转形式又可分为开式循环和闭式循环两种。我们推荐采用闭式循环垂直埋管系统。该种交换器埋深大约在70～150米，主要利用浅层土壤温度常年保持恒温的特性，通过地热换热器与土壤的换热达到能量提取的目的。

夏季供冷时通过换热系统将室内的热量转移到地下，一方面为建筑物提供制冷的效果，另一方面将热能储存与地下，作为能量储备以供冬季使用；

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冬季采暖时通过换热系统将低温热源（地下岩土层）储存的热能提取出来，用于供暖循环水的加热，以备建筑物采暖使用。

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通过整体设计可使这种循环周而复始的运转，保证系统的供冷、供暖及供卫生热水要求。从能量守恒角度考虑，系统以30％的电能作为驱动，从地下岩土中获得了70％的热量（冷量），与传统的中央空调（冷水机组＋锅炉）相比，节能效果是显著的；又因其取消了锅炉，它的环保特性也是很突出的。


4.2 地源热泵系统特点

运行节能

地温循环冷暖系统由于只与温度相对稳定的浅层土壤进行换热（常年稳定在12-15℃），故系统效率很高——夏季运行COP 5.0以上、冬季运行COP 4.2左右。相对于其他系统，它的耗能极少，故能源花费极低。

绿色环保

由于系统均为闭式环路，与外界只有能量交换，而无介质交换，故不会对环境造成污染。另外其所使用的能量为电能和地热能，全部为清洁环保的能源。

运行安全、可靠

由于系统的主要能量来源基本不受外界干扰且无易燃、易爆燃料储存的隐患，故系统运行极为安全。热泵机组技术成熟，加工简便，比传统产品寿命长均超过15年，故系统运作极为可靠。

一机多用

热泵机组基本可满足建筑物制冷、采暖要求，同时还可以提供生活用热水，先进的主机系统，故一套系统承担全部任务，占地空间小。




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5 系统功能及特点

5.1 高效节能，成本低廉

最大效率的利用土壤中能量可节约能源40%以上，运行成本大大降低，智能化控制还可以节省人员开支，所以日常运行费用很低。

5.2 安全可靠，没有危险

地源热泵空调系统没有常规能源所存在的易燃易爆、中毒、断路、触电等危险，因此是最安全最可靠的热水系统。

5.3 绿色环保，没有污染

采用了土壤中洁净的绿色能源，避免了矿物燃料对环境的污染。因此，系统在冬季制热的过程中没有粉尘悬浮微粒的污染，也没有废渣、废水物的产生，更没有硫化物、氮化物、一氧化碳和二氧化碳的排放，符合国家环保政策，利国利民，为用户提供了一个干净、舒适的生活空间。

5.4 控制先进，智能运行

系统采用了先进的智能化控制技术，实行自动控制，最佳经济运行，全天无人看守，使用非常方便。

5.5 整个集热系统安全可靠，使用寿命长
在正常情况下，机组使用寿命可达到20年以上，室外地埋管系统使用寿命为50年。

资料很好。谢谢分享

为什么不用地源，比水源的要稳定的多