地源热泵系统在办公建筑中的应用

1、地源热泵系统在办公建筑中的应用摘要：本文主要介绍了浅层地热能这一新型清洁能源的发展历程和 研究现状，对其工作原理以及高效节能、绿 色环保无污染等优越 性进行分析，通过对地源热泵的系统选型设计并和传统空调系统进 行全方位对比，详细阐述了 示范工程应用实例和应用中的良好经 济效益和社会效益。关键词：地源热泵 浅层地热能 地埋孔系统监测 清洁能源 能效 比、概述我国能源存储量有限，各种资源短缺而且实际利用效率较低，环境污染不断加剧。 特别是近几年的雾霾日益严重，国家开始大力开展大气污染防治工作和蓝天保卫 战。严峻的事实表明，中国要走可持续发展道路，节约能源和利用可再生能源刻 不容缓。国家也相继出台有

2、关政策，鼓励倡导开发利用新型清洁能源。 河北省地 矿局第一地质大队积极响应国家节能减排、 绿色发展政策，根据省、市强力推进 大气污染防治实施意见，于2017年年初拆除了黄粱梦生产基地取暖锅炉。由于 邯郸市集中供热未覆盖到基地，而且使用费用也太高，基地200多员工即将面临 无暖可取的状况，大队领导创新思路，开始着手进行基地取暖（制冷）改造工程。二、工程概况本工程位于邯郸市西北部，西临107国道，北临青兰高速，交通十分便利。属暖 温带半干旱半湿润大陆性季风气候，全年平均气温13.5C,年日照2600小时，年平均风速2.7m/s。最大季节性冻土深度46cm。该工程占地面积共58263m2 , 其中办

3、公楼、宿舍楼和职工食堂建筑面积 4700m2共161间。根据现场房屋布局 和地质条件，设计采用地源热泵 +落地式风机盘管空调系统。三、地源热泵发展历程和工作原理1、地源热泵发展历程地源热泵”的概念，最早在1912年由瑞士的专家提出，而这项技术的提出应用 始于英、美两国，上世纪60年代进入中国，但由于经济原因发展缓慢，近些年 随着我国对节能减排工作的不断加强， 已经进入了快速发展阶段，设备厂家不断 增多，新技术不断涌现，大型示范工程也越来越多，整个技术体系已经十分成熟。 到2020年我国地源热 泵装机容量可以占到全球装机总量的 50%。地源热泵遵循逆卡诺原理，是一种能量提升装置，即工作时消耗很小

4、一部分电能， 从低温土壤环境中吸收大量的低温热， 通过压缩做功输出高热能，从而将不能直 接利用的低温热回收利用起来。 冬季，热泵机组从地源中吸收热量，向建筑物供 暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物供暖或制冷。地源热泵主要由 压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀四部分组成。四、地源热泵系统选型设计1、工程负荷确定本建筑为居民建筑，初步设计阶段采用负荷指标法进行系统冷热负荷的估算。建筑面积5000平米 以下取标准上限，因此冷负荷指标取 110w/m2 ,热 负荷 指标取100w/m2 。建筑面积(m3)冷负荷(kw J热负荷(Kw 4700517470由于所有房间同时使用几率

5、不大，考虑同时使 用系数的冬夏季负荷如下:负荷(Kw)同时使用系数实际负荷(kw)夏季冷负荷5170-65336冬季熬负荷4700,63296地埋管系统设计负荷按冬季和夏季较大者计 算。选用2台模块式涡旋地源泵机 组，互为备用 机。主要设备技术参数为：名梆数量制冷(热海输入功率额定电流地源热泵SM-60QH 2235kw395KW70A用户侧循环泵 SCL80-16037.5kw地埋侧循环泵SCL807 6。37,5kw风机盘管FP-68155风机盘管FP-85142、孔数确定竖埋管管长计算公式：L=Q1 *1000/A其中L:竖井埋管总长Q1':夏季向土壤排放热量A:夏季每米钻孔的散

6、热量Q1' = Q1 X1+1/COP1)根据实际工况，按最大散热量计算 L=336* (1+1/5.1) *1000/50=8037米确定竖井数计算公式：N=L/H其中N:竖井个数H:竖井深度L:竖井埋管总长 邯郸地区属于五类地区，设计孔深一般取120米，双U孔数N=8037米/120米=67 口。因施工区域场地面积受限，本项目采用了 10个高效套管换热器。高效套管 的换热量是双U的2.5倍。因此10个高效套管换热器相当于25个双U换热器。所以本项目实际设计10个高效套管地埋孔和42个双U地埋孔。3、地埋管布置根据实际地形采用矩形布孔，42个双U地埋 孔，两孔间距5米，分5排，每排

7、8孔。所需场地面积为：35米*20米=700m2 。 10个高效套管地埋孔， 两孔间距 7米，分2排，每排5孔。所需场地面积为:28米*7米=196m2。实际占地共896m2 。 同时布置了 6个监测孔，用以监测地温变化规律。五、地源热泵系统施工安装 整个施工分为地埋侧、室内末端、机房、控制室四部分。根据地源热泵系统工 程技术规范，地埋侧施工工艺为：放线一钻机定位一施钻一试 压一下管一回填 一水平连一试压一回填。热泵机组安装工艺流程为：设备基础验收 一设备进场一 设备 安装就位一找正找平。整个空调系统安装完毕后开始管道冲洗，然后对整 个系统管道进行系统打压试 验，稳压10分钟，压力下降值不大于

8、0.02MPa。f. faC六、地源热泵和传统空调经济性对比分析1、地源热泵模式运行成本本项目冷负荷336kw,热负荷296kw;空调系统夏季供冷100天；冬季供热120 大。地源热泵机组每天运行24小时，白天平均开机率0.3,夜间平均开机率0.5。 邯郸市居民生活峰电价0.5583,谷电价0.3583,峰电8时到21时，谷电21时到 次日8 夏季运行成本分析峰电时段单位kwh成本S1=f1/(4 1*cop1)=0.5583/(0.95*4.3)=0.137/kwhS1-地源热泵每kwh的输出功率的运行成本f1-峰电电价0.5883元/kwh ”-管网及水泵的输配效率，取95%cop1-主机

9、效能比，夏季取4.3谷电时段单位kwh成本S2=2/(4 2*cop2)=0.3583095*4.3) =0.088 元/kwh夏季运行成本S3=S1*W冷叮 冷*t峰+S2*W冷叮 冷*t谷=0.137*336*100*13*0.3+0.088*336*100*11*0.5=34214 元夏季运行成本34214元/4700m2 =7.3元/m2S2-地源热泵每kwh的输出功率的运行成本 f2谷电电价0.5883元/kwh”-管网及水泵的输配效率，取95%cop2-主机效能比，夏季取4.3冬季运行成本分析峰电时段单位kwh 成本S4=f1/(4 1*cop1)=0.5583/(0.95*4.5

10、)=0.l3/kwh谷电时段单位 kwh 成本 S5=f2/(4 2*cop2)=0.3583/0.95*4.5) =0.084元/kwh冬季运行成本s6=s4*w热叮 热t峰+S5*W热叮 热*t谷=0.13* 296*120*13*0.5+0.084*296*120*11*0.5=46424 元冬季运行成本46424 元 /4700m2=9.8 元 /m2全年运行成本预计共80638 元，全年运行费用平均 80638/4700=17.1 元 /m22、普通空调运行费用夏季运行成本分析：SM=W *H*T*D*F *S=1.2*11*100*0.52*0.65*161=71831 元S夏：夏

11、季运行成本W:功率H:每天运行时间运行天数D:每度电费F:运行份额S空调数量冬季运行成本分析：$冬=亚1*叮1*口*51 *S=1.7*11*120*0.52*0.66*161=123992 元W1:功率H1:冬季每天运行时间T1冬季运行天数D：每度电费F1冬季运行份额S空调数量全年费用合计：71831+123992=195823元全年节省电费：195823-80638=115185元七、监测系统 地温场温度监测2 月份监测数据为例换热孔（工作孔）地温监测：双U 工作孔在2 月平均温度降低0.30，温度变化平稳，幅度小。高效地埋管工作孔2 月平均温度降低6，变幅较大，分析原因有两方面：1、高效

12、地埋管换热能力强，对地温场影响较大；2、在供热能力达到情况下，高效主机作为备用机，间歇时间相对较长，导致地温变幅较大。换热孔孔间地温监测：双U 孔间监测，距离工作孔3.54m， 2 月平均温度降低0.3C,初步说明双U地埋管换热器在工作时影响半径大于3.54m。高效孔问监测， 距离工作孔4.95m， 2月平均温度降低0.4， 与高效工作孔温度变化比较，变幅轻微，初步说明高效地埋管换热器在工作时影响半径处于4.95m 附近。距离双 U 地埋管钻孔较远的地方设计一个监测孔，监测地温场的影响半径，该监测孔距离工作孔5m， 地温监测变幅0.07。 距离套管式地埋井工作孔较远的地方设计一个监测孔，监测地温场的影响半径，该监测孔距离工作孔 7m,地温监测变幅0.07。温度传感器精度± 0.08 。除去传感器精度干扰，可认为双U地埋管换热器工作时影响半径小于 5m,高效地埋管换热器在工作时影响半径小于 7m。八、结束语综上所述,本次地源热泵系统冬季供暖，夏季制冷，一机两用，真正做到了“零能耗、零排放、零污染”。在全市大气污染综合治理工作中率先打造了邯郸市地源热泵系统应用示范工程。不仅解决了广大职工的生产生活条件，而且产生了很好的经济效益和社会效益，经测算每年可节约电费约30 万元，减少