某国际花园项目高层和多层地源热泵方案 二次 修改

某某国际花园地源热泵系统解决方案方案方案编制日期：2021-04阶段：初步方案〔第二次〕目录第一局部：根本情况与目标 -3-一、 工程概况 -3-二、 整体目标与方案原那么 -3-第二局部：技术分析 -4-1、地源热泵系统介绍 …….-4-1、常用的地源热泵型式 -4-2、地源热泵系统工作原理图解 -7-3、地源热泵热回收中央生活热水系统 -7-2、末端系统介绍 -8-1、风机盘管 -8-2、全热交换器新风系统 -8-3、空调计费系统介绍 -9-1、计量制 -9-2、两部制 -9-3、混合制 -9-第三局部：技术方案 -10-1、总冷、热负荷确实定 -10-1、小高层空调冷、热负荷 -10-2、别墅空调冷、热负荷 -10-3、小高层生活热水负荷 -10-4、别墅生活热水负荷 -11-5、小高层系统装机容量 -12-6、别墅系统装机容量 -12-2、土壤换热器设计 -12-1、埋管型式 -12-2、钻孔间距 -12-3、钻孔孔径 -13-4、钻井数量 -13-5、埋管场地与面积 -13-3、土壤热平衡解决措施 -14-1、土壤热平衡对系统的影响 -14-2、土壤热平衡解决措施 -14-4、小高层系统冷却塔设计 -14-5、冷、热源机房主要设备配置 -15-1、小高层机房主要设备配置 -15-2、别墅机房主要设备配置 -16-第四局部：经济性分析 -17-1、初投资分析 -17-1、小高层住宅 -17-2、别墅 -17-2、空调运行费用分析 -17-1、小高层地源热泵系统运行费用分析 -17-2、别墅每户地源热泵系统运行费用分析 -18-3、生活热水费用分析 -19-1、小高层住宅生活热水费用分析 -19-2、别墅每户生活热水费用分析 -19-第五局部：方案图纸 -21-第一局部：根本情况与目标工程概况工程名称：锦宸国际花园建筑面积：小高层局部地上建筑面积17763㎡；别墅局部地上建筑面积为14826㎡。工程情况：本次方案设计响应国家能源政策，在保持系统节能高效的根底上，表达绿色环保的特点，我公司推荐使用土壤源地源热泵作为系统冷热源，一机三用〔空调冷水、空调热水、生活热水〕。经过前期商务谈判本方案小高层采用一个集中式冷、热源，埋管在高层地下室底板下进行，机房设置在小高层地下室；别墅采用分散式冷、热源，每户单独设置一套埋管和机房设备；室内采用夏季采用风机盘管，冬季采用地板采暖，全年使用全热交换新风系统改善室内空气品质。整体目标与方案原那么方案选择的目的是通过投资、运行费用、运行平安可靠性、可持续性，节能环保性等方面为方案根底，为业主做出选择提供可靠的技术保障，由业主确定最适宜的方案。进行方案设计，首先应考虑空调工程的使用性质和具体使用要求，然后因地制宜，全面分析，按初投资、年运行费、能源供给、环境影响等因素，进行综合评价，选择能源结构合理、能源利用率高、对环境影响最小、投资回报最高的设计方案。根据工程的特点以及通过甲方了解的工程信息，空调系统的方案设计重点如下：空调系统的舒适性〔温度舒适性、湿度舒适性、空气洁净度〕；空调系统运行稳定性及平安性；选择能源结构合理，环保节能，符合国家能源开展方向的冷热源形式；土壤源热泵的技术分析〔埋管型式、热平衡、运行模式等〕；空调系统初投资、运行费用的经济性分析；第二局部：技术分析1、地源热泵系统介绍“地源〞一词的汉语的内涵那么十分广泛，应包括所有地下资源的含义。但在空调业内，目前仅指地壳表层〔小于400米〕范围内的低温热资源，它的热源主要来自太阳能，极少能量来自地球内部的地热能。地球外表的水体和土、岩石是一个巨大的太阳能集热器，收集47%的太阳辐射热能，这个能量比人类每年利用能量的500倍还要多，它几乎是无限的，可再生的能源。而地源热泵的技术思路那么是以少量高品位能源〔电能〕，实现低品位热能向高品位转移。地源介质在冬季作为热泵供暖的热源和夏季制冷的冷源。即在冬季，把地源介质中的热量“吸取“出来，提高循环介质温度后，供人采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地源介质中去，由地源介质将其储存。这样一个完整的过程也就是一个地底环境的热平衡过程。地源热泵是以岩土体、地下水、地表水为低温热源，由地〔水〕源热泵机组，地热能采集系统，建筑物内系统组成的空调系统。根据地热能采集形式不同，分为土壤源地源热泵系统、地表水地源热泵系统、地下水地源热泵系统等。地源热泵系统海水地源热泵系统海水水源热泵湖水、河水污水地下水土壤源热泵地表水地源热泵系统抽取地下水〔回灌〕利用湖水、河水利用工业等废热利用海水地下埋管土壤热交换器地源热泵系统地下水地源热泵系统1、常用的地源热泵型式属再生能源利用技术地源热泵是利用了地球土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类第年利用能量的500倍还多〔地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量〕，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，地源热利用的是清洁的可再生能源的一种技术。绿色环保没有燃烧过程，防止了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。自由运用地热资源，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比。没有冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌〞对人体损害。无室外机，不会产生令人不适的热岛效应。高效节能地源热泵机组可利用的水体温度冬季为7-15℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-32节水省地、灵活平安以土壤为源体，向其吸收或放出能量，即不消耗水资源，也不会对其造成污染。常规的冷却塔每小时5%水量损耗，没有冷却塔飘水对环境的污染。省去了锅炉房，冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。真正做到“一机两用〞。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方，节约空间，系统末端亦可作多种选择。无储煤、储油罐等卫生及平安隐患。自动化程度高，无需专业人员操控。运行稳定可靠地下土壤的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源的空调冷源，机组的运行工况稳定，由于散热、取热均依靠深层土壤不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑了，克服了家用空调因外界气温的变化引起的多耗电，效果差等弊端。机组主要零部件全部采用进口设备，维护简单，主机运行寿命可达25年以上。不会产生冷量衰减，普通机组夏季极端高温时冷却塔散热不利，制冷效果下降，直燃机因真空度减少及结垢后会产生每年高达15%以上的能量衰减。地下埋管采用PE专用管，耐酸、碱、耐膨胀、不老化，采用热熔连接不需维护，寿命长达50年以上。环境效益显著地源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的地源热泵机组折电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上。地源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。没有燃烧过程，防止了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。自由运用地热资源，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比。没有冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌〞对人体损害。自动运行由于散热、取热均依靠深层土壤不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑了。机组主要零部件全部采用进口设备，维护简单，主机运行寿命可达25年以上。不会产生冷量衰减，普通机组夏季极端高温时冷却塔散热不利，制冷效果下降，直燃机因真空度减少及结垢后会产生每年高达15%以上的能量衰减。地下埋管采用PE专用管，耐酸、碱、耐膨胀、不老化，采用热熔连接不需维护，寿命长达50年以上。2、地源热泵系统工作原理图解制冷工况在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽——液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所需携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时，再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至土壤里。制热工况在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过水路切换将水流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器的冷媒的蒸发，将水路循中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时，再通过冷媒/空气热交换器内的冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中。3、地源热泵热回收中央生活热水系统通常热泵机组在供冷时，工质的冷凝大多采用单纯采用冷却水冷却，这局部巨大的热能就浪费了，并且冷却水系统消耗大量的电能。我们在设计中巧妙的将这局部热能加以利用〔如做生活热水〕，其做法就是在高温高压的气态工质进入冷凝器初端时，再加一套热回收用的热交换装置，即将生活热水与高温高压的气态工质进行间接热交换，生活热水吸收高温高压气态工质的热量而成为相对高温的生活热水。全热回收功能由具有多种工作模式的电脑程序控制，在制冷季用户可免费得到生活热水，冬季可在供暖的同时提供生活热水，过度季节可以单独提供生活热水。采用地源热泵空调热泵机组提供卫生生活热水，节省了热水锅炉的设备的一次性投资，能源利用能效比高，节能意义明显。2、末端系统介绍1、风机盘管原理：风机盘管空调系统的工作原理，就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供给。优点：风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道，只有水管和较小的新风管〔配合新风系统使用〕，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点；对建筑维护结构和新风形式没任何要求。缺点：有噪音，有吹风感；室内温度分布不均，暖气附近温度较高，感觉枯燥，人体感觉不舒适。与装潢的协调：需有二次吊顶，吊顶高度至少350mm；同时吊顶上需开风口。2、全热交换器新风系统原理：系统配置了双离心风机，工作时从室外引入新鲜空气，经送风管道系统输送至需求处，同时将从公共区域收集的室内浑浊气流排出，在不开窗的情况下完成室内空气置换，提高室内空气品质。从室外引入的新风气流和从室内排出的混浊气流在新风系统内的热交换核心处进行能量交换，将一局部能量回收，降低了从室外引入新鲜空气对室内舒适度、空调负荷的影响。一般传统的是通过与风机盘管和地暖搭配，完成房间送新风过程。优点：系统简单，造价较廉价；分散设置方便，有层高即可使用；控制灵活方便；能够起到回收室内余热到达节能的效果。缺点：机器和风管占用一定的吊顶空间。与装潢的协调：吊顶内的风管需至少占据250mm的空间。3、空调计费系统介绍1、计量制空调费用直接根据冷、热量及风机盘管用电量收取，费用的多少仅与用户的使用情况有关。由于利用楼面和围护结构的传热，有的住户即使不开空调，也能获得局部的空调效果。这就造成了该住户可免费使用空调，而与之相临的住户空调费用增加的情况，从而导致收费的不合理，不便于整个中央空调系统的管理。2、两部制空调费用由根本费、冷热量费、室内末端装置运行电费三局部组成。根本费的产生是由于占空调总热量5%左右的管路输送热损失及20%左右的公用面积空调使用量。同时，按适当的比例收取根本费可鼓励用户多用空调，有利于中央空调系统的经济运行。根本费按月收取，可按用户的建筑面积计算。单位面积的根本费的多少，宜与用户进行协商，取得多数用户的同意前方能确定。空调末端装置〔风机盘管〕电费按每户电表计量，由电力部门收取。冷、热量费根据用户实际使用情况收取。3、混合制针对不同的用户，在收取空调费时，一部份采用计量制，另一部份采用两部制。第三局部：技术方案1、总冷、热负荷确实定1、小高层空调冷、热负荷建筑功能建筑面积〔㎡〕冷负荷指标〔w/㎡〕热负荷指标〔w/㎡〕同时使用系数总冷负荷〔kw〕总热负荷〔kw〕小高层住宅177631008080%142211402、别墅空调冷、热负荷建筑户型建筑面积冷负荷指标热负荷指标同时使用系数总冷负荷〔kw〕总热负荷〔kw〕〔㎡〕〔w/㎡〕〔w/㎡〕P-11008080%P-21008080%P-3a1008080%P-3b1008080%P-3c1008080%P-41008080%3、小高层生活热水负荷小高层有130户，热泵机组热回收出口温度为55℃全天最大热水量：按现行建筑给水排水设计标准(GB50015-2003)-1表规定：最高日用水定额：70～110L/每日.每人〔热水温度按55℃计〕。100L〔热水温度按55℃计〕,按每户3.5人估算，每户日热水用量：5根据?建筑给水排水设计标准?，建筑物的热水用水量可通过以下方法计算得到：Q=Kh*m*qr／24式中：Q——最大时热水用水量；Kh——小时变化系数；M——用水计算单位数；qr——热水用水量定额。而根据标准,小时变化系数随人员变化的关系为：根据上面的数据可以得到，热水系统的用量为：Qh=Kh*m*qr／24=*130**100/24=m³设计小时最大耗热量计算：自来水常温设计选择5℃Qh=1.163**〔55-5〕=495KW；蓄热水箱容积按照建筑给水排水设计标准(GB50015-2003)表规定≥90minQrhVr=×1.5=m实际设计16m³，一个容积为设备小时供热量Qg=Qh×η×Vr×〔tr-tl〕×ρr÷T=495××16×50×1/3=263KW4、别墅生活热水负荷别墅一户考虑4口之家的生活热水的使用，热泵机组热回收出口温度为55℃全天最大热水量：按现行建筑给水排水设计标准(GB50015-2003)-1表规定：最高日用水定额：70～110L/每日.每人〔热水温度按55℃计〕。100L〔热水温度按55℃根据?建筑给水排水设计标准?GBJl5-88，建筑物的热水用水量可通过以下方法计算得到：Q=Kh*m*qr／24式中：Q——最大时热水用水量；Kh——小时变化系数；M——用水计算单位数；qr——热水用水量定额。而根据标准,小时变化系数随人员变化的关系为：根据上面的数据可以得到，热水系统的用量为：Qh=Kh*m*qr／24=*4*100/24=³,设计小时最大耗热量计算：自来水常温设计选择5℃Qh=*86*〔55-5〕=5KW；蓄热水箱容积按照建筑给水排水设计标准(GB50015-2003)表规定≥90minQrhVr=86m³×实际设计150L，一个容积为150设备小时供热量Qg=Qh×η×Vr×〔tr-tl〕×ρr÷T=5××0.15×50×=KW5、小高层系统装机容量建筑功能建筑面积〔㎡〕冷负荷指标〔w/㎡〕热负荷指标〔w/㎡〕同时使用系数装机冷负荷〔kw〕空调热负荷〔kw〕生活热水负荷〔kw〕装机热负荷〔kw〕小高层住宅177631008080%1422114026314036、别墅系统装机容量建筑户型建筑面积冷负荷指标热负荷指标同时使用系数装机冷负荷〔kw〕装机热负荷〔kw〕〔㎡〕〔w/㎡〕〔w/㎡〕P-11008080%P-21008080%P-3a1008080%P-3b1008080%P-3c1008080%P-41008080%2、土壤换热器设计1、埋管型式目前土壤源热泵地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。考虑占地面积以及换热效果多方面因素考虑，多采用垂直埋管的方式。本工程占地面积有限，考虑减少埋管面积,故采用单位管长换热量较大的并联双U型垂直埋管，单井埋管深度100米2、钻孔间距地源热泵系统工程技术标准〔GB580366-2005〕条建议埋管间距为3~6m，根据相关的工程经验，本方案设计埋管间距为4.5m×4.3、钻孔孔径目前国内施工的土壤换热器钻孔直径一般在￠110~￠200之间，根据不同的地质条件采用不同的成孔设备，如钻孔直径过大会造成施工本钱过高。同时回填料施工难度增加，否那么会影响使用效果。一般钻孔直径单U型管钻孔孔径为￠110mm比拟适宜，如采用双U型管,钻孔孔径为￠135~150mm，本工程孔径采用￠150mm4、钻井数量并联双U型埋管地源井制冷工况暂按照每米的放热量为70W/m,制热的吸热量为50W/m计算，小高层按照冬季负荷埋管，缺乏局部采用冷却塔辅助；别墅按照夏季冷负荷埋管。建筑种类建筑户型建筑面积冷负荷指标热负荷指标同时使用系数装机冷负荷〔kw〕空调热负荷〔kw〕装机热负荷〔kw〕钻孔数量〔个〕〔㎡〕〔w/㎡〕〔w/㎡〕小高层集中式177631008080%142211401403250别墅P-11008080%24.319.421.85P-21008080%27.722.224.65P-3a1008080%25.120.122.55P-3b1008080%25.120.122.55P-3c1008080%25.120.122.55P-41008080%24.719.822.255、埋管场地与面积建筑种类建筑户型埋管场地建筑面积备注〔㎡〕小高层集中式地下室底板下5100详见方案图纸别墅P-1建筑屋地下室底板下110P-2110P-3a110P-3b110P-3c110P-41103、土壤热平衡解决措施1、土壤热平衡对系统的影响土壤热平衡是关系到系统是否能够长期平安稳定运行的一个关键性因素，本工程集中地源热泵系统的总冷负荷大于总热负荷，又因为制冷工况运行时间大于制热运行时间，以至于放热量远远大于取热量，长期运行后，地下土壤/岩石温度将逐渐上升〔术语称为：热堆积〕，那么，制冷工况下的放热功率会呈现衰减的趋势，系统制冷工况的出力势必会越来越小，当地下温度上升到一定程度时，系统便无法运行。因此完全采用土壤热泵系统供冷供热不能满足长期运行的需要，需有其他辅助的的方式来进行调节，才能保证系统的长期稳定运行。2、土壤热平衡解决措施小高层采用复合型冷源，土壤换热器满足冬季100%负荷，夏季采用冷却塔进行辅助冷却保持土壤热平衡。别墅采用生活热水调节土壤热平衡。4、小高层系统冷却塔设计小高层系统冷却塔可在夏季顶峰负荷时开启，对应一台热泵机组作为调峰使用；其次可以在地下土壤热失衡的情况下运行，调节地下土壤热平衡；再次冷却塔可以在外界气候适宜的情况下优先使用，优化空调系统的运行策略。建筑功能型号〔m3/h〕尺寸〔mm〕运行重量(Kg)设置位置小高层住宅1002275×3735×49303080详见总图5、冷、热源机房主要设备配置1、小高层机房主要设备配置空调系统主机热泵主机1型号及数量热泵主机〔2台〕技术参数制冷量300kw，制冷输入功率52kw制热量299kw，制热输入功率68kw全部热回收量282kw运行状态制冷：12/7℃冷冻水，供热：40/45℃热水，生活热水：50/55℃热水。热泵主机2型号及数量热泵主机〔2台〕技术参数制冷量427kw，制冷输入功率92kw制热量477kw，制热输入功率112kw运行状态制冷：12/7℃冷冻水，供热：40/45℃热水。空调侧循环泵数量(2台)技术参数流量：60m3/h；扬程：30运行状态对应热泵主机1数量(2台)技术参数流量：80m3/h；扬程：30运行状态对应热泵主机2地源侧循环泵数量(2台)技术参数流量：80m3/h；扬程：30运行状态对应热泵主机1数量(2台)技术参数流量：100m3/h；扬程：30m；输入功率运行状态对应热泵主机2生活热水循环泵数量(2台)技术参数流量：50m3/h；扬程：15运行状态对应热泵主机1生活热水回水泵数量(2台)技术参数流量：3m3/h；扬程：15运行状态对应热泵主机1冷却塔循环泵数量(1台)技术参数流量：100m3/h；扬程：25m；输入功率对应冷却塔冷却塔数量(1台)技术参数冷却水量：100m2、别墅机房主要设备配置P-1空调系统主机热泵主机型号及数量热泵主机1〔1台〕技术参数kwkwkwkw运行状态制冷：12/7℃冷冻水，供热：40/45℃热水。地源侧循环泵数量(1台)技术参数流量：5m3/h；扬程：30运行状态对应热泵主机1P-2、P-3a、P-3b、P-3c和P-4空调系统主机热泵主机型号及数量热泵主机1〔1台〕技术参数制冷量28kwkwkwkw运行状态制冷：12/7℃冷冻水，供热：40/45℃热水。地源侧循环泵数量(1台)技术参数流量：6m3/h；扬程：3运行状态对应热泵主机1第四局部：经济性分析1、初投资分析1、小高层住宅序号分类工程分类造价〔万元〕备注1地源热泵空调机房局部1802室内末端局部280风机盘管+全热交换新风3室外地埋换热局部2504总投资710土壤地质注：由于当地的地质情况没有准确的资料，室外换热器工程价格会有浮动。以上价格为参考报价，价格随市场确定。2、别墅别墅每户建筑相差不多，造价根本一致，现以一户为参考：序号分类工程每栋造价〔万元〕备注1地源热泵空调机房局部82室内末端局部5盘管/全空气+地板采暖3室外地埋换热局部84总投资21粘土地质注：由于当地的地质情况没有准确的资料，室外换热器工程价格会有浮动。以上价格为参考报价，价格随市场确定。2、空调运行费用分析1、小高层地源热泵系统运行费用分析根据空调实际运行情况，空调系统按每年夏季120天、冬季100天，空调系统工作时间为10小时，全天系统工作负荷占总负荷80%。电费按0.8元/度计算；辅助冷却塔按照满负荷运行30天/年计算。地源热泵系统EER值=5，COP值=4.2。工程空调系统夏季空调主机1422/5×10××120=273024KW空调侧循环水泵〔11+15+30〕×10××120=53760KW地源侧循环水泵〔11+30〕×1