地源热泵分析

湖北能源调度大楼

地源热泵空调系统分析报告一、项目概况湖北能源调度大楼位于武汉市武吕区徐东大街中段，项目用地面积9770.5m2，总建筑面积96806m2，其中地上39层建筑面积71300m2，地下3层建筑面积25506m2。总建筑高度为167.8m。地上一到三层为裙楼，四层到三十九层为标准办公层，避难层设置在十五层和二十八层。二、集中空调系统初步设计方案简介原设计中，本大楼采用集中供冷、供热的水一空气系统，分设2个独立的空调系统。1-37层为一个冷热源空调系统（空调系统一），其中1-14层为低区，16-37层为高区。38、39层为电力调度中心，另设一个单独冷热源的空调系统（空调系统二）。1、空调冷热源空调系统一：夏季采用，冰蓄冷（2台）+双工况螺杆式冷水机组（3台）+地埋管地源热泵机组（2台）的方式供冷，高低区分设空调水系统，低区由分水器直接供冷、高区通过设置在15层（避难层）的冷水板换供冷；高低区共用空调冷源，冷量由蓄冰罐、双工况螺杆式冷水机组、地埋管地源热泵机组联合提供。夏季在夜间电价低谷时开启双工况螺杆式冷水机组蓄冰。白天根据空调冷负荷大小采用以下三种模式：蓄冰盘管单独供冷、蓄冰罐与双工况螺杆式冷水机组联合供冷、蓄冰罐+双工况螺杆式冷水机组+地埋管地源热泵机组联合供冷。地源热泵机组启停由室内空调冷负荷大小和冬季从土壤总吸热量与夏季对土壤总放热量基本平衡决定，即夏季当蓄冰罐与螺杆式冷水机组联合供冷不能满足大楼空调冷负荷要求时，开启一台或二台地源热泵机组进行补充供冷，反之则地源热泵机组停止运行。冬季低区采用地埋管地源热泵机组直接供热，高区采用二台燃气真空锅炉直接供热。空调系统二：冬夏季采用风冷涡旋式热泵机组供冷供热，主机选择二台，每台机组在标准空调工况时的制冷量均为253KW，制热量为260KW，热泵机组设置在39层屋面上。三、经济技术分析：1、地埋管地源热泵是通过输入少量的高位能源将浅层低位地能向高位能源转移的可再生能源利用技术，它可以将地下土壤中的热量或者冷量转移到所需要的地方，实现空调制冷、采暖或者生活热水使用，仅需要消耗极少的输送能耗。该系统比传统空调系统运行效率高30%-60%，能大幅降低系统运行费用。2、冰蓄冷空调技术是利用错峰分时电价优惠政策，夜间电网低谷时运转制冷机制冷，并以冰的形式蓄存，在白天用电高峰时将冰融化提供空调供冷，从而达到转移高峰电力负荷，提高电厂一次能源利用效率、降低空调运行费用的一项调荷节能技术3、有良好的社会和企业经济效益我国上世纪50年代天津大学开始进行地源热泵研究，2000年后北京中科院能源高科技有限公司开始市场化运行。2006年北京市发改委、规划委等9家联合发文在北京“埋管式地源热泵按45元/皿一次性补助”.现全国已有31个以上省进行地源热泵的工程。一、对初期投资影响（1）机组初投资比冷水机组费用多10%-30%。（2）增加打井（埋管）费用。（3）无冷却塔和冷却系统，不仅省费用，还可节约建筑面积和建筑空间（4）减少锅炉房和锅炉容量、无入网费（煤气、天燃气）或少入网费、和减少储油罐安全费。二、运行费比较（1）夏季制冷，节约费用＞20%。（2）夏季采用热回收，可免费提供生活热水。（3）冬季制热时，运转费用相当于天燃气、燃油锅炉的50%。（4）全年运行费节约30%左右。四、对目前方案的意见和建议1、从最新的设计说明上看，有效埋管深度为80米，埋管深度可增大至100米~~~120米，如有效深度至120米，则总的埋管深度增加16560米，在夏季可多提供散热量800KW左右。2、原设计有35个温度测点，我们的场地不大，实际可否减少，而且可以考虑在地埋管孔内直接安放传感器。3、原设计中，白天根据空调冷负荷大小采用以下三种优先模式：蓄冰盘管单独供冷、蓄冰罐与双工况螺杆式冷水机组联合供冷、蓄冰罐+双工况螺杆式冷水机组+地埋管地源热泵机组联合供冷。该设计意图是优先使用冰蓄冷，然后才是水源热泵系统。因为地源热泵空调运行的经济性和舒适性以及是本大楼的亮点，而且地源热泵的制冷量比冰蓄冷大，我们建议优先运行地源热泵系统。4、冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，可以减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量。但根据目前国家对能源调控的趋势，将逐步取消峰谷电价，实行阶梯电价。从2010年6月起，湖北省停止执行居民分时和蓄能产品优惠电价政策，分时电表将不再享受优惠。随后，国家发改委正式回应电价问题，有关负责人介绍，发改委正研究电价调整一事，同时湖北省物价部门有关负责人通告媒体，实行阶梯电价是大方向。一旦峰谷电价取消，冰蓄冷系统在运行费用上将大幅提高。由于原方案本身就有螺杆机冷水机组，建议取消冰蓄冷系统，把冷水机组改成离心机式的亦可完全满足需求，并且运行效率更高。由于系统的简化，将节省初期投资100万左右。5、空调系统（二）建议取消。因该系统实为精密空调，一般用在实验室等对空气温度、湿度要求比较高，一般是恒温恒湿的环境里。而我们的调度楼办公室对温度、湿度没有这么高的要求，只是普通的办公环境。因此建议取消该系统，直接使用系统（一），或者有必要的话加装普通中央空调。五、负三层埋管工程分析负三层埋管是地源热泵系统施工的关键。1、施工方案的前期调查和论证本工程地源热泵的施工是在地下负三层施工，为此我们进行了广泛的研究咨询。（1）国内的地源热泵项目绝大多数是在平地上或广场上进行施工，施工难度很小。我们这个项目是在地下三层实施，这将会增加深基坑暴露的时间。由于项目周边的普通居民住宅离基坑只有十米左右，深基坑的安全风险非常大。预估414口井的打井时间需要两个月，实际施工时必须加强安全管理、交叉施工管理，合理安排好施工方案。预计地埋管打井施工会和土方开挖等作业交叉施工，成品保护是关键，否则，一旦对埋管造成破坏就是不可补救的。我们通过了解，武吕火车站在做地源热泵施工时，后期土方开挖等对埋管造成了很多破坏，引起换热量达不到设计要求，实际使用效果很差。建议地埋管施工和主机设备采购、安装由一个承包商来完成，避免出现系统出现平衡问题。并且发生问题后，两家互相扯皮，互不认账，不能很好解决问题。我们通过了解，武汉新火车站地源热泵施工由四家施工单位完成，究其原因，是要平衡各方的关系和利益不得已而为之，最后造成投资增加、工期延长等一系列问题。冬季从土壤总吸热量与夏季对土壤总放热量保持平衡是数年后系统还能保持良好运行效果的关键。一般来讲，总放热量大于总吸