地源热泵手艺在既有建筑物节能改造中的应用

地源热泵技术在既有建筑物节能改造中的应用

摘要：

通过对济南市某研究院办公楼的空调系统运行状况的调查测试及实际运行费用分析，对该工程节能改造及运行方法进行了分析并提供了具体的空调系统的节能改造方案。总结了整个办公楼空调系统节能改造方案及经济性，为既有建筑节能改造提供了示范。关键字：办公楼

空调系统

旧楼改造

地源热泵

节能1、山东方亚地源热泵空调技术有限公司2、山东建筑大学热能工程学院3、山东建筑科学研究院

一、

引言

在能源总消耗中，建筑能耗占有着很大比例，其中照明和空调，特别是空调能耗，占据了建筑能耗的30%～40%。所以，进行空调节能潜力的分析具有非常重要的意义。通过对公共建筑的能源消耗现状的分析知道，大多数公共建筑是低功能、低水平、高能耗运行。因此我们可以根据原有建筑空调系统的分析、调查结果，并结合公共建筑自身的特点，从围护结构构造措施、空调温度的设定值、中央空调系统的选型及其风、水系统的调整与改造、新能源的利用和日常管理及调控方式等方面考虑,对旧楼中原有空调系统进行改造，以达到降低能耗的目的。对于供冷期及供暖期均较长的济南地区，空调能耗非常高，因此节能工作尤为重要，并具有代表意义。本文以济南市某研究所办公楼为对象进行研究和讨论，旨在让大家了解既有公共建筑耗能巨大，存在巨大的节能潜力，因此，我们应引起高度重视。着手公共建筑的节能建设与改造，以解决我国能源紧缺的问题迫在眉睫。二、

该办公楼原有建筑及空调系统简介

山东省济南市某研究院南办公楼建造于1960年，为三层砖混结构，建筑面积约3000平方米，该建筑围护结构采用370

mm厚砖墙，坡屋面，楼内设有上供下回异程式垂直双管采暖系统，散热器采用柱形铸铁散热器，散热器支管前安装球型调节阀。该系统散热器已使用了30年，散热效果较差，供回水管道为普通焊接钢管，也已使用近10年，管道及散热器均有不同程度的锈蚀。在系统运行过程中，楼内各房间的供暖温度不均匀，顶层温度整体偏低，约在15℃左右，东西两端房间的温度约在16-18℃，中间的房间温度偏高，基本在22℃左右，因未设自控阀门，房间的温度无法根据不同时段的使用要求进行适时调节，造成能源的浪费，也达不到人们的舒适度的要求。该采暖系统采用城市热网集中供暖，院内设换热站，采用普通定流量水泵，水泵的启停靠人工控制，采暖供水量也是由换热站人员通过管路阀门进行人工调节，系统能量的供给无法根据室内负荷要求的变化进行及时调整，造成能源和运行费用的严重浪费。冬季采暖耗热量平均在102W/m2，2006年冬季采暖运行费用约8万元。办公楼夏季采用分体式空调机制冷，耗电量较大，年运行费用约8.1万。综上所述：1、本建筑属于一般性建筑，未作保温处理，冷热负荷指标大。2、冬季供暖采用城市热网集中供暖，夏季空调采用分体式空调机制冷。3、冬季供暖系统制热效果及夏季空调系统制冷效果由于原设计不合理均达不到使用要求。4、冬季运行费用为26元/m2；夏季运行费用为27元/m2。全年运行费用合计为53元/m2三、

该办公楼维护结构及空调系统节能改造方案

针对本办公楼能耗大、空调运行费用高以及原空调系统设计不甚合理的特点，该院领导下定决心对本建筑进行建筑节能改造及空调系统的节能改造，旨在济南市旧楼改造节能建设工程中做一个政府性示范工程，同时也是响应国家的节能减排政策。

维护结构节能改造方案：按照国家节能65%的标准对维护结构进行外墙保温，外窗采用双层中空LOW-E玻璃。

空调系统节能改造方案：空调系统采用地源热泵中央空调系统，本系统一机两用，冬季供暖、夏季制冷。本系统利用30%的电能做驱动，70%的能量来自地下，不污染环境，节能环保。以下将详细介绍空调改造方案。1、

地源热泵空调系统方案具体配置(1)根据对本建筑维护结构节能改造后计算冷热负荷，分别为150KW和120KW.根据负荷计算负荷，并考虑系统将来增容，增容量估计有100KW左右，因此选用法国西亚特机组LWP900一台。具体参数如下：

(1)却法晓国毁CIA慎T型系列机艺组腐制冷量垒(圈kW)体制热量芒(挂kW)爽尺向寸考(m贱m)荷长拒宽罚高仇LWP顾900孟254衡.7纺334踩.6渴139咐0促129涨0煌126息5(2)空调末端系统采用风机盘管加新风系统。新风系统采用全热回收式新风换气机。每层设计一台新风换气机，新风口与风机盘管出风口混合后共同向室内提供高品质的空调风。整个系统分为三大部分：地热换热器部分、机房部分及末端风机盘管和新风换气机部分。其工作原理图如下所示：地源热泵空调系统的核心部分是地热换热器部分，地热换热器设计的好坏，直接影响的系统运行的优劣。我公司利用独立开发“地热之星”软件对本办公楼的地源热泵及地热换热器系统模拟了10的运行工况。软件介绍：该软件采用动态传热模型，可以模拟地源热泵和地热换热器系统在20年甚至更长时间里的工况。该设计软件已成功地应用于多个地源热泵空调工程的设计。是设备生产厂家和教学部门研究及实施地源热泵工程必不可少的实用手段之一。）对本工程模拟设计计算，结果为热泵入口最高温度33.021℃，在第十年的八月份。热泵入口最低温度5.042℃，在第一年的二月份。因此在十年的运行时间里，埋管量4000延米，可以保证系统的经济高效运行。1、岩土热物性测试、地下温度场检测及地源侧进出水温度巡检为确保地源热泵系统在工程实践中切实达到高效运行的目的，我公司对本节能改造工程做了以下检测工作：岩土热物性测试深层地下岩土导热系数是设计地源热泵系统地热换热器的重要参数。本公司独立研制的深层岩土热物性测试仪已发展到第Ⅲ型，具有多智能化的功能，使用方便，测试结果可靠。在本工程进行正式施工之前，我公司会对地层进行仔细测试，以达到工程良好运行结果。（1）地下温度场常年运行检测本工程共设计钻井量40口，为了检测空调系统运行过程中地下温度场的变化情况，我公司设计在其中一口井中埋设温度检测装置四处，位置分别为井下80m、60m、40m和20m。如此设计可以很好的检测地下不同位置的温度场随着空调系统常年运行的变化。根据温度场的变化情况，可以检测地源热泵系统是否高效运行，并且可以对系统运行提供建议。1、机房系统联锁控制及机组负荷无级调节1）、机房系统联锁控制说明：谋（侮1谁）厨暂手动方胖式有两储种：一胜种是联室锁手动竿，另一勒种是解字锁手动志。解锁君手动在绒就地操娱作箱上匀操作，永联锁手忘动远方恼操作。揪（惯2输）盈狡联锁手镜动是运病行人员宰按地源真空调工股艺要求报的顺序停一对一圈的启动年设备，蛛按逆顺岩序一对璃一的停犁止设备董，流程劝内设备恶存在联余锁关系鼻，所以蚀手动停已任一台打正在运律行的设绣备，逆趋顺序方沉向的所申有设备西联锁停柿机。错（暑3片）拼靠解锁手严动是，绳运行人能员可随弄意启停杏任一台斗设备，躁此时无间任何联循锁关系戏，决不油可带负饶荷运行挑。总（仁4汉）晚萍自动方辟式为一旋键启动仇、一键垄停止整碌个系统孟。付2怨）、机季组可以诱根据系达统所需竿冷量及壮热量情旅况进行柿无级调姥节。常一贤、航退节能改蚀造前后思对比分外析及节帽能减排归分析能一）、第运行费旗用分析军前提：踩1刘、电价皮按胞0.6泉0期元炒/Kw承·矮h指；尚2扒、夏季明制冷块按绝9吵0击天计算垄，冬季悲制热辛按谊12源0禽天计算麻，每天核均运互行婆1继0类小时。近3牢、地源罩热泵冷倡水机长组哀1塔台，冬蛛夏工况捎按最大强标称功滥率计算器，实际大工作时零为标称煮功率痕的术17究%防～椅100愤%逐无极调登节工作郑。湿4德、空调窗水泵耗腐电：地必源侧水惹泵颈7.5政K当W眉，地上寒侧水泵壮：傍7.5处KW稠奏。档计算项喇目舍计算过靠程念计算结语果惨夏哪季时地源热父泵备机组耗欲电耳（最大假功肺率堪45贼K醋w寒）秤负荷攻率蔑100宽%我天数趟2广0分天武2俯0粒天送×1客0凉小鸣时端×45找Kw×言1忽台步×10都0%象900善0.0桃负荷校率表75虎%垮天数顾2啦5丈天里2庄5挂天洒×1茅0顷小制时锡×45励Kw×物1使台端×75挪%膛843涂7.5双负荷纷率蚂50相%狠天数主2羞5来天刺2翠5粉天碗×1蜜0姑小威时社×45楼Kw×昨1裹台孤×50稀%蚕562富5.0河负荷刘率冰25颈%老天数酒2跳0付天翠2绘0渴天赌×1具0畜小菠时穴×45朽Kw×赔1肿台惠×25炭%法225努0.0纳合计耗便电量汇（鄙KW凤H追）陡900畅0+8腥437剧+56徐25+崖225监0否253予12.愁5旗空调水丸泵耗电邪7.5宏Kw×扭2吵台拆×1直0选小界时勒×9挖0搅天徒135应00.食0陪夏季总具耗电电傲量彼253鞠12+洗135共00灭388毁12.雨5良各建筑婚同时使尘用率（渗取辰1.厌0绳）兆388般12.释5×1珠.0艺388笛12.墓5狗夏季总纠运行费捏用妨（另0.困6棒元举/绕度）抚388孙12.宣5×0希.60厅232眯87.辣5秘夏季平骄均每平细方米运怒行费用损232籍87.砍5它元损÷30甩0忠0笨㎡疾7.踏8南元浴/授㎡烧冬季警地源热蚕泵压机组耗红电劈（最大粘功羞率俊55K荷w秀）蒙负荷固率垦100撒%麦天数喷20织2嚷0鸡天倦×1师0形小挑时好×55纲Kw×市1君台商×10节0%桥110税00.族0释负荷崖率牧75络%柔天数刷30桥3像0银天疲×1蔑0件小制时地×55俱Kw×节1出台辩×75多%浓123悟75.做0糟负荷壤率垦50钓%丧天数浆30骆3粉0醒天帆×1翼0瞧小股时射55K伍w×土1拒台须×50犹%糟825拣0.0澡负荷窜率抽25晋%来天数野40举4绍0装天华×1亏0护小王时算×55令Kw×朱1客台灶×25调%贿550跃0.0貌合计耗裁电量淹（摩KW债H蒜）诱110丧00+迁123漂75+暮825统0+5烤500棚371包25竹空调水严泵耗电糟7.5斑Kw×制2梳台示×1缓0调小坟时唤×9貌0山天扰225团00.螺0受冬季总牺耗电电夫量册225尚00+德371命25丰596葬25.违0降各房间展同时使腐用贡率托哄根（滴取抄1.翁0停）肢596头25×乘1.0滨596趁25.守0猜冬季总百运行费彩用堤（换0.悄6伪元法/乏度）暗596循25×袋0.6自0刚357景75.引0恋冬季平仁均每平侮方米运桂行费用棕357星7火5搂元剖÷30酱0记0地㎡草11.阵9农元嚼/剑㎡泥蒜一年每链平方米缸运行费幕用合计吓（冬岩季秧+赔欠夏季）百3.8吗2舅元亲/树㎡脆+秩9.3丑8店元炎/纱㎡愁19.音7狠元漆/葬㎡喂二）、亚改造前丘后运行容费用对良比傅改造前状：悲根踩据淘200堆6喉年对办嘱公楼空病调运行族费用统执计：冬走季采暖绞费鸽8.坟0廉万元。新夏季分哑体空调包耗电满费券8.披1盈万元。亲全年运痕行费用太折富合相5绳3预元均/挤㎡。砌改造后自：北由前表嫌可知，迅地源热超泵空调街系统的麻全年运打行费用垮折圆合眉19.秃7支元怕/陆㎡。则丛全年运帅行费用俭为晒：酒5.9扔1伍万元。尊改造前县后仅运楼行费用饰每年节猪省散10.辛1乓9流万元。帽节能百气分比为哗：拘63晕%梨。筝三）、店节能环歇保效益挪分析汗节能环碑保效益宇定量分吗析以以肃下数据耳计算：流标准天辜然气的往热值按例照撕359灿65k求J/N孙m剪3伏；标准迷煤的低听位热厌值曲292持71k迎J/k要g母；燃气择锅炉的殃效率拴按胀0.每8柴计；热守电厂发算电效率蔬取竟0.庭4互。志节省用衔电寨量证/KW帝·h叛166全667恒折合耗攀煤千量屈/徒吨吐6衣6旺．抗7否节煤桥量别/押吨爆66.征7蒸减乒排蔬量玉CO仅2司/擦吨辽176陷.7界SO白2宏/kg班119躬1.3桨烟田尘垦/kg蛾102师6桨炉贼渣恋/揪吨尾41.嗽33匠根据上在表，项索目在改味造后除弄具有显酷著的节灶能效益小的同时初还具有栋良好的怖环保效泰益。遗五、结胃论饭5.1探宣绿色环辣保屠扛效益显凯著冻采用地来源热泵析系统取全代燃煤费锅炉可蚂能得很竭好的环吵保效应纵和经济需效应，渐避免了悄燃煤锅慕炉的废揪气、废凭渣对周宫围环境定的污染箱，省掉笨了燃煤妥的运输纠费用、哑贮煤场垦地费用径、除尘瓜费用、慌灰渣的封运输处宇理费用向等。同督时解决剂了低温佛地热水元或热尾变水排放窄后对环惹境造成演的热污疤染的问燥题。地胡源热泵番的使用鉴电能，方电能本嗓身为一凑种清洁胃的能源扮，所以傅，地源糖热泵机扇组的运鬼行没有拆任何污完染，相太应了国或家节能滴减排的子政策。脑5.舞2支一机多下用，节撒约资金辱在该项饰目中，饭利用地派源热泵饱系统提桂供冬季化供暖的棚同时，见还可提著供夏季佛制冷，肌一机多阵用，从纱而避免爪了中央算空调系沃统的重嘱复投资钉，提高榴了设备绕的利用胃率。能疫源利用贩率高，思投腥入卷1K剂W汇的电能区可得着到娃4K谋W莲的高品若位热能虎，运行受费用与径常规方欣式相比悲更节约俗。闻5.3粗舍性能稳科定，安猛全可靠洪土壤的萌温度一白年四季嘉相对稳转定，其栽波动的央范围远焦远小于挠空气的餐变动。介是很好柏的热泵甜热源和速空调冷羊源，土航壤温度眼较恒定稍的特性尝，使得宁热泵机槐组运行斑更可靠扮、稳定鄙，也保隶证了系善统的高舅效性和亚经济性仗。不存慧在空气顺源热泵奥的冬季味除霜等担难点问翼题。地欠源热泵沉运行自桂动化程采度高，井便于操驱控，运栋行人员瓜少，无话压力容津器存在桐，安全可性好。挪机组体剑积小，疼可灵活残安置在肢任何地愤方，节滴约空间玉。桐参考文渠献败1.D里iao控N邪R,芝Zen腔gH姐Y少and欺Fa习ng锡ZH块,I奶mpr裁ove所men诊to削nM支ode铸lin北go并fH蜻eat荡Tr亲ans式fer极in前Ve棒rti独cal咽Gr拔oun仍dH免eat盾Ex阁cha握nge塑rs,峰In炊ter碑nat案ion跟al捏Jou屋rna买lo殊fH