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1、*小区地埋管地源热泵系统 设计规划 第一章 地源热泵特点第二章 项目概况第三章 地埋管换热器设计第四章 室外地源热泵循环干管系统设计第五章 中央水泵站的设计第六章 热水系统设计第七章 系统主机配置方案第八章 地源热泵空调系统经济性第九章 地源热泵系统制取热水与太阳能系统制取专题分析第十章 结论第一章 地源热泵特点地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同，分为地埋管地源 热泵系统（简称地埋管系统）、地下水地源热泵系统（简称地下水系 统）和地表水地源热泵系统（简称地表水系统）。其中地埋管地源热 泵系统，也称地耦合系统或土壤源地源热泵系统，考虑实际应用中人 们的称呼习惯，同时便于理解，本规范定义为地
2、埋管地源热泵系统。 地表水系统中的地表水是一个广义概念，包括河流、湖泊、海水、中 水或达到国家排放标准的污水、废水等。只要是以岩土体、地下水或 地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系 统组成的供热空调系统，统称为地源热泵系统。地源热泵技术是利用水体温度相对稳定的特性，通过输入少量的 高品位能源（如电能），实现水体与建筑物内部的热量交换，使低品位 热能向高品位转变的冷、暖两用空调系统。对终端用户来说特别需要了 解以下几个问题：1、高效、节能（节能率达40%-70%）地源热泵系统在提供能量的时候， 70%的能源来源于水体， 30%的能源来自电力，用于将水体中的热量“搬运”至室
3、内。从能量转 换的角度看，锅炉（电、燃料）供热系统，供热时只能将90%以上的 电能或7090%的燃料内能转换为热量供用户使用，而地源热泵的能 效比最高可达4.7。因此它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能， 比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；运行费用仅为各种采暖系统的 30-50%。对于大型建筑，在过渡季节，可以同时实现外区供热和内区 制冷，还可以将内区的热量转移到外区，从而更为节能。据美国环保署 EPA统计，设计安装良好的地源热泵，平均可以节约用户40以上空 调供热制冷的运行费用。用温控器对热泵机组进行恒温控制，可根据室内人员的增减及室 外阳光直射等负荷的变化控制机组的停启，将室内温度始终恒
4、定在设定 的温度范围内，既可达到制冷（或供热）的舒适效果，又可以避免浪费 能源，使能源的利用和室内环境舒适程度最优化。这样不仅节省运行费 用，而且便于分层、分区进行控制、计量，进而实现最大节能。2、绿色、环保地源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，不需 要锅炉、冷却塔等设备，没有煤、油、天然气等燃烧排放物污染，不 需要堆放燃料废物的场地，不用远距离输送热量。3、使用寿命长，维护费用低 地源热泵系统主机设备使用寿命长达25年，地下换热器采用高密 度聚乙烯塑管，寿命长达50年以上。系统不设室外机，不设冷却塔， 设备维修简易，费用低廉，地下换热器正常使用条件下无须维护。整个地源热泵中央空
5、调系统采用可编程、智能化的远程中央计算 机控制，具有随人流变化而自动调整地源热泵制冷或供暖，实现了节 能最大化，运行费用最小化；它还可设置显示和实时记录功能，可存 储、分析各种采暖、制冷、维修等经济及技术数据，促进系统运行的 最优化。4、运行稳定可靠水体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 （在一定深度下，其温度波动在10C以下）。是很好的热泵热源和空 调冷源，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和 经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜和夏季保护等难点问题。 5、一机多用，应用范围广地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一 套系统可以替换原来的锅炉加空
6、调的两套装置或系统。特别是对于同 时有供热和供冷要求的建筑物，地源热泵有着明显的优点。不仅节省 了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少 了设备的初投资。地源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建 筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。 6、可分期安装，分户计量可分期、分批投资安装主机，不占压开发资金。可实现独立计费 、分户计量，方便业主对整个系统的管理；并可按照用户要求实现从 最简单（起停、供热、制冷三档）到全智能、网络化的控制方式。7、地源热泵中央空调与常规中央空调的比较（见下图）项目 地源热泵中央空 调 溴化锂吸收式直 燃机组 水冷机组+燃油 (气)热水锅
7、炉 水冷机组+电 热锅炉 家用空调 占地面 积 机房占地面积小,可采用小 机组灵活安装在各个房间, 可不用专用机房 机房占用面积较 大 需要冷冻房和锅炉房 ,占用面积较 大 需要冷冻房和锅炉房 ,占用面积较 大 安装在屋面或室外,安 装烦琐 ,维修不便 设备 寿 命 25年以上 10-15年 冷水机组20年 燃油锅炉10年 冷水机组20年 电锅 炉15年 10年 水资源消耗 利用土壤和地下水的热量, 不消耗水资源 夏季冷却水消耗量为循 环量的1-2%,冬季供热的 排污补 水 夏季冷却水消耗量为 循环量的1-2%,冬季 供热的排污补 水 夏季冷却水消耗量为 循环量的1-2%,冬季 供热的排污补
8、水 不消耗水资源 能源消耗 电能,能效比为4-6以上 燃油或燃气,能源利用系 数80%夏季:利用电能,能效 比为3.5-4.5,冬季:燃 油或燃气,能源利用系 数80% 夏季:利用电能,能效 比为3.5-4.5,冬季:气, 能源利用系数90- 95% 电能,额定工况下能 耗比3.0-3.5 随气温不同有较大变 化 环境保 护 无燃烧 无污染 有燃烧污 染,冷却塔有一 定的噪音和水霉菌污染有燃烧污 染,冷却塔 有一定的噪音和水霉 菌污染 无燃烧污 染,冷却塔 有一定的噪音和水霉 菌污染 噪音较大 设备 维护 和运用 系统组 成简单 ,运行费用 低,维护 方便,节约 80-90% 费用 水泵和冷却
9、塔能耗较大, 机组冷量衰减快,维护 和 运营费 用高 需要制冷和加热两套 机组和人员,运行维 护复杂,锅炉房需要 设置安全措施 需要制冷和加热两套 机组和人员,运行维 护复杂,冬季运行费 用高 热泵 性能受到气温影 响大,运行费用较高 控制灵活性 可分区域控制，各区域可 单独制冷或制热，互不影 响集中控制，不能单独选 择制冷或制热 集中控制，不能单独 选择 制冷或制热 集中控制，不能单独 选择 制冷或制热 集中控制，不能单独 选择 制冷或制热 投 资 可分期投资，根据需要逐 台加装地源热泵 机组 必须一次性投资 必须一次性投资 必须一次性投资 可分期投资第二章 项目概况一、工程建筑概况项目所在
10、地苏州属亚热带湿润气候，年平均气温15.3，年降水 量1106.5毫米，6月中旬7月初为梅雨季节。78月极端最高气温 有时高达40，一般也在35左右。苏州地区全年气候资源统计苏州地区全年气候资源统计本项目名称为*小区D组团地块，根据甲方提供的规划设计方案 及江苏省*设计院提供的6栋叠加别墅设计图纸，通过估算获知D组 团地块总建筑面积（含地下1层提供给业主使用的面积）为62920m2 。 建筑物拟使用空调面积情况空调形式计划采用地埋管地源热泵系统（通过地下打井埋管进 行冷热源换热），即土壤源偶合热泵的热源形式集中供给冷热源，各 户的空调选用水水式全热回收地源热泵机组。每户一台，此系统空调 形式即
11、完全发挥了地源热泵系统运行费用低廉的绝对优势，同时又可 实现分户使用控制，各业主根据需要开启空调机组并能提供卫生生活 热水，通过中央泵房的自动伺服运行，为各运行空调机组提供冷热源 。二、系统总冷热负荷计算该组团的开发步骤和设计院出图步骤为按区域、分阶段逐步开发 ；为配合这样的特点，空调系统的设计，亦根据开发步骤，考虑建筑 功能要求、结合空调需要的能源配套，以有利于控制投资节奏为出发 点，综合考虑。根据设计图提供的本工程总体夏季冷负荷5912 kw，冬季热负 荷4138kw。 三、设计依据设计规范依据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 （GB5
12、0366-2005）2009版3）通风与空调工程施工及验收规范（GB502432002）4）给排水管道施工及验收规范 （GB50286-97）5）建筑给水排水设计规范 （GB50015-2003）6）电气装置安装工程施工及验收规范（GB50254/9-1996）7）建筑安装分项施工技术操作规范 （DB21-900-1996）8）外墙外保温工程技术规程 （LGL144-2004）室外参数（常熟）位置：北纬31.46，东经119.57空调室外气象参数四、主机选型本工程设计根据实际情况设置为每户一台。主机选用水水式全热 回收地源热泵机组， 具体型号参见设计图设计施工说明确认，满足 建筑制冷、采暖、生
13、活热水的需要。第三章 室外地埋管换热器设计一、设计思路据设计院提供建筑建筑物负荷指标估算空调总冷负荷为 5912KW，总热负荷为4138KW,设计和计算均依据： （1）设计图纸和甲方提供的总体规划平面图；（2）甲方提供的由*大学完成的热响应测试报告。根据工程现状和建筑场地条件，采用竖直双U埋管的形式。换热 管采用外径25mmPE100聚乙烯管，设计在小区空地及建筑基坑范 围内打孔，孔径150mm，设计有效换热深度为88m，孔间距4.0m 。约每12个孔为一组（局部因便于水平管敷设及避让桩基做相应调整 ）。考虑避让其他专业管线，如给排水管、电缆等，同时考虑管路热 量损失、成孔困难、预留进出重型设
14、备及车道位置等情况。由于埋管 数量比较多，为便于检修，将换热孔分为13个分区，每个分区6组并 设检修井。埋管区域地埋管水平干管埋深在地下2m以下（避开其他专业管线）。 本设计采用一级分集水器，一级分集水器置于专设的检查井内。 分组的地埋管环路首先接入相应的一级分集水器，为了合理分配各个 环路的水量，在一级集水器总管上加装平衡阀；各地埋管一级分集水 总管按同程布置再接入机房内。这样就避免了环路过多且各个环路阻 力相差过大造成的水力失调现象。回填料特性：垂直地埋管使用膨润土及沙石回填，以保证和周边 土壤的换热系数大体一致。地表地沟回填料用细砂，应采用网孔不大于2mm2mm的筛进 行过筛，保证砂子不
15、含有尖利的岩石块和其他碎石。为保证回填均匀 且回填料与管道紧密接触，回填应在管道两侧同步进行，管道之间的 回填压实应与管道槽壁之间的回填压实对称进行，各压实面的高差不 宜超过30cm。管腋部采用人工回填，确保塞实、捣实。重点做好管 道层上方15cm范围内的回填。管道两侧和管顶以上50cm范围内， 应采用轻夯实，严禁压实机具直接作用在管道上。二、地埋管计算系统夏季放热量估算得出地源热泵系统所需总冷热负荷后，即可进行地埋管换热器估 算。地源系统取热量和放热量与系统冷（热）负荷和热泵机组的输入 功率有关。以热负荷取值计算，系统冬季取热量计算如下：Q=QR*（1-1/e）(公式1)式中：Q冬季机组向地
16、下取热量，KW；QR冬季装机热负荷，KW；e-热泵制热能效比，4Q=4817*（1-1/4）=3612KW。考虑系统峰值负荷或土壤等不定因素，取放大系数1.14。即冬 季地埋管系统所需提供吸热量约为4117KW。地埋孔数量钻孔数量可根据所需换热量、钻孔尝试、单位长度换热量计算。 钻孔的单位长度换热量应采用测试孔进行换热实验，实测地埋管换热 器取热能力、放热能力。该项目甲方委托扬大做了换热实验，每延米 换热能力50W（按照业主提供测试报告最低数值与最高数值的中间数 值计算）。孔数量按下式计算： N=Q/50/88=4117*1000/50/88=935个式中： N -所需钻孔个数，Q夏季系统放热量第四章 室外地源热泵循环干管系统设计本设计方案按以下设计思路：a. 所有地源热泵循环干管采用直埋设计。埋深2m。b. 干管与支管连接处设检查井。c. 考虑整个循环水系统的平衡，循环干管采用同程式设计。d. 所有干管均采用无缝钢管。阀门材质均采用铸钢阀门，安全可 靠。e.
