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1、XX 服务区地源热泵中心空调系统可行性报告一、 工程简况该工程位于北京市密云县 XX服务区，总规划面积约 40.35 亩，新建建筑面积约： 4462.2其中治理用房： 2089.47、一号院： 194.21, 二号院：212.7、三号院： 185.44、四号院： 237.32 、五号院： 104.73、会所： 1438.33 .二、 地源热泵中心空调方案由于本工程所处位置及地理条件的特殊型，不适合传统的中心空调系统，且普传统的中心空调有空气源热泵风冷机组） +帮助电加热和水冷冷水机组 +锅炉两种形式；空气源热泵 风冷机组）和水冷冷水机组在制冷时都是把房间的热量向室外空气排放，受室外气温因素影响
2、太大，其制冷量随室外空气温度上升而降低，特殊在高温高湿地区，机组制冷性能极不稳固，效率低下, 有时甚至不能工作；在制热时，空气源热泵当室外温度降到零度以下时需加帮助电加热装置，耗电量大，效率很低；而水冷冷水机组+锅炉这种空调形式，在供热时需用电锅炉或燃煤、燃油锅炉，污染严峻，运行费用昂贵；为了设计的方案更贴近贵公司的原始创意和经营理念，我公司技术部针对该工程经过热闹争论，现将设计思路汇报如下，恭请各位领导、专家提出珍贵的看法和建议：错误 .、设计总体思路是；摸索运行成本和初投资的关系，重视机房的设计- 打算运行成本，重视外网土壤换热器系统- 打算工程的成败 源来源方式应因地制宜；密云县的负荷情
3、形为夏季向土壤排放的热量与冬季从土壤吸取的热量基本平稳；依据我国北方气候变化的差异，同时结合本地水文地质条件来挑选空调系统的冷热源来源方式至关重要；地源热泵空调系统的冷热源来源有如下四种方式：地下水源热泵 为深井抽、回灌式；地表水源热泵 为地表水开式 /闭式； 土壤源热泵 为水平/垂直埋管 北方地区） 混合式土壤源热泵 为土壤源 +帮助散热 江南地区）；3.1.地下水式热泵系统深井回灌式水源热泵系统；通过建造抽水井群将地下水抽出，通过板式换热器或直接送至水源热泵机组，提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下；此方案初投资低、运行费用较低；适应于地下水源3 / 16充分，地质条件为砾砂、中、粗沙
4、层 作为冷热载体，使中间介质在埋于土 壤内部的封闭环路中循环流淌，从而实现与 土壤进行热交换的目的；系统适用于冷热 负荷比例基本平稳的地区 长江以北地区），其节能、环保成效显著，系统寿命长；3.4.混合式土壤源热泵系统 垂直埋管 +帮助散热） 将土壤源和帮助散热 喷泉、冷却塔、河水）联合使用作为空调冷热源的系统，适用于长江以南冷热负荷不平稳地区，通过辅 助散热来排除全地源系统导致夏储热量过大，冬用热量过小的不平稳问题；4 / 16这种空调系统是把热交换器埋于地下，通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流淌，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的；夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进
5、行降温；同时储存热量，以备冬用；冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大地土壤供应了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换；地源空调系统的特点、 四地利 用 可 再 生 能 源 ： 属 可 再 生 能 源 利 用 技 术地源热泵从常温土壤或地表水 高效节能，运行费用低：属经济有效的节能技术地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳固，冬季比环境空气温度高，夏季 比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节约运行费用40%左右；另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更牢靠、稳固，也保证了系统的高效
6、性和经济性；在制热制冷时，输入 1KW的电量可以得到 5KW以上的制冷制热量；运行费用每年每平方M仅为 15 18 元，比常规中心空调系统低 40%左右；3节水省地： 1）以土壤 水为冷热源，向其放出热量或吸取热量，不消耗水资源，不会对其造成污染； 2）省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节约建筑空间，也有利于建筑的 美观4环境效益显著该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，在供热时，没有燃烧，没5 / 16有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，不会产生城市热岛效应，对环境特别友好，是抱负的绿色环保产品；5 运行安全稳固，牢靠性高：地源热
7、泵系统在运行中无燃烧设备，因此不行能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆炸的危急，使用安全；燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康；由于土壤深处温度特别恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响，运行工况特别稳固，优于其它空调设备；不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题；整个系统的保护费用也较锅炉制冷机系统大大削减，保证了系统的高效性和经济性；修理量极少，折旧费和修理费也都大大地低于传统空调；6 一机两用，应用范畴广地源热泵系统可供暖、制冷，一套系统可以代替原先的锅炉加制冷机的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑
8、，更适合于住宅的采暖、供冷；7 自动运行地源热泵机组由于工况稳固，所以可以设计简洁系统，部件较少，机组运行简洁牢靠，保护费用低；自动掌握程度高，可无人值守；此外，机组使用寿命长，均在 20 年以上；地源空调系统的社会效益、 五在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的 40-50%；特殊是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用， 给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威逼；因此，建筑物污染 掌握和节能已是国民经济进展的一个重大问题；传统的采暖空调模式因其产生 的环境污染正面临着严肃的挑战；对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空6 / 16调的普及，空
9、调的实际使用成效正在逐年下降，这是由于空调装机容量的增 加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果；天气越酷热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电；也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染；另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧急，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题显现，有些城市夏天限制用电量；另外，由于部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧急；地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4 左右来自地能，另外1/4 左右来自电力输入，从而削减一次性的矿物
10、能源消耗；不向室外排冷、热风，削减城市热岛效应；对环境特别友好；地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统；冬季向建筑物供热，夏季又可供冷；可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等；随着21 世纪的进展的现在，我国对建筑节能的要求越来越高；削减我国冬季采温和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务；特殊是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源；随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要满意冬季采暖的要求，而且需要夏季空调降温， 地源热泵技术供应了这一问题的有效解决方案；地源热泵系统可实
11、现对建筑物的供热和制冷，仍可供生活热水，一机多用；一套系统可以代替原先的锅炉加制冷机的两套装置或系统；系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节约建筑空间，也有利于建筑的美观；地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点；地源热泵比传统空调系统运行效率要高约4060，节能 50%左右；另外，地7 / 16源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更牢靠、稳固，整个系统的保护费用也较锅炉制冷机系统大大削减，保证了系统的高效性和经济性；采纳土壤源热泵式是一种一劳永逸的换热系统，不存在地下水式换热系统的水井老化、地面下沉以及地下水使用收费的问题；另外系统稳固，不需要利用地下水的水
12、量，不受地下水使用政策和季节变化影响，仍可节约地下水资源费；该方式不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平稳和地下水的品质造成任何影响，不会受到政府水资源政策的限制；在传统建筑中，空调系统 耗电常 受室 外空 气温 度影响导 致耗 电增 加， 空调制冷/供热能耗可占到了建筑物总能耗的 5055%；我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特殊是工业 /民用用电、供热仍是以煤炭为主要燃料消耗；矿物燃料燃烧产生的大量污染物，包括大量 SO2、等有害气体以及 CO2等温室效应气体；大量燃烧矿物燃料所引起的环境问题已日益成为世界关注的焦点；考虑到建筑的节能环保，提升建筑的品尝层次，因地制宜地选用土壤源作为节
13、能环保空调系统的冷热源，来替代传统空调系统制冷 /供热方式；采纳地源热泵绿色节能能源技术，不仅具有现代化高科技成果的现实客观经济意义, 更具有长远的节约型社会进展进步意义；对于环保生态和高尚品尝的健康生活方式正是人们驻足山水、倾心自然的憧憬所在；而地源热泵空调恰好秉承了舒服、健康、环保的人性生态观，在山水间连续健康、时尚，把舒服、品尝演绎得淋漓尽致！8 / 16该工程采纳垂直地埋管式地源热泵中心空调相对于其它空调形式的显著优点： 不需燃烧油、煤，解决了住宅室内隐性的污染源，保证室内空气的干净；没有燃烧废气的产生，不需存煤放渣的场地，满意生态环保要求； 省却了分体空调室外机的羁绊，有效美化了建筑
14、物的外观格调； 一机多用，一套设备即可实现制冷、供暖及生活热水；高效节能，比传统中心空调剂能40%左右； 机组结构紧凑，节约建筑空间；可实现各户单独独立计费垂直地埋管换热运算、 六6.1 简化运算 体会公式）依据本地的土壤特性、气候、地质分布等特点，结合该工程的详细情形和我们以往的实际工程设计体会的数据，本工程设计地埋管单位长度散热量为50W，6.2 软件设计本公司拥有国内超过 30 万平 M的地下环路工程实例，特殊是在建筑物底下埋管和确保地下环路温度场平稳，我公司具有丰富的设计施工体会，而已完成9 / 16的全部高层建筑工程实例，均已投入正常使用，运行良好；而且全部施工工程均为本公司自行完成
15、；本公司主要采纳的地埋运算方法为地源热泵系统工程技术规范中附录竖直地埋管换热器设计方法及 WFI地源热泵地下环路设计软件；6.3 规范公式运算法；省略；本工程共设计双 U 地藕孔一号院需打 9 个孔，二号院需打 11 个孔，三号院需打 9 个孔，四号院需打 12 个孔，五号院需打 5 个孔，会所需打 67 个孔，治理用房需打 101 个孔，孔深均为 100M以地面为准），孔间距 4.0M，呈星型布置；井管主要布置在建筑物四周的草坪空地处和建筑物旁边空地处；该地区的岩石比较多土壤换热性能比较好，适合设计为垂直型双U 型设计，换热量为 50-60 瓦/M，依据系统总冷负荷和总热负荷，考虑肯定的同时
16、使用系数，以上打孔数量能够满意使用要求；打孔深度为100M，考虑对埋管的影响半径取一保险系数，孔间距选定为4M，回填料采纳膨润土；地埋管土壤换热器地源热泵系统就是充分利用了这种浅层低温地热能， 把大地作为热交换器来传递热量；土壤的性质随着地区的不同和季节的变化而异，不同的土壤作为热泵的低温热源，目前仍难以作出优劣的评判；影响这个传热过程的主要因素有两个：一是传热面积；二是土壤的热力参数，包括土壤的热工特性、大地的平均温度，土壤的含水率，土壤的密度，土壤的容积热容量，热扩散率和地下渗流等；1、埋管特点分析1） 热工特性：热工特性主要包括导热系数、容积热容量、热扩散率等；其中导热系数表示土壤传导热
17、量才能的一个热物理特性指标，在数量上为Kcal/m h，土壤的容积热容量表征土壤的蓄热才能，而热扩散率就表征土壤温度场的变化速度；导热系数、容积热容量、扩散率因土壤成分、结10 / 16构、密度、含水量的不同有异，并随着地区不同和季节的变化而变化；在同一地区，土壤的放热量大于土壤吸热量；2） 大地的温度：对大地土壤温度情形的明白是很重要的，由于大地与循环水之间的温差驱动热传递，大地温度接近全年的地表面平均温度，依据测 定， 10m 深的土壤温度接近于该地区全年平均气温，并且不受季节的影响；在 0.3m 深处偏离平均温度 15在 3m 深处为 5，而在 6m 深处为1.5 ，温差波动在较深的地方
18、消逝，依据实践记载，平均地下温度在60m 深度以下视为恒定；土壤越深，对热泵运行越有利；本工程设计打井深度为100mm.3） 含水率：土壤的含水率是影响传热才能的重要因素，但水取代土壤微粒之间的空气后，它减小微粒之间的接触热阻提高了传热才能；土壤的含水量在大于某一值时，土壤导热系统是恒定的，称为临界含湿量，低于此时，导热系数下降，在夏季制冷时，热交换器向土壤传热，热交换器四周土壤中的水受热被驱除；假如土壤处于临界含湿量时，由于水的削减使土壤的传热系数下降，恶性循环，使土壤的水分更多的驱除；土壤含水率的下降，使土壤吸热才能衰减的幅度比土壤放热才能衰减的幅度相对较大；所以在干燥高温地区采纳地耦管要
19、考虑到土壤的热不稳固性；在实际运行中，可以通过人工加水的方法来改善土壤的含水率，在我国北方地下水位较高和冷负荷较小的地区，土壤的含湿量将保持在临界点以上，可以认为大部分地区全年都是潮湿土壤；有关资料记载，大地下各种固体介质的热工参数如下，可供不同土层结构 导热系数大小比较的参考：地下水的流淌：地下水的渗流对大地的热传递有明显的成效；实际上，大地的地质构造很复杂，存在着松散的粘土层、砂层、沉积岩层、空气和水层等；由于地球构造运动，各岩层又显现褶皱、倾斜、断裂现象；11 / 16降雨渗入土质层，在重力作用下，向更深层运动，最终停留在不透水层；地下水在间隙中流淌以形成渗流，水的流淌不但能传导传热并且
20、又能对流传热；如地下水渗流流速大于 8 /h 时，就可按水的传热来运算；2. 换热器地埋管的选材1） 管材的挑选常用的塑料管UPVC、PB、PP-R、PEX、ABC、PVC、PE 中，地埋管换热器采纳 PE管；选用的 PE管材要具备以下要求： a耐腐蚀性能好：聚乙烯 PE 管，耐化学介质的腐蚀，无电化学腐蚀，保证地耦管使用50 年以上；b良好的柔性、延展性：聚乙烯 PE管，其断裂伸长率一般超过 35； c流体阻力小：聚乙烯 PE 管内壁光滑，肯定粗糙度K 值不超过 0.01，使壁内不易结垢，流体磨擦阻力小；d 优良的挠屈性聚乙烯 PE管小于50 的较长的管可盘卷供应，削减接头；e 较好的耐冲击
21、性：聚乙烯 PE管耐冲击强度高，不易破裂； f导热系数高：聚乙烯 PE管导热系数大于 0.42W/M g良好的施工性能：聚乙烯 PE管管质轻，焊接工艺简洁，焊接接口的抗拉强度和爆破强度均高于管材本身，施工便利；12 / 16PE管的压力等级管路所需承担的最大压力等于大气压力、U 型管内外液体重力作用静压差和水泵扬程一半的总和；选用的管材答应工作压力，应大于管路的最大压力；P=P0 1g1 h12 g2h2 ） 0.5 P h3其中 P 管路最大压力， 单位为： Pa P 0当地大气压力， 单位为： Pa1 地下 U型管中流体密度，单位为： /m32 地下含水密度，单位为： /m2g1流体重力加
22、速度，单位为： m/s2g2地下水重力加速度，单位为： m/sh1 U型管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，mh2 U型管最低点与地下水静止水位深度高度差，m2）Ph水泵扬程， Pa管径的挑选在管流量部分，在工程中管径的挑选既能使管道保持最小的输送功率，又能够使管道内保持紊流，提高循环液体和管道内壁之间的放热系数；挑选管径时必需满意几个原就：一是管道要大到足够保持泵最小输送功率，削减运行费用；二是管道要小到足够使管道内保持紊流以保证循环液体和管内壁之间的传热；三是系统环路的长度不要过长；地耦管的管径挑选要考虑到按 U 型管的所需长度，成盘供应，以削减埋管接头数量，所需管件，降低工程成本；所以
23、目前采纳较多的地耦管直径为PE80-SDR11- 32；3） 地埋管管内流体流量的确定地埋管管内流体流量的增大，有利于增强流体与管壁之间的换热，提高换热量，但换热量的增加并不完全与流体流量的增加成正比，流体流量的增加不13 / 16但导致换热器进出液温差减小，而且加大了循环泵的功率；流量减小到能使管内保持紊流，以保证流体和管壁之间的传热量；不同地区地埋管内的工作流体有异，在我国南方，采暖期比较短、制冷期长，一般多注入软化水作为工作流体；而在我国北方，采暖期较长，地下埋管进水温度一般低于 0，因此在循环系统中使用20的乙二醇溶液；如地下埋管进水温度高于 3时，循环系统中使用软化水；4） 换热器系
24、统的循环泵为了保证充分地热交换和地下管道的水力平稳，地下埋管系统应严格掌握水流的临界速度；由于水流处于层流状态，传热会恶化， 甚至由于水流速度慢，会显现气塞现象，气塞会造成水力不平稳；而在紊流状态下，再增加流速不会对传热带来更大改善；因此要对地埋管换热器系统作分析，运算最不利环路所得的管道压力缺失， 加上热泵机组以及系统内其他部件的压力缺失，确定水泵的流量与扬程，挑选能满意循环要求的水泵的型号，确定水泵台数；七、各种中心空调系统初投资及运行费用对比以 300 的一般公共建筑 住宅）为例 , 估算制冷装机容量为 3万大卡/h,备注风冷热泵7依据市场一般行情运算水冷机组 +中心热水机组7.3依据国
25、产机组价格运算地水）源热泵系统7.6系统主要部件为进口或合资土壤热交换器地源热泵系统9.5系统主要部件为进口或合资14 / 16由表一可以看出 , 地源热泵空调系统初投资高于其它系统 . 造价高. 由于地源热泵系统运行稳固 , 在主机选型上不用考虑富有 , 因此主机的装机容量至少要减小 10%左右. 表一的投资没有考虑这一因素表二：运行费用比较2系统形式运行费用 元/m ）总费用 元）传统空调系统288400地源热泵系统工况良好、运行稳固 , 可大大延长主机机寿命，因此从使用寿命和运行费用来看. 地源热泵系统的经济性是大大高于传统空调系统的.八、工程分析结论通过分析服务区的布局以及实地考查，空调工程综合考虑各种中心空调系统的优缺点，地源热泵系统具有经济、节能、环保等多方面的优势，在很大程度上为国家节约了能源，削减了污染，缓解了电荒，又符合我国环境保15 / 16护与能源可连续科学进展的政策，因此建议甲方选用地源热泵中心空调形式；16 / 16