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1、回龙观F01项目地源（土壤源）热泵系统方案北京大兰宝制冷设备安装有限公司2010年9月27日一、项目简介2二、设计依据2三、冷、热负荷估算21、气象参数22、冷、热负荷3四、地源热泵系统介绍3五、设计方案概述81、方案概述82、地埋管系统设计93、设备选型10六、经济性分析101、 初投资估算错误!未定义书签。2、 能源费用估算错误!未定义书签。错误!未定义书签。3一、项目简介本项目位于北京市昌平区回龙观，项目包括商业建筑面积43989平米，地下 车库面积10213平米，总建筑面积54202平米。本方案拟采用绿色环保、高效节能的地源热泵系统作为能源系统，为商业部 分提供冬季采暖、夏季制冷。系统
2、末端均采用风机盘管系统。二、设计依据1、采暖通风与空气调节设计规范GB50019 20032、建筑给水排水设计规范GB50015-20033、通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-20024、全国民用建筑工程设计技术措施给水排水5、全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调动力6、公共建筑节能设计标准GB50189-20057、甲方提供的相关资料三、冷、热负荷估算1、气象参数1）气象参数根据中国建筑热环境分析专用气象数据集中出的北京市设计用室外气象 参数进行设计。2、冷、热负荷建设方提供的商业建筑总热负荷为 3520kw，折合80w/m2 ；总冷负荷为 8800kw，折合 200w/m2。
3、四、地源热泵系统介绍一. 地下能量（地能）简介地能是指埋藏在地下的、由于与地表大气温度有差异而可以被人类利用的能 源。按照埋藏深度的不同可分为：深层地能（包括深层地热水和十热岩）和浅层 地能（主要为浅层恒温层以下的能量）。地能的载体形式有：水、岩石、土壤。深层地能一般温度较高，可以直接利用其热能（如发电、温室养殖、供暖、 洗娱等）；而浅层地能一般指地表以下常年温度保持恒定的热能，由于该部分的能 量主要靠吸收并储存太阳辐射的能量，因此其与地表大气的温差较小，直接利用 其能量效率会很低、不经济，因此对浅层地能的利用需要借用辅助设备。目前的 辅助设备主要有水源热泵（通过地下水为介质提取地下的能量）和
4、地源热泵（从 浅层土壤中提取能量）。二. 地源热泵系统简介1、地源热泵系统的概念地源热泵（Ground-Source Heat Pump），地源热泵的广义理解是指以一切与地 有关的能量作为冷热源的热泵，包括以地下水为冷热源的水源热泵、以池塘、河 流和湖泊等为冷热源的地源热泵等。这里所指的地源热泵是指狭义的理解，指利 用大地作为热源，其通过地下换热器直接与大地土壤进行热交换，而不需要开采 地下水的地源热泵。由于在地表以下一定深度的地层中在未受干扰的情况下常年 保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，这样地源热 泵可克服空气源热泵的技术障碍，大大提高效率。而且不需要开采地下水，
5、这样 可以消除水源热泵开采地下水所带来的不利影响。此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中 的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物中的热量传 输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在冬夏负 荷相平衡的情况下，在地源热泵系统中的大地起到了蓄能器的作用，进一步提高 了空调系统全年的能源利用效率。可以大大减少对化石燃料的消耗，减少对环境 的污染，符合人类可持续发展的要求。2、地源热泵系统的分类地源热泵系统室外地下换热环路（即地下热交换器）采用埋管（即埋置地下 热交换器）的方式来实现，埋管方式多种多样。目前国内外普遍采用的有垂直埋
6、 管和水平埋管两种基本的配置形式（如图所示）。垂直埋管是在地层中垂直钻孔，然后将地下热交换器以一定的方式置于孔中， 并在孔中注入填充材料的施工工艺。水平埋管是在浅层土壤中挖沟渠，将HDPE管水平的埋置于沟渠中，并填埋 的施工工艺。水平埋管和垂直埋管示意图地下热交换器型式和结构的选取应根据实际工程以及给定的建筑场地条件来 确定。水平埋管占地面积大，而且水平埋管的地下热交换器受地表气候变化的影 响较大，效率较低，因此水平埋管的地源热泵系统在多数场合不适合中国人多地 少的国情。因此，在地源热泵系统的室外地下换热系统中，我们重点研究垂直埋 管系统。在以下所提到的均为垂直埋管的地源热泵系统。4、地源热泵
7、系统的组成地源热泵冷暖空调系统主要由3部分组成：室外地下换热环路（地下热交换 器）系统、地源热泵机组、室内换热系统。室外地下换热环路系统室外地下换热环路系统由埋设在地下的HDPE管（高密度聚乙烯管）、孔内填 充材料和循环水泵及相关附属部件组成。循环水泵驱动HDPE管路中的循环液体 （一般为水或加入防冻剂的水溶液），使其不断循环，将地下的能量置换出作为地 源热泵系统的冷热源。（1）室内换热系统室内换热系统由室内循环系统、电气自控系统、室内末端系统（多为风机盘 管）及相关附属部件组成。该部分的作用是将已经调节好的空气分配到建筑物中 去，从而实现建筑物内的供暖和制冷。（2）地源热泵机组地源热泵机组是
8、室外地下换热环路系统与室内换热系统的连接点，其通过输 入一定的动力，使压缩机做功，室机组内部的制冷剂进行循环，从而将室外地下 环路中的能量传送到室内换热系统中去。5、地源热泵系统工作原理（1）制冷原理在制冷状态下，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。地源热泵机组蒸发器中的冷媒吸收室内循环系统中所携带的热量而蒸发， 这样就将室内循环系统中所携带的热量吸收至冷媒中，然后压缩机对冷媒做功， 将蒸发器中的冷媒蒸汽压缩到冷凝器中，在冷凝器中，冷媒所携带的热量传递给 室外的地下热交换器环路系统中，这样冷媒在放出热量后而凝结成液体，并流到 蒸发器中，而室外地下热交换器环路系统中的循
9、环液体在吸收了冷媒的热量后， 将该部分热量携带到地下，把热量释放到大地中。这样，各环路不断的循环，室 内的热量就不断的被转移至地下，从而实现建筑物的制冷。（2）制热原理在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒 流动方向换向。地源热泵机组蒸发器中的冷媒吸收室外地下热交换器环路系统中 与大地所交换的热量而蒸发，这样，就将室外热交换器环路中的热量吸收至冷媒 中，然后压缩机对冷媒做功，将蒸发器中的冷媒蒸汽压缩到冷凝器中，在冷凝器 中，冷媒所携带的热量传递给室内循环系统，这样冷媒在放出热量后而凝结成液 体，并流到蒸发器中，而室内循环系统的循环液体在吸收了冷媒的热量后，将该 部分
10、热量携带到建筑物内，这样，各环路不断的循环，地下的热量就不断的被转 移至建筑物内，从而实现建筑物的供暖。6、地源热泵系统的特点高效节能一一热泵的运行方式，使能量输入和输出之比，在供热状态可达 1:3以上，制冷状态为1:5左右；即使在部分负荷状态下，也能高效运行，运行费 用仅为传统中央空调的4060%。安全可靠一一无任何爆炸或燃烧隐患，地下换热器采用高密度聚乙烯塑管， 寿命长达50年，少数备用机组即可保证空调正常供给，维修简易，费用低廉。节省投资一一不必设置大型中央主机机组，节省机房面积；无锅炉房，节 省锅炉房面积，节省煤场面积，节省工人开支；可分期投资，任意扩展空调房间。结构简单一一无需锅炉房
11、，无需冷却塔，系统简单清楚，容易与建筑装饰 相配合，保持建筑外观美观；无室外机部件，无需除霜。分区灵活一一分区容易，设置灵活，各分区调节简单，个别设备的故障， 不影响其它区域的使用；非逗留区可随时停用。分户计量一一可分户计量核算，计费合理、方便。环保零污染一一不需锅炉房，也就没有了煤、油污染，还天空以蔚蓝；地 下管路密闭，无任何地下水污染，保大地之纯净。使用范围广泛一一既可制冷，又可制热，不需必备集中供热，不需必备地 下水，不需必备较大室外面积，凡电力到达的地方，都可应用。地源热泵系统可用于办公楼、宾馆、医院、饭店、商店、超市、学校、别墅、 居民小区等各类需要提供冷暖的建筑，并可提供生活热水。
12、其对地质条件要求不 严格，地下有无水都可用。地源热泵系统是以地下岩土体为低温热源，由水源热泵机组、地温采集系统、 建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热泵系统设有垂直或水平埋设在岩土体中的地埋管换热器，通过地埋管换热器中传热介质的循环流动与岩土体进行热交 换，冬季从地下岩土中吸收热量，由热泵机组提升能量品位后将热量释放到建筑 物内，为建筑供暖；夏季将建筑物内的热量释放到地下岩土体中，为建筑物空调 供冷。地源热泵系统夏季供冷原理如下图所示：循环仆质带走热星压璃机他功二带上房间热早：供冷循环宅内末疏图1夏季供冷原理图地卜褪见升质循环冬季供暖原理如下图:从土壤中提取热械氏缩机做功_供至房间热旭卜换热
13、介质循一环4诞知LU；图2冬季供热原理图地埋管地源热泵系统利用的浅层地温资源。浅层地温资源储存于地下土壤、 岩石和地下水中，地下自然情况复杂，资源的产生、形成、储存、开采利用受到 其所在区域的地质、水文地质条件的制约，项目实施前须对工程场区的地质、水 文地质条件进行勘查。影响地源热泵系统的地质、水文地质条件因素主要有：地层结构、岩土体热 物性参数等地层条件；地下水含水层的分布、静水位、流速等水文地质条件；地 温、水质等物理化学特性。五、设计方案概述1、方案概述本工程设计为统一的地埋管换热器系统，根据冬季热负荷设计室外地埋管 系统，并进行热泵机组的配置选型。系统冬季供暖供回水温度为45/40C
14、；夏季制冷供回水温度为7/12C。地源热泵供暖、制冷的系统原理图如下所示：2、地埋管系统设计冬季热泵效率（COP）取为4,地源热泵承担总冷、热负荷的，需要从土壤中 吸收热量。根据实际工程经验给出设计孔深和单位孔深的换热量，在实际施工图 设计中要以现场的实际勘察数据为计算依据。地埋管吸热量取为35W/m，放热量取 为70W/m，以此作为方案计算的依据。其中埋地孔深按120m设计，孔间距按照5m X5m，实际地埋管的敷设根据建筑物周围的绿地，道路等进行调整。地埋管采用 高密度聚乙烯管，双U垂直埋设。则冬季埋地换热器与周围土壤的换热情况见下 表。室外布280个换热孔，占地面积约为7000m2。冬季地
15、埋管系统计算表热负荷(kW)从土壤中吸热(kW)单位孔换热量(W/m)孔深(m)孔数 (个)孔间距(mXm)占用面枳(m2)35204900351202805X57000地埋管系统夏季校核计算表孔数(个)孔深 (m)孔间距 (mXm)占用面枳(m2)单位孔换热量(W/m)向土壤中放热(kW)可承担冷负荷(kW)2801205X5700070315039603、设备选型主要设备选型如下表所示:设备型号额定功率 (kW)备注地源热泵WPS295.2B8003台空调侧循环泵QPG373用1备地源侧循环泵QPG302用1备空调侧补水泵QPG42用1备地源侧补水泵QPG2.22用1备其他200额定电功率：1200kW。六、经济性分析本方案初投资估算为1364万元，折合252.6元/m2；但按照京发改2006839 号文件精神，水源热泵项目每平米政府补助50元，这样本项目共可补助270万元， 则企业投资为1094万元。具体如下表：初投资估算序号项 目估算费用(万元)备注设备购 置安装合计一、机房设备及安装4641水源热泵机组2105215美国麦克维尔地源热泵 机组3台
