【正文】 自動(dòng)控制系統(tǒng) 45 運(yùn)行維護(hù) 43 第 七 章 技術(shù)支持 50 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 4 0 研究報(bào)告概要 一 、三 種方案及其比較 中鐵建 A 座辦公樓 可能備選的 采暖制冷方案 有如下 三 種： 1. 集中式地埋管 地源熱泵系統(tǒng) 2. 冷水機(jī)組與鍋爐配套 3. 冷水機(jī)組與城市熱網(wǎng)配套 以上 三 種可備選的方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見表 。 表 冷熱源系統(tǒng)技術(shù)性比較 冷熱源方式 及序號(hào) 項(xiàng)目 方案一 方案二 方案三 地源熱泵 冷水機(jī)組與 燃?xì)忮仩t配套 冷水機(jī)組與 城市熱網(wǎng)配套 優(yōu)點(diǎn) 性能系數(shù)高、節(jié)能；減少 CO2排 放，環(huán)保；無室外機(jī)，換熱器地下敷設(shè)，且冷暖兼用、節(jié)省建筑面積；控制靈活方便能分區(qū)分段或按房間供冷暖，可靠性高 技術(shù)成熟，初投資少，運(yùn)行可靠，需要鍋爐房和冷卻塔 利用低溫水供熱是比較傳統(tǒng)的空調(diào)冷熱源方式，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛設(shè)備運(yùn)行可靠性高。 缺點(diǎn) 需要地下埋管空間，地下埋管性能比較復(fù)雜 能源利用率低，且排放大量 CO2 噪聲和振動(dòng)較大，設(shè)備 宜 布 置 在 地下 機(jī)房，需做好消聲、減震措施 表 冷熱源系統(tǒng)初投資比較 冷熱源方式 及序號(hào) 項(xiàng)目 方案一 方案二 方案三 地源熱泵 冷水機(jī)組與 燃?xì)忮仩t配套 冷水機(jī) 組與 城市熱網(wǎng)配套 冷熱水機(jī)組（元 /kW 冷量） 800 500 500 燃?xì)忮仩t（元 /kW 熱量） 300 城市熱網(wǎng)（元 /m2 采暖面積） 100 冷卻塔（元 /kW 冷量） 無 60 地下鉆孔及埋管（元 /kW） 1500 無 機(jī)房水泵、管道、控制 基本相同 (按 40 元 /m2) 建筑物空調(diào)末端 基本相同（按 110 元 /m2） 初 投 資 概 算 比 較 (冷指標(biāo) ) 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 5 初投資（元 /m2） 330 267 254 比例 1 表 冷熱源系統(tǒng)運(yùn) 行費(fèi)用比較 冷熱源方式 及序號(hào) 項(xiàng)目 方案一 方案二 方案三 地源熱泵 冷水機(jī)組與 燃?xì)忮仩t配套 冷水機(jī)組與 城市熱網(wǎng)配套 季節(jié) 夏季 冬季 夏季 冬季 夏季 冬季 能源形式 電 電 天然氣 電 供熱網(wǎng) 單 位 h?kw h?kw m3 h?kw /m2 季 價(jià)格（元） 0． 55 負(fù)荷累計(jì) 2663966 3061210 2663966 3061210 2663966 3061210 效 率 4 5 5 1 燃料費(fèi)用 單位燃料費(fèi)用（元/m2.） 機(jī)房運(yùn)行費(fèi)用（元/） 元 / 冷卻塔運(yùn)行費(fèi)用（元/） 無 2 元 / 全年運(yùn)行費(fèi)合計(jì)（元/m2） 費(fèi)用比例 1 1． 84 綜上所述 : 方案 1：用地源熱泵有較好的節(jié)能效果，初投資較高但運(yùn)行費(fèi)用低； 方案 2：用鍋爐房污染嚴(yán)重，運(yùn)行簡(jiǎn)單技術(shù)成熟，初投資費(fèi)用不高但運(yùn)行費(fèi)用很高； 方案 3：用冷卻塔和市政熱力管網(wǎng)，初投資費(fèi)用較低，運(yùn)行費(fèi)用也不高，但節(jié)能效果不明顯。 二 、 方案的確定 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 6 該辦公樓 采用集中式熱泵機(jī)組和集中設(shè)置地埋管地?zé)釗Q熱器相結(jié)合的采暖空調(diào)形式 ,可行、可靠、高效。 可行性 分析 1. 當(dāng)?shù)貧庀髼l件及地質(zhì)構(gòu)造 濟(jì)南地處中緯度地帶，由于受太陽輻射、大氣環(huán)流和地理環(huán)境的影響，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。其特點(diǎn) 是季風(fēng)明顯，四季分明，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季較為清爽，冬季氣溫低，但無嚴(yán)寒。年平均氣溫 ℃ ，極端氣溫最高 ℃ ，最低零下 ℃ 。 從地埋管熱泵的工作原理可知該系統(tǒng)在冬冷夏熱的地區(qū)（即全年冷熱負(fù)荷較為均衡的建筑物）可以充分發(fā)揮大地儲(chǔ)能的作用，具有較高的運(yùn)行效率。因此該項(xiàng)目具備地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用的基本氣候條件。 2. 建筑物對(duì)空調(diào)的需求 該工程為 高檔住 辦公樓 ，對(duì)室內(nèi)空調(diào)要求較高，不僅需要冬季供熱，而且夏季需要供冷。如果采用傳統(tǒng)的水冷機(jī)組加城市熱網(wǎng)系統(tǒng)，則需要兩套設(shè)備，不僅增加運(yùn)行費(fèi)用， 同時(shí)從環(huán)境保護(hù)方面看，城市集中供熱系統(tǒng)消耗大量的一次能源，排放的有害氣體則對(duì)大氣環(huán)境造成污染。而冷水機(jī)組則是在制冷時(shí)將室內(nèi)的熱量以廢熱形式排放到室外大氣中，該系統(tǒng)的性能隨室外空氣溫度升高而顯著降低，機(jī)組制冷性能及效率較低，耗能較高。同時(shí)排放到環(huán)境中的廢熱無疑更加劇了夏季城市熱島效應(yīng)。 3. 地源熱泵系統(tǒng)的冷熱平衡 由負(fù)荷計(jì)算結(jié)果知，全年冬季耗熱量遠(yuǎn)大于全年夏季耗冷量，耗中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 7 冷量為 2663916kWh，耗熱量為 3061210kWh。地埋管夏天需要往地下排熱量為 2663916 kWh，冬天需要從地下取熱 3061210kWh，地下埋管全年冷熱量不平衡率為 13%。 圖 1為地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行 20年期間的循環(huán)液進(jìn)出熱泵的月平均溫度變化曲線。由圖 1可以看出， 在運(yùn)行一個(gè)采暖與空調(diào)周期后地下巖土溫度變化幅度很小，但由于地埋管的年取熱量略微大于年釋熱量，所以地下的溫度變化總體上呈緩慢下降的趨勢(shì)。 取距離周邊鉆孔 10m 遠(yuǎn)處的巖土溫度作為鉆孔群所處位置的巖土參考溫度。由圖 1還 可以看出，經(jīng)過 20年的模擬運(yùn)行之后，距離鉆孔 10m遠(yuǎn)處的 平均 巖土溫度 僅僅比 初始溫度的 16℃降低了約 1℃。這說明地埋管在一年的運(yùn)行周期內(nèi)，向地下的散熱量與從地下 的取熱量基本保持平衡，地下巖土溫度 在一個(gè) 采暖與空調(diào) 周期后基本回復(fù)到初始溫度 ，這就保證了系統(tǒng)的高效率運(yùn)行。 值得注意的是， 即使設(shè)計(jì)工況為理想工況，即地下巖土的取熱與散熱在一個(gè)周期內(nèi)達(dá)到平衡，但 在實(shí)際 運(yùn)行 中， 地下巖土 的年吸、釋熱量并非要求絕對(duì)的平衡， 模擬設(shè)計(jì)結(jié)果表明 不平衡率在 177。20%以內(nèi) 是可以接受的 。當(dāng)然，這種允許的不平衡率會(huì)隨著不同地區(qū)和 巖土 的熱物性 、地埋管換熱器所在地點(diǎn)有無地下水流動(dòng)及其流動(dòng)特點(diǎn) ，以及建筑物的冷熱負(fù)荷變化 等因素有關(guān)，是因地而異的。如果整個(gè)地埋管區(qū)域存在緩慢的地下水的滲透流動(dòng)，則對(duì)地溫的恢復(fù)有 積極的影響。可以通過埋地的溫度傳感器來監(jiān)測(cè)地溫變化情況，據(jù)此進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)。 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 8 圖 1 系統(tǒng)運(yùn)行 20年的月溫度變化模擬曲線 由于系統(tǒng)的不平衡率比較小，可以通過 以下方法來緩解冷熱不平衡。 （ 1） 采取分戶熱計(jì)量，提高冬季采暖行為節(jié)能的自覺性，提高能源利用率，降低冬季負(fù)荷 ； （ 2） 適當(dāng)增加夏季空調(diào)運(yùn)行時(shí)間 。 （ 3） 適當(dāng)提高夏季熱泵機(jī)組冷卻水的進(jìn)出水溫度，增大釋熱量。 （ 4） 增大 埋管 間距， 降低埋管間的熱干擾， 增大蓄熱體 。 （ 5） 間歇運(yùn)行，有利于地溫的恢復(fù) 4. 建 筑中利用可再生能源符合國(guó)家建筑節(jié)能政策 建筑中應(yīng)用可再生能源，利國(guó)、利民、利己。在建筑中應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)，對(duì)于后期申報(bào)綠色建筑，申請(qǐng)政府補(bǔ)貼，創(chuàng)造了先決條件；對(duì)于提升項(xiàng)目檔次、品味，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期高效、節(jié)能運(yùn)行奠定了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 9 三、結(jié)論 由于該地區(qū)附近無熱電廠和區(qū)域鍋爐房，根據(jù)各方案的技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)比較，擬選用方案 1，地源熱泵系統(tǒng)既符合當(dāng)前國(guó)家的節(jié)能減排的方針政策，運(yùn)行費(fèi)用也較低，當(dāng)然每個(gè)方案都不是完美的，地源熱泵的初投資較高，但要考慮長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益，故擬選用方案1，方案 2是比較常用的空調(diào)系統(tǒng)， 運(yùn)行費(fèi)用也不高，可作為備選方案。 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 10 第一章 項(xiàng)目綜述 氣象地理?xiàng)l件 本項(xiàng)目位于 濟(jì)南 市。 濟(jì)南 屬于北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候 ,四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯。與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比 ,具有雨水豐富、年溫適中、氣候溫和的特點(diǎn)。 項(xiàng)目概況 中鐵建辦公樓位于濟(jì)南市歷城區(qū)奧體西路 西側(cè) ，南鄰 經(jīng)十路 ，規(guī)劃總用 地 為 ㎡ 。本工程為 高檔辦公樓 ， 主體建筑分主樓和裙樓主樓 樓層為 26 層 ，裙樓為 3 層 ，地下二層。建筑面積為 40355 ㎡ ，主樓部分 36975 ㎡ ，裙房部分 5680 ㎡ ，機(jī)房其他 400 ㎡ 。 該辦公樓的冷負(fù)荷為 ，熱負(fù)荷為 。 圖 1 為建筑平面布置圖。 圖 1 中鐵建集團(tuán)辦公樓平面圖 計(jì)算依據(jù) 《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50019－ 20xx 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 11 《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB5004595 (20xx年版 ) 《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB5001520xx 《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 暖通空調(diào) 動(dòng)力》 《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 給水排水》 《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB5024220xx 《通風(fēng)與空調(diào)工 程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB5024320xx 《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》 GB 5002720xx 《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》 CJJ10120xx J36220xx 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》 GB 5036620xx（ 20xx） 1《外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》 DBJ1403520xx 1《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》 CJJ10120xx 1《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB5041120xx 1《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》 1《中華人民共和 國(guó)可再生能源法》 建筑資料 各個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱物性參數(shù)如下： (1) 外墻： 建筑外墻為 200 厚加氣混凝土砌塊墻 , 管井局部 100 厚，填充墻為加氣砼砌塊 ， 采用粘貼 40 厚擠塑型聚苯板外保溫，傳熱系數(shù)為 W/㎡ K 。 女兒墻、陽臺(tái)、外挑構(gòu)件、管道穿墻采用 25 厚聚苯顆粒保溫砂漿保溫。 (2) 隔墻：采用 20 厚膠粉聚苯顆粒保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)為 W/㎡ K 。 (3) 窗戶： 外窗采用鋁合金隔熱斷橋中空玻璃窗（ LowE 玻璃或普通玻璃），以提高建筑物的整體節(jié)能效果。 傳熱系數(shù)為 W/ ㎡ K 。 (4) 屋面：采用粘貼 100 厚擠塑型聚苯板外保溫，傳熱系數(shù)為 W/中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 12 ㎡ K 。 (5) 戶門：采用保溫防盜安全門，傳熱系數(shù)為 W/㎡ K 。 (6) 門窗建筑物理性能 1）抗風(fēng)壓性能 :4 級(jí) p3 ≥ ； 2）空氣滲透性能 (氣密性 ):4 級(jí) q1≤； 3）雨水滲漏性能 (水密性 ): 5 級(jí) p ≥500pa 4）保溫性能 :空氣層厚度 : 6mm, k ≤ 5）隔聲性能 :3 級(jí) Rw 30dB 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 13 第二章 建筑的冷熱負(fù)荷 室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù) 濟(jì)南市 緯度 37176。, 經(jīng)度 116176。98′。 冬夏季各氣象參數(shù)如下： ? 夏季室外計(jì)算干球溫度 ℃ ? 夏季室外計(jì)算濕球溫度 ℃ ? 夏季大氣壓力 99850 Pa ? 最熱月室外計(jì)算平均濕度 73% ? 夏季室外平均風(fēng)速 m/s ? 冬季室外采暖計(jì)算溫度 7 ℃ ? 冬季室外空調(diào)計(jì)算溫度