【正文】 0冷卻塔（元 /kW 冷量） 無 60地下鉆孔及埋管（元/kW ） 1500 無機房水泵、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）中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 5初 投 資 概 算 比 較 (冷指標(biāo) )初投資（元 /m2） 330 267 254比例 1 表 冷熱源系統(tǒng)運行費用比較方案一 方案二 方案三冷熱源方式及序號項目 地源熱泵冷水機組與燃氣鍋爐配套冷水機組與城市熱網(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?kwh?km3 h?kw/m2 季價格（元） 0．55 負荷累計 2663966 3061210 2663966 3061210 2663966 3061210效 率 4 5 5 1燃料費用 單位燃料費用（元/m2.） 機房運行費用（元/） 元/冷卻塔運行費用（元/） 無 2 元/全年運行費合計（元/m2） 費用比例 1 1．84 綜上所述: 方案1：用地源熱泵有較好的節(jié)能效果，初投資較高但運行費用低； 方案2：用鍋爐房污染嚴(yán)重，運行簡單技術(shù)成熟，初投資費用不高但運行費用很高； 方案3：用冷卻塔和市政熱力管網(wǎng)，初投資費用較低，運行費用也不高，但節(jié)能效果不明顯。表 冷熱源系統(tǒng)技術(shù)性比較方案一 方案二 方案三冷熱源方式及序號項目 地源熱泵冷水機組與燃氣鍋爐配套冷水機組與城市熱網(wǎng)配套優(yōu)點性能系數(shù)高、節(jié)能；減少CO2 排放，環(huán)保；無室外機，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)備運行可靠性高。其特點是季風(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。2. 建筑物對空調(diào)的需求該工程為高檔住辦公樓，對室內(nèi)空調(diào)要求較高，不僅需要冬季供熱，而且夏季需要供冷。3. 地源熱泵系統(tǒng)的冷熱平衡中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 7由負荷計算結(jié)果知，全年冬季耗熱量遠大于全年夏季耗冷量，耗冷量為2663916kWh，冬天需要從地下取熱 3061210kW取距離周邊鉆孔10m 遠處的巖土溫度作為鉆孔群所處位置的巖土參考溫度。20% 以內(nèi)是可以接受的。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 8圖1 系統(tǒng)運行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。（5）間歇運行，有利于地溫的恢復(fù)4. 建筑中利用可再生能源符合國家建筑節(jié)能政策建筑中應(yīng)用可再生能源，利國、利民、利己。濟南屬于北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候,四季變化和季風(fēng)進退都較明顯。建筑面積為 40355㎡，主樓部分 36975㎡，裙房部分 5680㎡，機房其他 400㎡。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。K 。, 經(jīng)度 116176。人)客房 24~27 18~22 65 40 50會議室 24~27 18~22 65 40 30~50貴賓休息室 26 22 65 40 30服務(wù)室 25 22 65 40 20辦公室 23~26 20~22 65 40 35~50多功能廳 24 22 65 30 25表 公共建筑 節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) GB501892022公共建筑 房間類型照明功率密度f1 (W/m2)人均占有使用面積 m2/人電氣功率密度f2 (W/m2)普通辦公室 11 4 20高檔辦公室 18 8 13設(shè)計室 18 8 13會議室 11 5走廊 5 50 0辦公建筑其他 11 20 5 建筑負荷估算建筑的冷、熱負荷計算是一切空調(diào)工程設(shè)計的基本依據(jù)。冬季夏季運行天數(shù)分 別按120天和90天計,對于辦公樓來說冬季采暖空調(diào)系統(tǒng)每天運行時間取10小時；夏天制冷空調(diào)系統(tǒng)每天平均運行時間取8小時?？紤]到該辦公樓的同時使用系數(shù)為 ，則峰值熱負荷為 KW，峰值冷負荷為 KW。根據(jù)建筑物的冷熱負荷初步估算熱泵機組的容量。為使地埋管之間容易達到水力平衡，地埋管換熱器布置結(jié)構(gòu)采用同程和對稱布置形式。從能量守恒的角度看，一個精心設(shè)計的地源熱泵系統(tǒng)其實是以大地作為蓄能器，在夏季通過熱泵機組將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，冷卻建筑物的同時儲存了熱量，以備冬季使用；冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提升溫度后對建筑物供熱，同時將建筑物內(nèi)的冷量儲存在地下，以備夏季使用。高效率意味著消耗一次能源少，運行費用少。（3（ 一機多用地源熱泵系統(tǒng)可供熱、空調(diào)，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統(tǒng)；機組緊湊，節(jié)省建筑空間，可以靈活安裝在任何地方，末端亦可做多種選擇；（4（ 運行可靠機組的運行情況穩(wěn)定，幾乎不受天氣及環(huán)境、溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減，更無結(jié)霜、除霜之慮；自動化程度高，系統(tǒng)由 電腦控制，能夠根據(jù)室外氣溫和室內(nèi)氣溫自動調(diào)節(jié)運行，運行管理可靠性高；無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及火災(zāi)安全隱患；機組使用壽命長，主要零部件少， 維護費用低，主機運行壽命可達到15 年以上；機組自動控制程度高，可無人值守。 地源熱泵在本項目中應(yīng)用的適宜性 地質(zhì)條件濟南地區(qū)屬巖石類水文地質(zhì)構(gòu)造地區(qū), 基巖硬度較大 ,要用專門的金剛石牙鉆鉆孔, 鉆孔難度較大。現(xiàn)場勘察的詳細地質(zhì)資料見附件。℃，℃，℃。節(jié)能公共建筑 單位建筑面積設(shè)計 冷熱負荷相對穩(wěn)定，空調(diào)冷熱負荷變化緩慢，且全年的累計冷熱負荷相差不大，非常有利于地源熱泵系統(tǒng)的運行。建筑主體周邊可用空地面積中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 21較多，可以用來埋管。 地源熱泵系統(tǒng)運行20年期間的循環(huán)液進出熱泵的月平均溫度變化曲線。這說明地埋管在一年的運行周期內(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)的高效率運行。如果整個地埋管區(qū)域存在緩慢的地下水的滲透流動，則對地溫的恢復(fù)有積極的影響。盡量保證在一個供暖空調(diào)運行周期內(nèi)，地下散熱取熱達到基本平衡。（5）間歇運行，有利于地溫的恢復(fù)在冬季氣溫較高時，可以間歇性地運行或停止部分熱泵機組，使地下巖土蓄熱體有較長地溫恢復(fù)時間，提高換熱溫差，延長系統(tǒng)在高效率點的運行時間。計算結(jié)果表明，；但系統(tǒng)可在5年內(nèi)回收，系統(tǒng)運行20年計，則地源熱泵系統(tǒng)可比分體空調(diào)。在夏季高溫天氣，由于其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，同樣可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 27第四章 地源熱泵系統(tǒng)埋管工程技術(shù)方案 土壤熱工實驗 概述(1) 工程概況該項目為濟南中國鐵建國際城地源熱泵工程。測試時間：2022 年 7 月 20 日～7 月 22 日，資料分析：7 月 24 日～7 月 26日。該儀器已 獲得國家發(fā)明專利。C)Time (Hr) 測 量 溫 度計 算 溫 度圖 循環(huán)水平均溫度測試結(jié)果與計算結(jié)果對比圖 (6) 結(jié) 果分析鉆孔結(jié)果表明：該地埋管區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以基巖為主。(7) 土壤地層導(dǎo)熱系數(shù)綜合評述中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 301) 測試結(jié)果表明：該區(qū)域土壤地層平均導(dǎo)熱系數(shù)較大。測試結(jié)果表明：該埋管區(qū)域巖土層的綜合換熱能力強，能夠符合常規(guī)設(shè)計要求?？衫脺夭钆c地?zé)釗Q熱器的設(shè)計參數(shù)有關(guān)?？紤]到測試區(qū)域冬季采暖期較長，宜考慮冬季從地下提取熱量與夏季向地下放入熱量的平衡問題。結(jié)果導(dǎo)致熱泵實際的制熱、中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 31制冷量低于其額定值，使系統(tǒng)達不到設(shè)計要求。建議地埋管間距 5m~7m。即：最大釋熱量＝∑ [空調(diào)分區(qū)冷負荷（1＋1/EER）]+∑輸送過程得熱量+∑水泵釋放熱量。所以擬劃分兩個埋管區(qū)?？组g距和行間距均按 5 m 計算，鉆孔深度按 120m 計， 鉆孔徑 160 mm，埋深按 m 考慮。當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)按以上地埋管方案設(shè)置時， 所示。 地源側(cè)溫度變化圖3） U 型管支管間距半寬及回填材料確定在豎直 U 型埋管地?zé)釗Q熱器中，在這樣一個狹小的空 間內(nèi)，支管間必然發(fā)生熱回流現(xiàn)象，對實際的換熱效果將產(chǎn)生一定影響。兩支管中心距等于支管直徑與兩支管間距之和?；靥畈牧蠈?dǎo)熱率大，一方面增加了兩支管間的熱量回流，另一方面，也強 化了 U 型管與土壤間的傳熱。之所以加回填材料的原因主要是為了防止地面水通過鉆孔向地下滲透，以保護地下水不受地表污染物的污染，并防止各個蓄水層之間的交叉污染。當(dāng)空調(diào)房間內(nèi)對溫濕度有較高要求時，可采用第一種方式，該方式具有室內(nèi)溫度、濕度均勻，在空調(diào)啟動的短時間內(nèi)即可實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的均勻，對于某些會議室、餐廳等場合可采用該方式。但地板采暖用于夏季供冷時，由于考慮到結(jié)露的影響，輸送到地板內(nèi)水溫不得高于室內(nèi)空氣露點溫度，同時由于室內(nèi)的濕負荷需要去除，還需要考慮除濕方法或設(shè)備來保證房間濕度恒定。方案二，采用集中的空調(diào)機組，夏季通過送風(fēng)管道向空調(diào)房間輸送冷風(fēng)，達到降溫的目的，冬季通過向室內(nèi)送熱風(fēng)（或冷風(fēng)）的方式，達到中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 36維持室內(nèi)溫度的目的。該方式控制靈活，室內(nèi)舒適度高。以上四種方式均為集中中央空調(diào)系統(tǒng)形式。以上分析可看出，當(dāng)對舒適性要求較高時，可采用方案三，從經(jīng)濟性角度可選擇方案五。同時自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合為系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)與遠程控制提供重要幫助。在本項目的地源熱泵系統(tǒng)中，將引入一套智能 檢測，見下圖 。手動和自動模式下均可實現(xiàn)遠程/現(xiàn)場控制和參數(shù)設(shè)定。（4） 自動報警功能當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)在運行過程中某一參數(shù)超過了其上、下限設(shè)定值、或設(shè)備故障時，系統(tǒng)會自動提示報警信息。（2） 機組最佳臺數(shù)優(yōu)化控制其關(guān)鍵問題是確定當(dāng)前工況下末端需冷量。因此若要對機組進行優(yōu)化控制，還需要得到末端裝置的控制方式及空調(diào)房間環(huán)境參數(shù)的實測數(shù)據(jù)來綜合分析決策。與調(diào)整閥門開度相比，節(jié)能效果非常明顯。打開負荷側(cè)循環(huán)水泵電動蝶閥、啟動負荷側(cè)循環(huán)水泵；檢查系統(tǒng)定壓點壓力，如果是補水泵定壓，當(dāng)定壓點不足時，啟動補水泵；啟動熱泵機組。系 統(tǒng) 啟動時，根據(jù)流速開關(guān)的狀態(tài)決定熱泵機組的啟停；系統(tǒng)運行期間，若流速開關(guān)斷開，則水泵故障報警、備 用泵投運。（9） 連鎖保護開機順序 : 換熱器閥門 機組冷卻水側(cè)閥門 冷卻泵 機組冷凍水側(cè)閥門 冷凍泵 熱泵機組關(guān)機順序 : 熱泵機組 延時 3 分鐘關(guān)冷凍泵 機組冷凍水側(cè)閥門 冷卻泵 機組冷卻水側(cè)閥門 換熱 器閥門 相關(guān)設(shè)備的開/關(guān)需經(jīng)確認后才能開/關(guān)下一設(shè)備，如遇故障則自動停泵。例如根據(jù)熱泵的進出口水溫，適當(dāng)增大空調(diào)負荷或延長制冷時間，減少地下冷熱負荷的不平衡率。創(chuàng)建了基于地下傳熱解析解和疊加原理的地?zé)釗Q熱器傳熱分析方法；開發(fā)了地?zé)釗Q熱器優(yōu)化設(shè)計模擬軟件；研發(fā)了能夠用于現(xiàn)場確定深層巖土熱物性的測試方法和測試儀；開發(fā)了基于水泥砂漿、石英砂和改性添加劑的高性能回填材料；建設(shè)了地埋管淺層地?zé)崮芾檬痉豆こ?；?International Journal of Heat and Mass Transfer 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 80 余篇。2022 年獲我省科技進步二等獎，2022 年該成果被評為《建設(shè)部節(jié)能省地型建筑推廣應(yīng)用技