【正文】 2022 年獲我省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2022 年該成果被評(píng)為《建設(shè)部節(jié)能省地型建筑推廣應(yīng)用技術(shù)》。例如根據(jù)熱泵的進(jìn)出口水溫，適當(dāng)增大空調(diào)負(fù)荷或延長(zhǎng)制冷時(shí)間，減少地下冷熱負(fù)荷的不平衡率。系 統(tǒng) 啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)流速開關(guān)的狀態(tài)決定熱泵機(jī)組的啟停；系統(tǒng)運(yùn)行期間，若流速開關(guān)斷開，則水泵故障報(bào)警、備 用泵投運(yùn)。與調(diào)整閥門開度相比，節(jié)能效果非常明顯。（2） 機(jī)組最佳臺(tái)數(shù)優(yōu)化控制其關(guān)鍵問(wèn)題是確定當(dāng)前工況下末端需冷量。手動(dòng)和自動(dòng)模式下均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)控制和參數(shù)設(shè)定。同時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(yuǎn)程控制提供重要幫助。以上四種方式均為集中中央空調(diào)系統(tǒng)形式。方案二，采用集中的空調(diào)機(jī)組，夏季通過(guò)送風(fēng)管道向空調(diào)房間輸送冷風(fēng)，達(dá)到降溫的目的，冬季通過(guò)向室內(nèi)送熱風(fēng)（或冷風(fēng)）的方式，達(dá)到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 36維持室內(nèi)溫度的目的。當(dāng)空調(diào)房間內(nèi)對(duì)溫濕度有較高要求時(shí)，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(dòng)的短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的均勻，對(duì)于某些會(huì)議室、餐廳等場(chǎng)合可采用該方式?；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(qiáng) 化了 U 型管與土壤間的傳熱。 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(gè)狹小的空 間內(nèi)，支管間必然發(fā)生熱回流現(xiàn)象，對(duì)實(shí)際的換熱效果將產(chǎn)生一定影響?？组g距和行間距均按 5 m 計(jì)算，鉆孔深度按 120m 計(jì)， 鉆孔徑 160 mm，埋深按 m 考慮。即：最大釋熱量＝∑ [空調(diào)分區(qū)冷負(fù)荷（1＋1/EER）]+∑輸送過(guò)程得熱量+∑水泵釋放熱量。結(jié)果導(dǎo)致熱泵實(shí)際的制熱、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 31制冷量低于其額定值，使系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。可利用溫差與地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)。(7) 土壤地層導(dǎo)熱系數(shù)綜合評(píng)述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 301) 測(cè)試結(jié)果表明：該區(qū)域土壤地層平均導(dǎo)熱系數(shù)較大。該儀器已 獲得國(guó)家發(fā)明專利。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 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(shí)驗(yàn) 概述(1) 工程概況該項(xiàng)目為濟(jì)南中國(guó)鐵建國(guó)際城地源熱泵工程。計(jì)算結(jié)果表明，；但系統(tǒng)可在5年內(nèi)回收，系統(tǒng)運(yùn)行20年計(jì)，則地源熱泵系統(tǒng)可比分體空調(diào)。盡量保證在一個(gè)供暖空調(diào)運(yùn)行周期內(nèi)，地下散熱取熱達(dá)到基本平衡。這說(shuō)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。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(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 21較多，可以用來(lái)埋管?！妫?，℃。 地源熱泵在本項(xiàng)目中應(yīng)用的適宜性 地質(zhì)條件濟(jì)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。高效率意味著消耗一次能源少，運(yùn)行費(fèi)用少。為使地埋管之間容易達(dá)到水力平衡，地埋管換熱器布置結(jié)構(gòu)采用同程和對(duì)稱布置形式。考慮到該辦公樓的同時(shí)使用系數(shù)為 ，則峰值熱負(fù)荷為 KW，峰值冷負(fù)荷為 KW。人)客房 24~27 18~22 65 40 50會(huì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB501892022公共建筑 房間類型照明功率密度f(wàn)1 (W/m2)人均占有使用面積 m2/人電氣功率密度f(wàn)2 (W/m2)普通辦公室 11 4 20高檔辦公室 18 8 13設(shè)計(jì)室 18 8 13會(huì)議室 11 5走廊 5 50 0辦公建筑其他 11 20 5 建筑負(fù)荷估算建筑的冷、熱負(fù)荷計(jì)算是一切空調(diào)工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。K 。K。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。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(guò)以下方法來(lái)緩解冷熱不平衡。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。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(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 7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，耗冷量為2663916kW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(wú)嚴(yán)寒。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)初投資比較方案一 方案二 方案三冷熱源方式及序號(hào)項(xiàng)目 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?爐（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(wú) 60地下鉆孔及埋管（元/kW ） 1500 無(wú)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）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 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(yùn)行費(fèi)用比較方案一 方案二 方案三冷熱源方式及序號(hào)項(xiàng)目 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?kwh?km3 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(wú) 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。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。h，地下埋管全年冷熱量不平衡率為13%。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(wú)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。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)。該辦公樓的冷負(fù)荷為，熱負(fù)荷為 。傳熱系數(shù)為 W/ ㎡98′。負(fù)荷指標(biāo)在不同月份考慮一個(gè)不同的運(yùn)行系數(shù)，則可粗略得到全年采暖與空調(diào)期累計(jì)建筑物、地下提取與釋放的負(fù)荷。主要設(shè)備的選. 主要的設(shè)備設(shè)計(jì)容量主要設(shè)備選型名稱 規(guī)格 數(shù)量 備注地源熱泵冷熱水機(jī) 制冷量：1725KW； 3 臺(tái) 為制冷工況、提供供、回水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 16組（冷媒為 134a） 制熱量：1578KW 溫度為 7℃～12℃的冷水；為供熱工況、提供供回水溫度為：40℃～45℃熱水。該技術(shù)提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率，真正實(shí)現(xiàn)了可再生能源的良性生態(tài)合理地利用。（5（ 應(yīng)用范圍廣地源熱泵系統(tǒng)利用地球表面淺層的地?zé)崮苜Y源作為冷熱源，進(jìn)行供暖、空調(diào) 。在實(shí)際 工程應(yīng)用中，地源熱泵技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與可操作性還取決于工程場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造，水文地質(zhì)條件，工程施工條件等多種因素。這些負(fù)荷特點(diǎn)比較適宜地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。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)?？梢酝ㄟ^(guò)埋地的溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)地溫變化情況，據(jù)此進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)。 地源熱泵空調(diào)全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 與常用空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)比較根據(jù)該建筑的市政資源條件、場(chǎng)地條件、建筑功能及負(fù)荷特點(diǎn)，有可能適合本項(xiàng)目的冷熱源方案主要有：(1) 地源 熱泵(2) 冷水機(jī)組與鍋爐配套(3) 冷水機(jī)組與城市熱網(wǎng)配套設(shè)定采暖期均按 120 天計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，大致把整個(gè)采暖期劃分為 5 個(gè)負(fù)荷系數(shù)：、 和 1，對(duì)應(yīng) 的運(yùn)行時(shí)間分別為 10 天、30 天、40 天、30 天和 10 天，夏季制冷期均按 90 天計(jì)算。地源熱泵系統(tǒng)是通過(guò)淺層地?zé)崮芘c建筑實(shí)現(xiàn)熱量交換的，地下10m 以下的溫度基本上長(zhǎng)年恒定，不受室外氣溫的影響，具有冬暖夏涼的特性。(2) 測(cè)試 目的地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)是地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率降低甚至無(wú)法正常運(yùn)行。具體構(gòu)造為 020 米，黃土 層夾含大量小碎石；2130 米，較 完整黃土層；3132 米，完整基巖；3335 米，黃土層夾含碎石；3645 米，完整基巖；4654 米，粘性黃土夾含碎石；5590 米，完整基巖；9192 米，黃泥層；93100 米，完整基巖。3) 主要地 質(zhì)構(gòu)成：據(jù)鉆孔結(jié)果測(cè)試區(qū)域地質(zhì)自地平面下到 30m內(nèi)為粘土層為主，其下為巖石層。3) 地埋管單位孔深的熱交換量還與地埋管間距、地下水位的高低和巖土層含水量多少等因素有關(guān)。 方案設(shè)計(jì) 土壤換熱系統(tǒng)換熱量計(jì)算地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際最大釋熱量發(fā)生在與建筑最大冷負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。一區(qū)：在主樓前的形象廣場(chǎng)下布置一定的地埋管，埋管間距 5m，二區(qū)：在裙樓周圍的綠化帶進(jìn) 行埋管，埋管間距 5m?？梢钥闯觯芈窆軗Q熱器的出水最低溫度為 ℃，出水最高溫度為 ℃。顯然，支管間距及回填材料導(dǎo)熱率對(duì)熱量回流的影響都是單一的。當(dāng)然能夠增強(qiáng)換熱能力更好，所以國(guó)外現(xiàn)在的回填材料都改進(jìn)成高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，以加強(qiáng)傳熱能力。 地源熱泵系統(tǒng)室內(nèi)末端設(shè)備的選擇及比較對(duì)于采用普通地源熱泵作為冷熱源的中央空調(diào)系統(tǒng)，由于機(jī)組夏季能夠提供給空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水溫度在 7℃12℃以上，冬季提供的熱水溫度在 4550℃之間。對(duì)于間歇運(yùn)行的辦公建筑、住宅建筑在非使用階段內(nèi)可只維持值班采暖溫度，大大減少流量，達(dá)到運(yùn)行節(jié)能的目的。實(shí)際工程應(yīng)進(jìn)行方案比較，綜合分析來(lái)確定采用何種方案。該測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的循環(huán) 液溫度，壓力與流量，系統(tǒng)的制熱量、制冷量以及系統(tǒng)的功耗。對(duì)一些必要的參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)置了報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，即超限時(shí)地源熱泵系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。自動(dòng)調(diào) 整熱泵機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能目的。停止過(guò)程：停止熱泵機(jī)組；5 分鐘后停止負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵，關(guān)閉負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥。（10） 保護(hù)控制冷凍泵、冷卻泵啟動(dòng)后，水流開關(guān)檢測(cè)水流狀態(tài)，如遇故障則自動(dòng)停泵，冷 凍泵、冷卻泵運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障，備用泵自動(dòng)投入使用 運(yùn)行維護(hù)（包括建筑用能管理制度、操作規(guī)程、定期能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)告及設(shè)備養(yǎng)護(hù)等）要保持地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期、高效運(yùn)行，首先要制定科學(xué)合理的運(yùn)行