【正文】 出版專著《地埋管地源熱泵技術(shù)》；研究成果在北京奧林匹克公園、武漢新建火車站及濟(jì)南奧體中心等 300 余項(xiàng)工程中應(yīng)用。對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的使用者進(jìn)行適當(dāng)?shù)膷徢芭嘤?xùn)，掌握正確的操作流程。停止地源側(cè)循環(huán)水泵，關(guān)閉地源側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥。 （ 3） 負(fù)荷側(cè)循環(huán)水壓差控制 根據(jù)供回水壓差，通過變頻調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的供電頻率，改變循環(huán)水流量。 （ 5） 歷史數(shù)據(jù)記錄和報(bào)表統(tǒng)計(jì) 為了便于系統(tǒng)分析和智能優(yōu)化控制，將采集的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，隨時(shí)提供查詢和打印參數(shù)變化實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖、報(bào)警記錄和數(shù)據(jù)記錄報(bào)表等。該自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)控，用戶可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，查明故障或調(diào)節(jié)地下?lián)Q熱平衡。 對(duì) 于本項(xiàng)目 ，由于 建筑物的功用為辦公樓切 對(duì) 室內(nèi)空調(diào)舒適性 要求較高，因此 冬夏 采用 均風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng) 比較有利，一是 舒適 性好，二是 可以根據(jù)人員使用情況隨時(shí)啟停房間內(nèi)末端裝置，達(dá)到節(jié)能的目的。 方案四，冬夏季室內(nèi)末端設(shè)備均采用毛細(xì)管輻射供冷供熱，外加新風(fēng)系統(tǒng)控制室內(nèi)濕度。因此末端設(shè)備的選取可采用如下方式： 方案一，冬夏季室內(nèi)末端設(shè)備均采用風(fēng)機(jī)盤管。該土壤源地源 熱泵系統(tǒng)采用導(dǎo)熱率為 (m?K)的水泥砂漿作為回填材料。即支管間距越小或回填材料導(dǎo)熱率越大，熱量回流越大。系統(tǒng)運(yùn)行一年后，地下平均溫度由 ℃下降 至℃ 。 2） 土壤換熱器的設(shè)計(jì) 土 地埋管采用豎直 單 U型地埋管。包括：各空調(diào)分區(qū)內(nèi)水源熱泵機(jī)組釋放到循環(huán) 水中的熱量（包括空調(diào)負(fù)荷和機(jī)組壓縮機(jī)耗功）、循環(huán)水在輸送過程中得到的熱量、水泵釋放到循環(huán)水中的熱量。 (2) 地?zé)釗Q熱器埋設(shè)建 議 單位孔深換熱量是地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)中重要的數(shù)據(jù)，它是確定地?zé)釗Q熱器容量、確定熱泵參數(shù)、選擇循環(huán)泵流量與揚(yáng)程、計(jì)算地埋管數(shù)量與埋管結(jié)構(gòu)等的重要依據(jù)。 單位孔深地埋管的換熱量與建議 (1) 影 響每米孔深地埋管換熱量的因素 地埋管單位孔深的熱交換量與多種因素有關(guān)。 測(cè)試結(jié)果表明： 埋管區(qū)域的 平均綜合 導(dǎo)熱系數(shù) 為℃ ，數(shù)值較低，平均 容積比熱 為 106J/m3℃ ，數(shù)值較小。 擬通過地下巖土熱物性 測(cè)試并利用專業(yè)軟件分析，獲得地埋管區(qū)域基本的地質(zhì)資料、巖土的熱物性參數(shù)及 測(cè) 算的每延米地埋管換熱孔的換熱量，為地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)、換熱孔鉆鑿施工工藝等提供必要的基本依據(jù)。同時(shí)地源熱泵技術(shù)在夏季是將熱量?jī)?chǔ)存在地下，以備冬季取熱用， 減少了城市的熱污染。 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 /m 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 24 冷卻塔運(yùn)行費(fèi)用 （元 /） 無 2 元 /m 全年運(yùn)行費(fèi)合計(jì)（元 /m2） 費(fèi)用比例 1 1． 84 與 常用空調(diào)系統(tǒng) 的 初投資 比較 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) ) 初投資（元/m2） 330 267 254 比例 1 與常規(guī) 空調(diào)全壽命周期 的 回收期分析 下表對(duì)本項(xiàng)目的地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。 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 22 圖 系統(tǒng)運(yùn)行 20年的月溫度變化模擬曲線 如上分析，本項(xiàng)目 在設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)時(shí)， 地下吸放熱 的不平衡程度 不大。 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。便于控制系統(tǒng)的初投資，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 氣候條件 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 溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。地表淺層的地?zé)崮苜Y源量大面廣，無處不在，是一種清潔的可再生能源。 地下?lián)Q熱介質(zhì)循環(huán)四通換向閥蒸發(fā)器/冷凝器循環(huán)水泵豎直埋管管井 地下?lián)Q熱管壓力膨脹閥循環(huán)水泵空調(diào)末端裝置供冷循環(huán)工作介質(zhì)循環(huán)壓縮機(jī)多通連接器冷凝器/蒸發(fā)器 圖 地源熱泵系統(tǒng)原理圖 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 18 123465 1 土壤 熱泵空調(diào)機(jī)組2 風(fēng)機(jī) 盤管4 集 、分水器5 冷凍 水泵6 冷卻 水泵土壤熱泵加風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)流程圖 圖 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)流程圖 地源熱泵系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： （ 1） 節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低 較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠(yuǎn)高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度。 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 冷熱水循環(huán)水泵 流量： 290m3/h 楊程： 28mH2O 4 臺(tái) 三用一備 地埋管側(cè)循環(huán)水泵 流量： 420m3/h 楊程： 28mH2O 4 臺(tái) 三用一備 豎直地埋管 120m孔深， 760 個(gè)孔 91200m 不包括水平地埋管 及分集水器 （ 3） 地埋管方案 地埋管初步設(shè)計(jì)鉆孔深 120m，鉆孔 760個(gè)， 豎直 總埋管量為 91200m孔深 。估算中夏季熱泵機(jī)組 COP值按 ，冬季 COP值按 4計(jì)算。 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 10 ℃ ? 冬季室外相對(duì)濕度 54％ ? 冬季大氣壓力 102020 Pa ? 冬季室外平均風(fēng) 速 m 濟(jì)南 地區(qū)典型年的室外日平均溫度，極值溫度變化曲線見圖 （數(shù)據(jù)來自建筑負(fù)荷計(jì)算軟件 Dest 數(shù)據(jù)庫）。K 。 圖 1 為建筑平面布置圖。 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。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。 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。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。 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。 43 地源熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng) 35 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 3 中央空調(diào) 末端形式及原理 39 地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 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 。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。地埋管夏天需要往地下排熱量為 2663916 kW 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。 （ 4） 增大 埋管 間距， 降低埋管間的熱干擾， 增大蓄熱體 。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。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。 則該辦公樓的 設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為 ， 冷負(fù)荷為。夏季機(jī)組為制冷工況，提供冷凍水供、回水溫度為 7℃ ～ 12℃ 的冷水；冬季機(jī)組為供熱工況、提供采暖用熱水，供回水溫度為： 40℃ ～ 45℃ 。地源熱泵地上部分與普通熱泵相同，所不同的是通過埋設(shè)在地下巖土中的地?zé)釗Q熱器將熱量釋放給土壤或者從土壤中吸收熱量。 節(jié)水省地的地源熱泵系統(tǒng)以地下淺層地?zé)崮苜Y源為冷、熱源，向其吸收或排出熱量，從而達(dá)到供暖或制冷的作用，既不消耗水資源，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 19 也不會(huì)對(duì)其造成污染；地源熱泵系統(tǒng)的地埋管可以直接布置在建筑物的地下空間中，不占使用面積。地質(zhì)狀況將決定使用何種鉆孔、挖掘設(shè)備或安裝成本的高低。由于本工程建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)已符合山東省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《 公共 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的各項(xiàng)規(guī)定，節(jié)能可達(dá)到 65%的要求，考慮一定的 安全 余量，現(xiàn)估算建筑物的平均熱負(fù)荷指標(biāo)為 75W/m2；冷負(fù)荷指標(biāo)為105W/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 21 地源熱泵系統(tǒng)的冷熱平衡 由負(fù)荷計(jì)算結(jié)果知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。 （ 4） 增大 埋管 間距 可適當(dāng)?shù)卦黾拥芈窆芨縻@孔之間的間距，降低埋管間的熱干擾，增大蓄熱體， 有利于地埋管 從 周圍巖土 中 的 提取熱量 。這與建筑冷熱負(fù)荷需求趨