【正文】 水泵、電動(dòng)蝶閥、冷卻水泵、換熱器。 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 40 集控室內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)地源熱泵空調(diào)機(jī)房控制室內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī) 打印機(jī)打印機(jī)地源側(cè)水泵 空調(diào)側(cè)水泵熱泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)傳感器 其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其他系統(tǒng)控制室內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī) 1 號(hào)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)控制器n 號(hào)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)控制器打印機(jī)數(shù)據(jù)采集及變送層現(xiàn)場(chǎng)控制層控制管理層高級(jí)管理層電纜 電纜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)就地控制集中控制集中自動(dòng)集中手動(dòng)聯(lián)鎖手動(dòng)解鎖手動(dòng){{ 圖 地源熱泵系統(tǒng)監(jiān)測(cè)原理圖 （ 2） 手動(dòng) /自動(dòng)模式 控制系統(tǒng)可以工作在手動(dòng) /自動(dòng)兩種工作模式下。 表 地源熱泵系統(tǒng)不同空調(diào)末端裝置經(jīng)濟(jì)性比較 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 37 名稱 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 末端設(shè)備名稱 風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng) 空調(diào)機(jī)組加送回風(fēng)管道、風(fēng)口 夏季風(fēng)機(jī)盤 管 、冬季地板輻射采暖 毛細(xì)管輻射表面加新風(fēng)系統(tǒng) 分散式熱泵機(jī)組 末端設(shè)備初投資估算 元 /m2 80100 100120 120140 150170 300 末端系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用元 /m2 35 46 35 35 1012 機(jī)房設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用元 /m2 1215 1215 1215 1215 23 占空間 面積 一般 較大 一般 一般 較小 控制性能 較好 一般 較好 一般 一般 空調(diào) 舒適性 較好 較好 比較舒適 一般 一般 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 38 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 39 第六章 地源熱泵監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng) 地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 地源熱泵技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)形式，要想達(dá)到地源熱泵在各種 地域內(nèi)平穩(wěn)、節(jié)能運(yùn)行，自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)是必不可少的。該方式適用于 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)舒 適度高，系統(tǒng)初投資低，維護(hù)管理方便，但室內(nèi)濕度控制相對(duì)復(fù)雜。該方式控制靈活，室內(nèi)升溫或降溫迅速，可有效提高舒適度，比較適合應(yīng)用于間歇運(yùn)行的辦公建筑、住宅建筑等對(duì)濕度沒有嚴(yán)格要求的空調(diào)場(chǎng)合。 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 35 第五章 室內(nèi)空調(diào) 末端系統(tǒng) 中央空調(diào)末端形式及原理 作為中央空調(diào)末端有以下幾種形式：一是全空氣系統(tǒng)；二是風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；三是地板輻射采暖方式。但兩者對(duì)地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)容量的影響并不一致，相同負(fù)荷下，支管間距小，所需的地?zé)釗Q熱器容量大。地埋管進(jìn)、出水溫度的變化 不大，其對(duì) 地源熱泵機(jī)組的效率 影響很小可以忽略 。豎直埋管管材采用高密度聚乙烯（ PE100） De32。將上述三項(xiàng)熱量相加就可得到供冷工況下釋放到循環(huán)水的總熱量。單位孔深換熱量取值偏 大，將導(dǎo)致埋管量偏小、循環(huán)液進(jìn)出口溫度難以達(dá)到熱泵的要求。簡(jiǎn)述如下： 1) 地埋管傳熱的可利用溫差，即 U 型埋管中的水（循環(huán)液）熱交換后允許達(dá)到的最低或最高溫度與巖土換熱前未受熱干擾時(shí)溫差。巖土體初始溫度 ℃， 數(shù)值較高。 (3) 測(cè)試 孔基本參數(shù) 表 測(cè)試孔基本參數(shù) 項(xiàng)目 測(cè)試孔 項(xiàng)目 測(cè)試孔 鉆孔深度（ m） 100 鉆孔直徑（ mm） 160 埋管形式 單 U 型 埋管材質(zhì) PE 管 埋管內(nèi)徑（ mm） 26 埋管外徑（ mm） 32 鉆孔回填材料 原漿 主要地質(zhì)結(jié)構(gòu) 基巖 (4) 測(cè)試設(shè)備 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 28 本工程采用山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所自主研制開發(fā)的型號(hào)為 FZLC（Ⅲ）型巖土熱物性測(cè)試儀。 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 26 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。 與 常規(guī)空調(diào)全壽命周期的回收期分析 方案 地源熱泵系統(tǒng) 熱網(wǎng) +水冷機(jī)組 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 25 初投資概算 330 元 /m2 254 元 /m2 初投資（萬元） 系統(tǒng)的增量成本（萬元） 全年空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)（萬元） 壽命周期總費(fèi)用（以系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行 20 年計(jì)算），萬元 系統(tǒng)運(yùn)行 20 年地源熱泵可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，萬元 投資回收期 年 說明：表中的數(shù)據(jù)來自于系統(tǒng)運(yùn)行模擬的結(jié)果與工程經(jīng)驗(yàn)，與實(shí)際運(yùn)行狀況會(huì)有一定的差別，在此僅作為定性的分析。為保證地源熱泵系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn) 行 中能 高效運(yùn)行 ，應(yīng)減小冷熱負(fù)荷的不平衡程度。由圖 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℃。 地埋管所需空間 對(duì)于 高 檔 辦公樓 ， 建筑容積率比較低。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。隨著人們對(duì)能源危機(jī)和環(huán)保問題嚴(yán)峻性的認(rèn)識(shí)的提高，地源熱泵技術(shù)在我國建筑空調(diào)系統(tǒng)中將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。地源熱泵可克服空氣源熱泵負(fù)荷需求越高，效率越低的技術(shù)障礙，顯著提高效率。 根據(jù)地質(zhì)及環(huán)境條件，確定采用豎埋管 形式，鉆孔孔 徑 160mm，鉆 孔間距 5m，單 U形管，管徑 De32mm。 主要設(shè)備容量的選擇 （ 1） 空調(diào)冷熱負(fù)荷 建筑物的 設(shè)計(jì) 熱負(fù)荷為 kW， 冷負(fù)荷為 kW。 各天干球溫度統(tǒng)計(jì)201001020304011 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121干球溫度（℃）日平均溫度( ℃) 日最高溫度( ℃) 日最低溫度( ℃) 圖 濟(jì)南 全年室外日平均溫度、 極值溫度變化曲線 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 14 室內(nèi) 設(shè)計(jì) 計(jì)算參數(shù) 表 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù) 房間名稱 溫度 ℃ 相對(duì)濕度 % 新風(fēng)量 m3/(h (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 ㎡ 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－ 2021 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 (2021年版 ) 《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB500152021 《全國民用建筑工程設(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》 GB502422021 《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB502432021 《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》 GB 500272021 《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》 CJJ1012021 J3622021 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》 GB 503662021（ 2021） 1《外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》 DBJ140352021 1《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》 CJJ1012021 1《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB504112021 1《中華人民共和國節(jié)約 能源法》 1《中華人民共和國可再生能源法》 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/㎡ 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?？梢酝ㄟ^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)。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)。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)。 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。 39 地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 27 方案設(shè)計(jì) 4 第 一 章 項(xiàng)目綜述 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。h。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。 （ 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。 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 ㎡ 。 (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 。 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)《居住建筑節(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 15 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 ?？紤]到 該辦公樓 的功用與特性 ，選用三臺(tái)熱泵機(jī)組，便于運(yùn)行調(diào)節(jié)，有利于運(yùn)行節(jié)能，降低運(yùn)行費(fèi)用。 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 17 第 三 章 地源熱泵空調(diào)技術(shù) 的適宜性 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 簡(jiǎn)介 地源熱泵是一種利用大地作為冷熱源的熱泵，通過熱泵機(jī)組對(duì)建筑物實(shí)現(xiàn)供暖，空調(diào)及提供生活用熱水，見圖 。同時(shí)去掉冷卻塔使建筑周邊環(huán)境更加潔凈、優(yōu)美。 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況是現(xiàn)場(chǎng)勘察的主要內(nèi)容之一。 建筑負(fù)荷特性 辦公樓的 負(fù)荷變化 一般 比較緩慢， 在 濟(jì)南 地區(qū) 氣候條件下， 辦公建筑 的空調(diào) 熱負(fù)荷 指標(biāo)在 5881W/ m2， 冷負(fù)荷指標(biāo)為 92120 W/ m2 。 初步估算本項(xiàng)目有足夠空間埋設(shè)地埋管。20%以內(nèi) 是可以接受的 。 （ 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。傳統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)主要的弊端是機(jī)組的效率隨著夏季室外氣溫的升高或冬季室外氣溫降低而顯著降低。 我所對(duì) 本工程 地埋管場(chǎng)地進(jìn) 行了深層巖土層熱物性測(cè)試。 (5) 測(cè)試結(jié)果 鉆孔測(cè)試結(jié)果見表 ；循環(huán)水