【正文】 性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對比。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 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。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 18123465 土 壤 熱 泵 空 調(diào) 機(jī) 組2風(fēng) 機(jī) 盤 管 4集 、 分 水 器冷 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。冷熱水循環(huán)水泵 流量：290m3/h楊程：28mH2O 4 臺 三用一備地埋管側(cè)循環(huán)水泵 流量：420m3/h楊程：28mH2O 4 臺 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。，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，但要考慮長期運(yùn)行費(fèi)用和長遠(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，則對地溫的恢復(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。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 6二、方案的確定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?？尚行苑治?. 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，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。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)。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?？梢酝ㄟ^埋地的溫度傳感器來監(jiān)測地溫變化情況，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 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。圖 1 中鐵建集團(tuán)辦公樓平面圖 計(jì)算依據(jù)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《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019－2022《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB5004595 (2022年版)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500152022《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 暖通空調(diào) 動力》《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》GB502422022《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB502432022《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》GB 500272022 《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》CJJ1012022 J3622022《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》 GB 503662022 （2022）1《外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DBJ140352022 1《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》 CJJ10120221《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB5041120221《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 12(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/㎡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)溫度 ℃ 相對濕度%房間名稱夏季 冬季 夏季 冬季新風(fēng)量m3/(h 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。 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 。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。隨著人們對能源危機(jī)和環(huán)保問題嚴(yán)峻性的認(rèn)識的提高，地源熱泵技術(shù)在我國建筑空調(diào)系統(tǒng)中將會發(fā)揮越來越重要的作用。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。 地埋管所需空間對于高檔辦公樓，建筑容積率比較低。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℃。為 保證地源熱泵系統(tǒng)在長期運(yùn)行中能高效運(yùn)行，應(yīng)減小冷熱負(fù)荷的不平衡程度。 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)行狀況會有一定的差別，在此僅作為定性的分析。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。(3) 測試 孔基本參數(shù)表 測試孔基本參數(shù)項(xiàng)目 測試孔 項(xiàng)目 測試孔鉆孔深度（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 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(4) 測試設(shè)備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)的型號為 FZLC（Ⅲ）型巖土熱物性測試儀。巖土體初始溫度℃，數(shù)值較高。簡述如下：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。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。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。豎直埋管管材采用高密度聚乙烯（PE100） De32。地埋管進(jìn)、出水溫度的變化不大，其對地源熱泵機(jī)組的效率影響很小可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 33以忽略。但兩者對地?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。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。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、住宅建筑等對濕度沒有嚴(yán)格要求的空調(diào)場合。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)濕度控制相對復(fù)雜。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表 地源熱泵系統(tǒng)不同空調(diào)末端裝置經(jīng)濟(jì)性比較名稱 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/m 280100 100120 120140 150170 300末端系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用元/m 235 46 35 35 1012機(jī)房設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用元/m 21215 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，自動檢測與控制技術(shù)是必不可少的。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 40