【文章內(nèi)容簡介】 0℃～45℃熱水。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計鉆孔深120m，鉆孔760個，豎直總埋管量為91200m孔深。 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 。為使地埋管之間容易達到水力平衡，地埋管換熱器布置結構采用同程和對稱布置形式。按照每個鉆孔占地下面積25 m 2計，約需埋管面積 19000 m2。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 17第三章 地源熱泵空調(diào)技術的適宜性 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)簡介地源熱泵是一種利用大地作為冷熱源的熱泵，通過熱泵機組對建筑物實現(xiàn)供暖，空調(diào)及提供生活用熱水。地源熱泵地上部分與普通熱泵相同，所不同的是通過埋設在地下巖土中的地熱換熱器將熱量釋放給土壤或者從土壤中吸收熱量。從能量守恒的角度看，一個精心設計的地源熱泵系統(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。該技術提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率，真正實現(xiàn)了可再生能源的良性生態(tài)合理地利用。圖 地源熱泵系統(tǒng)原理圖中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 18123465 土 壤 熱 泵 空 調(diào) 機 組2風 機 盤 管 4集 、 分 水 器冷 凍 水 泵6冷 卻 水 泵土 壤 熱 泵 加 風 機 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：（1（ 節(jié)能、運行費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，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度。地源熱泵可克服空氣源熱泵負荷需求越高，效率越低的技術障礙，顯著提高效率。高效率意味著消耗一次能源少，運行費用少。（2（ 環(huán)保、潔凈地源熱泵系統(tǒng)的運行沒有燃燒，沒有排煙，大大降低了城鎮(zhèn)的大氣污染；據(jù)調(diào)研，由于需輸入的少量的電能維持熱泵運轉(zhuǎn)，地源熱泵由此產(chǎn)生的污染物排放量，比空氣源熱泵的排放量減少 40％以上，比電供暖的減少 70％以上；地源熱泵系統(tǒng)供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染，以及對大氣產(chǎn)生的熱島效應。同時去掉冷卻塔使建筑周邊環(huán)境更加潔凈、優(yōu)美。節(jié)水省地的地源熱泵系統(tǒng)以地下淺層地熱能資源為冷、熱源，向其中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 19吸收或排出熱量，從而達到供暖或制冷的作用，既不消耗水資源，也不會對其造成污染；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。（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。（5（ 應用范圍廣地源熱泵系統(tǒng)利用地球表面淺層的地熱能資源作為冷熱源，進行供暖、空調(diào) 。地表淺 層 的地熱能資源量大面廣，無處不在，是一種清潔的可再生能源。隨著人們對能源危機和環(huán)保問題嚴峻性的認識的提高，地源熱泵技術在我國建筑空調(diào)系統(tǒng)中將會發(fā)揮越來越重要的作用。 地源熱泵在本項目中應用的適宜性 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。但由于巖石層具有較高的導熱系數(shù)，總鉆孔量相應減少，總費用增加的幅度不會很大，因此該地區(qū)從地質(zhì)條件分析可列為地源熱泵應用的適宜區(qū)。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 20現(xiàn)場地質(zhì)狀況是現(xiàn)場勘察的主要內(nèi)容之一。地質(zhì)狀況將決定使用何種鉆孔、挖掘設備或安裝成本的高低?，F(xiàn)場勘察的詳細地質(zhì)資料見附件。在實際 工程應用中，地源熱泵技術的經(jīng)濟性與可操作性還取決于工程場地的地質(zhì)構造，水文地質(zhì)條件，工程施工條件等多種因素。 氣候條件濟南地處中緯度地帶，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氣候。其特點是季風明顯，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，但無嚴寒?！?，℃，℃。濟南地區(qū)建筑的年冷熱負荷相差不大，采用地源熱泵技術，可以基本實現(xiàn)夏季向地下蓄熱，冬季從地下取熱，地熱換熱器的冷熱負荷全年比較均衡的技術要求，系統(tǒng)運行效率高，因此該地區(qū)是地源熱泵技術應用的適宜區(qū)域。 建筑負荷特性辦公樓的負荷變化一般比較緩慢，在濟南地區(qū)氣候條件下，辦公建筑的空調(diào)熱負荷指標在 5881W/ m2，冷負荷指 標為 92120 W/ m2 。由于本工程建筑的節(jié)能設計已符合山東省工程建設標準《公共建筑節(jié)能設計標準》中的各項規(guī)定，節(jié)能可達到 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荷指標為 75W/m2；冷負荷指標為105W/m2。節(jié)能公共建筑 單位建筑面積設計 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。這些負荷特點比較適宜地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。便于控制系統(tǒng)的初投資，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 地埋管所需空間對于高檔辦公樓，建筑容積率比較低。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 山東建筑大學地源熱泵研究所 21較多，可以用來埋管。另一方面可以充分利用建筑物的地下空間來設置地熱換熱器，減少對周邊地表面積的利用。初步估算本項目有足夠空間埋設地埋管。 地源熱泵系統(tǒng)的冷熱平衡由負荷計算結果知地下埋管全年冷熱量不平衡率為13%。 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。由圖1可以看出，在運行一個采暖與空調(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。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。，經(jīng)過20年的模擬運行之后，距離鉆孔10m遠處的平均巖土溫度僅僅比初始溫度的 16℃降低了約1℃。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)周期后基本回復到初始溫度，這就保 證了系統(tǒng)的高效率運行。值得注意的是，即使設計工況為理想工況，即地下巖土的取熱與散熱在一個周期內(nèi)達到平衡，但在實際運行中，地下巖土的年吸、釋熱量并非要求絕對的平衡，模擬設計結果表明不平衡率在177。20% 以內(nèi)是可以接受的。當然，這種允 許的不平衡率會隨著不同地區(qū)和巖土的熱物性、地埋管換熱器所在地點有無地下水流動及其流動特點，以及建筑物的冷熱負荷變化等因素有關，是因地而異的。如果整個地埋管區(qū)域存在緩慢的地下水的滲透流動，則對地溫的恢復有積極的影響?？梢酝ㄟ^埋地的溫度傳感器來監(jiān)測地溫變化情況，據(jù)此進行運行調(diào)節(jié)。中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 22 系統(tǒng)運行20年的月溫度變化模擬曲線如上分析，本項目在設計地源熱泵系統(tǒng)時，地下吸放熱的不平衡程度不大。為 保證地源熱泵系統(tǒng)在長期運行中能高效運行，應減小冷熱負荷的不平衡程度。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。本項目可采用如下措施：（1）采取分戶熱計量，提高冬季采暖行為節(jié)能的自覺性，提高能源利用率，降低冬季負荷；（2）適當增加夏季空調(diào)運行時間。（3）適當提高夏季熱泵機組冷卻水的進出水溫度，增大釋熱量。（4）增大埋管間距可適當?shù)卦黾拥芈窆芨縻@孔之間的間距，降低埋管間的熱干擾，增中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 23大蓄熱體，有利于地埋管從周圍巖土中的提取熱量。（5）間歇運行，有利于地溫的恢復在冬季氣溫較高時，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時間，提高換熱溫差，延長系統(tǒng)在高效率點的運行時間。 地源熱泵空調(diào)全壽命周期技術經(jīng)濟分析 與常用空調(diào)系統(tǒng)的運行費比較根據(jù)該建筑的市政資源條件、場地條件、建筑功能及負荷特點，有可能適合本項目的冷熱源方案主要有：(1) 地源 熱泵(2) 冷水機組與鍋爐配套(3) 冷水機組與城市熱網(wǎng)配套設定采暖期均按 120 天計，根據(jù)統(tǒng)計資料，大致把整個采暖期劃分為 5 個負荷系數(shù)：、 和 1，對應 的運行時間分別為 10 天、30 天、40 天、30 天和 10 天，夏季制冷期均按 90 天計算。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 中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 24單位燃料費用（元/m 2.） 機房運行費用（元/m ） 元/m冷卻塔運行費用（元/m ） 無 2 元/m全年運行費合計（元/m 2） 費用比例 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)配套冷熱水機組（元/kW 冷量） 800 500 500燃氣鍋爐（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 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/m 2)建筑物空調(diào)末端基本相同（按 110 元/m 2）初 投 資 概 算 比 較 (冷指標 )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本項目的地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性中鐵建辦公樓地源熱泵系統(tǒng)可行性研究報告 山東建筑大學地源熱泵研究所 25對比。 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)運行費用合計（萬元） 壽命周期總費用（以系統(tǒng)設計 運行 20 年計算），萬元 系統(tǒng)運行 20 年地源熱泵可節(jié) 省運行 費用，萬元 投資回收期 年說明：表中的數(shù)據(jù)來自于系統(tǒng)運行模擬的結果與工程經(jīng)驗，與實際運行狀況會有一定的差別，在此僅作為定性的分析。計算結果表明，；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)。 與常規(guī)空調(diào)全壽命周期的技術分析傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)主要包括風冷的空氣源熱泵和水冷的冷水機組。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的一個主要的弊端是機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。這與建筑冷熱負荷需