【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(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。 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(dá)到水力平衡，地埋管換熱器布置結(jié)構(gòu)采用同程和對稱布置形式。按照每個(gè)鉆孔占地下面積25 m 2計(jì)，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(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)組對建筑物實(shí)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(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。從能量守恒的角度看，一個(gè)精心設(shè)計(jì)的地源熱泵系統(tǒng)其實(shí)是以大地作為蓄能器，在夏季通過熱泵機(jī)組將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，冷卻建筑物的同時(shí)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(shí)將建筑物內(nèi)的冷量儲存在地下，以備夏季使用。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。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。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。高效率意味著消耗一次能源少，運(yùn)行費(fèi)用少。（2（ 環(huán)保、潔凈地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)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(shí)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(yīng)。同時(shí)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?zé)崮苜Y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(bào)告 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所 19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，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(jī)多用地源熱泵系統(tǒng)可供熱、空調(diào)，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)；機(jī)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(yùn)行可靠機(jī)組的運(yùn)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(jié)霜、除霜之慮；自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行，運(yùn)行管理可靠性高；無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及火災(zāi)安全隱患；機(jī)組使用壽命長，主要零部件少， 維護(hù)費(fèi)用低，主機(jī)運(yùn)行壽命可達(dá)到15 年以上；機(jī)組自動(dòng)控制程度高，可無人值守。（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) 。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。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。 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。但由于巖石層具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，總鉆孔量相應(yīng)減少，總費(fèi)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(yīng)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(bào)告 山東建筑大學(xué)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(shè)備或安裝成本的高低?，F(xiàn)場勘察的詳細(xì)地質(zhì)資料見附件。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。 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。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。℃，℃，℃。濟(jì)南地區(qū)建筑的年冷熱負(fù)荷相差不大，采用地源熱泵技術(shù)，可以基本實(shí)現(xiàn)夏季向地下蓄熱，冬季從地下取熱，地?zé)釗Q熱器的冷熱負(fù)荷全年比較均衡的技術(shù)要求，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，因此該地區(qū)是地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的適宜區(qū)域。 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 。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。節(jié)能公共建筑 單位建筑面積設(shè)計(jì) 冷熱負(fù)荷相對穩(wěn)定，空調(diào)冷熱負(fù)荷變化緩慢，且全年的累計(jì)冷熱負(fù)荷相差不大，非常有利于地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行。這些負(fù)荷特點(diǎn)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(yùn)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(bào)告 山東建筑大學(xué)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(shè)置地?zé)釗Q熱器，減少對周邊地表面積的利用。初步估算本項(xiàng)目有足夠空間埋設(shè)地埋管。 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%。 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。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。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。，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℃。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。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的平衡，模擬設(shè)計(jì)結(jié)果表明不平衡率在177。20% 以內(nèi)是可以接受的。當(dāng)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(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。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)，則對地溫的恢復(fù)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(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 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。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。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。本項(xiàng)目可采用如下措施：（1）采取分戶熱計(jì)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(fù)荷；（2）適當(dāng)增加夏季空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。（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。（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 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(yùn)行，有利于地溫的恢復(fù)在冬季氣溫較高時(shí)，可以間歇性地運(yùn)行或停止部分熱泵機(jī)組，使地下巖土蓄熱體有較長地溫恢復(fù)時(shí)間，提高換熱溫差，延長系統(tǒng)在高效率點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間。 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。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 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單位燃料費(fèi)用（元/m 2.） 機(jī)房運(yùn)行費(fèi)用（元/m ） 元/m冷卻塔運(yùn)行費(fèi)用（元/m ） 無 2 元/m全年運(yùn)行費(fèi)合計(jì)（元/m 2） 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)初投資比較方案一 方案二 方案三冷熱源方式及序號項(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/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(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。 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。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)。 與常規(guī)空調(diào)全壽命周期的技術(shù)分析傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)主要包括風(fēng)冷的空氣源熱泵和水冷的冷水機(jī)組。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。這與建筑冷熱負(fù)荷需