【導(dǎo)讀】0研究報(bào)告概要·······································································4. 第一章項(xiàng)目綜述···································································13. 第二章建筑的冷熱負(fù)荷··························································13. 第三章地源熱泵空調(diào)技術(shù)的適宜性···········································17

　　

【正文】 內(nèi)對(duì)溫濕度有較高要求時(shí)，可采用第一種方式，該方式具有室內(nèi)溫度、濕度均勻，在空調(diào)啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的均勻，對(duì)于某些會(huì)議室、餐廳等場(chǎng)合可采用該方式。風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是目前舒適性空調(diào)系統(tǒng)廣泛采用的系統(tǒng)形式，它可以根據(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。但末端設(shè)備的維護(hù)工作量稍大。地板輻射采暖方式是目前較為舒適的供暖方式，由于室內(nèi)溫度梯度為自下而上逐漸降低，正好與其他供暖方式相反，室內(nèi)人員處于高溫區(qū)，舒適感較好，同時(shí)在舒適感相同的情況下，可以有效減少輸送熱量，達(dá)到節(jié)能的效果，目前在北方地區(qū)集中供暖中得到廣泛應(yīng)用。但地板采暖用于夏季供冷時(shí)，由于考慮到結(jié)露的影響，輸送到地板內(nèi)水溫不得高于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度，同時(shí)由于室內(nèi)的濕負(fù)荷需要去除，還需要考慮除濕方法或設(shè)備來保證房間濕度恒定。 地源熱泵系統(tǒng)室內(nèi)末端設(shè)備的選擇及比 較 對(duì)于采用普通地源熱泵作為冷熱源的中央空調(diào)系統(tǒng)，由于機(jī)組夏季能夠提供給空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水溫度在 7℃ 12℃ 以上，冬季提供的熱水溫度在 4550℃ 之間。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。 方案二，采用集中的空調(diào)機(jī)組，夏季通過送風(fēng)管道向空調(diào)房間輸送冷風(fēng)，達(dá)到降溫的目的，冬季通過向室內(nèi)送熱風(fēng)（或冷風(fēng)）的方式，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 36 達(dá)到維持室內(nèi)溫度的目的。該方式人 員舒適度最好，但控制不夠靈活，當(dāng)該系統(tǒng)內(nèi)的部分房間不用時(shí)，系統(tǒng)能耗并未降低多少。但室內(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)行的辦公建筑等空間較大的空調(diào)場(chǎng)合。 方案三，夏季室內(nèi)末端設(shè)備均采用風(fēng)機(jī)盤管，冬季室內(nèi)末端設(shè)備采用地板輻射采暖方式。該方式控制靈活，室內(nèi)舒適度高。對(duì)于間歇運(yùn)行的辦公建筑、住宅建筑在非使用階段內(nèi)可只維持值班采暖溫度，大大減少流量，達(dá)到運(yùn)行節(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。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。以上四種方式均為集中中央空調(diào)系統(tǒng)形式。 方案五，分散式空調(diào)方式，即冬夏季室內(nèi)末端設(shè)備均采用分散的空調(diào)機(jī)組，共用一套室外地下環(huán)路泵。該方式無需專用的制冷機(jī)房，每個(gè)空調(diào)房間均設(shè)置水 空氣熱泵機(jī)組，當(dāng)用戶不用時(shí)，即可靈活開啟或關(guān)閉熱泵機(jī)組，但室外環(huán)路泵一直運(yùn)行，該系統(tǒng) 運(yùn)行費(fèi)用較低，但初投資較高。 以上五種方案的經(jīng)濟(jì)性比較見表 。 以上分析可看出，當(dāng)對(duì)舒適性要求較高時(shí)，可采用方案三，從經(jīng)濟(jì)性角度可選擇方案五。實(shí)際工程應(yīng)進(jìn)行方案比較，綜合分析來確定采用 何種方案。 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。 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。同時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合為系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)程控制提供重要幫助。地源熱泵監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能有： （ 1） 檢測(cè)功能 監(jiān)控系統(tǒng)可以通過安裝在地源熱泵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的各類傳感器，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的各種參數(shù)（例如，溫度、壓力、流量等）、系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（包括熱泵的運(yùn)行狀態(tài)、水泵的運(yùn)行狀態(tài)等）進(jìn)行檢測(cè)。并將這些測(cè)量數(shù)據(jù)通過模擬量輸入通道和數(shù)字量輸入通道輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，并且所有參數(shù)均可在顯示器上顯示。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地源熱泵系 統(tǒng)的運(yùn)行狀況是確保系統(tǒng)運(yùn)行的高效性與可靠性的主要手段。在本項(xiàng)目的地源熱泵系統(tǒng)中，將引入一套智能檢測(cè)，見下圖 。該測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的循環(huán)液溫度，壓力與流量，系統(tǒng)的制熱量、制冷量以及系統(tǒng)的功耗。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。 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。手動(dòng)和自動(dòng)模式下均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 /現(xiàn)場(chǎng)控制和參數(shù)設(shè)定。 （ 3） 遠(yuǎn)程 /現(xiàn)場(chǎng)控制 控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)控制兩種控制功能 。尤其對(duì)于無人值守的系統(tǒng)，可以通過局域網(wǎng)對(duì)熱泵機(jī)組、循環(huán)泵等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或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 41 參數(shù)修改等。同時(shí)，系統(tǒng)也可以直接操作控制柜，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制。 （ 4） 自動(dòng)報(bào)警功能 當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)在運(yùn)行過程中某一參數(shù)超過了其上、下限設(shè)定值、或設(shè)備故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示報(bào)警信息。對(duì)一些必要的參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)置了報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，即超限時(shí)地源熱泵系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。 （ 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。 地源熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng) 地源熱泵系統(tǒng)的控制主要包括以下幾個(gè)方面 ： （ 1） 自動(dòng)啟停 根據(jù)事先排定的工作及節(jié)假日作息時(shí)間表，啟停熱泵機(jī)組、冷凍水泵、電動(dòng)蝶閥、冷卻水泵、換熱器。 （ 2） 機(jī)組最佳臺(tái)數(shù)優(yōu)化控制 其關(guān)鍵問題是確定當(dāng)前工況下末端需冷量。實(shí)測(cè)供回水溫差和循環(huán)水流量可以得到當(dāng)前系統(tǒng)消耗的冷量。但是這一冷量是否就是實(shí)際的需冷量還要考慮末端的控制調(diào)節(jié)方式。當(dāng)末端對(duì)水側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致供回水溫差加大；若末端對(duì)水側(cè)不調(diào)節(jié)，通過變風(fēng)量對(duì)空調(diào)房間調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致供回水溫差變小。因此若要對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，還需要得 到末端裝置的控制方式及空調(diào)房間環(huán)境參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來綜合分析決策。自動(dòng)調(diào)整熱泵機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳節(jié)能目的。 （ 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。假如將流量控制到原來的一半，則將電機(jī)的轉(zhuǎn)速控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 42 制到原來的一半就可實(shí)現(xiàn)。與調(diào)整閥門開度相比，節(jié)能效果非常明顯。 （ 4） 地源側(cè)循環(huán)水溫度控制 根據(jù)地源側(cè)循環(huán)水的進(jìn)出口溫差通過變頻調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的供電頻率，改變地源側(cè)循環(huán)水流量。若地源側(cè)出水溫度基本保持不變，可以地源側(cè)回水溫度為控制參數(shù)來進(jìn)行控制 。 （ 5） 機(jī)組連鎖控制 啟動(dòng)過程： 打開地源側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥，啟動(dòng)地源循環(huán)水泵。打開負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥、啟動(dòng)負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵； 檢查系統(tǒng)定壓點(diǎn)壓力，如果是補(bǔ)水泵定壓，當(dāng)定壓點(diǎn)不足時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)水泵； 啟動(dòng)熱泵機(jī)組。 停止過程： 停止熱泵機(jī)組； 5 分鐘后停止負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵，關(guān)閉負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵電動(dòng)蝶閥。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。 （ 6） 水泵保護(hù)控制 對(duì)于熱泵機(jī)組，運(yùn)行時(shí)其蒸發(fā)器和冷凝器的水側(cè)必須保證足夠的流速，在此采用 “流速開關(guān) ”，管道內(nèi)的流體流速不同，流速開關(guān)的位移不同，根據(jù)要求的最 小流速，把流速開關(guān)設(shè)定到最小流速的位置，當(dāng)通過管道的流速高于最小流速時(shí)，開關(guān)閉合，電路接通；當(dāng)管道內(nèi)的流速低于最小流速時(shí)，開關(guān)斷開，電路中斷。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)流速開關(guān)的狀態(tài)決定熱泵機(jī)組的啟停；系統(tǒng)運(yùn)行期間，若流速開關(guān)斷開，則水泵故障報(bào)警、備用泵投運(yùn)。 （ 7） 系統(tǒng)定壓點(diǎn)控制 檢查系統(tǒng)定壓點(diǎn)壓力，當(dāng)壓力低于定壓點(diǎn)壓力下限時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)水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 43 泵或打開補(bǔ)水電磁閥，當(dāng)定壓點(diǎn)壓力高于定壓點(diǎn)壓力上限時(shí)則關(guān)閉。 （ 8） 故障報(bào)警 自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)組、冷凍水泵的運(yùn)行狀態(tài)。冷凍水，冷卻水溫度、壓差超限報(bào)警，機(jī)組、水泵故障超載報(bào)警。 （ 9） 連鎖保護(hù) 開機(jī)順序 : 換熱器閥門 機(jī)組冷卻水側(cè)閥門 冷卻泵 機(jī)組冷凍水側(cè)閥門 冷凍泵 熱泵機(jī)組 關(guān)機(jī)順序 : 熱泵機(jī)組 延時(shí) 3 分鐘關(guān)冷凍泵 機(jī)組冷凍水側(cè)閥門 冷卻泵 機(jī)組冷卻水側(cè)閥門 換熱器閥門 相關(guān)設(shè)備的開 /關(guān)需經(jīng)確認(rèn)后才能開 /關(guān)下一設(shè)備，如遇故障則自動(dòng)停泵。 （ 10） 保護(hù)控制 冷凍泵、冷卻泵啟動(dòng)后，水流開關(guān)檢測(cè)水流狀態(tài)，如遇故障則自動(dòng)停泵，冷凍泵、冷卻泵運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障，備用泵自動(dòng)投入使用 運(yùn)行維護(hù) （包括建筑用能管理制度、操作規(guī)程、定期能耗統(tǒng)計(jì)報(bào) 告及設(shè)備養(yǎng)護(hù)等） 要保持地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期、高效運(yùn)行，首先要制定科學(xué)合理的運(yùn)行策略，編寫地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)操作及設(shè)備養(yǎng)護(hù)手冊(cè)。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。 應(yīng)對(duì)用戶進(jìn)行地源熱泵工作原理的簡(jiǎn)單介紹，使用戶可以根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，宏觀的調(diào)控地下?lián)Q熱平衡，保持地埋管換熱系統(tǒng)較高的換熱效率。例如根據(jù)熱泵的進(jìn)出口水溫，適當(dāng)增大空調(diào)負(fù)荷或延長(zhǎng)制冷時(shí)間，減少地下冷熱負(fù)荷的不平衡率。 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 44 制定標(biāo)準(zhǔn)的能耗統(tǒng)計(jì)表格，使用戶可以方便直觀的填寫各自地源熱泵系統(tǒng)的能耗，直接發(fā)送到項(xiàng)目的能源中心，為進(jìn)一步分析地 源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能，提高系統(tǒng)效率提供真實(shí)可靠的數(shù)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 45 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 46 第七章 技術(shù)支持 （包括：項(xiàng)目執(zhí)行單位的技術(shù)力量描述、技術(shù)合作單位介紹） 技術(shù)支持單位山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所，近十年來系統(tǒng)深入地研究了淺層地?zé)崮茉诮ㄖ欣玫膫鳠嵋?guī)律及其高效應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在地源熱泵空調(diào)技術(shù)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用三個(gè)方面都取得重要成果。創(chuàng)建了基于地下傳熱解析解和疊加原理的地?zé)釗Q熱器傳熱分析方法；開發(fā)了地?zé)釗Q熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)模擬軟 件；研發(fā)了能夠用于現(xiàn)場(chǎng)確定深層巖土熱物性的測(cè)試方法和測(cè)試儀；開發(fā)了基于水泥砂漿、石英砂和改性添加劑的高性能回填材料；建設(shè)了地埋管淺層地?zé)崮芾檬痉豆こ蹋辉?International Journal of Heat and Mass Transfer 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文 80 余篇。并編入了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》；獲得了 4 項(xiàng)發(fā)明專利，取得 2 項(xiàng)實(shí)用新型專利。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。形成了有中國(guó)特色的和有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的地埋管地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)集成，作為項(xiàng)目主持單位， 20xx 年獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)（太陽能和淺層地?zé)崮茉诮ㄖ欣玫年P(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用）、 20xx年獲教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（淺層地?zé)崮軆?yōu)化利用技術(shù)的研究與應(yīng)用）、 20xx 年獲山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)編制）； 20xx 年獲濟(jì)南市技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（地埋管地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)集成及其推廣應(yīng)用）、 20xx 年獲建設(shè)部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)（地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范編制）。 20xx 年獲我省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)， 20xx 年該成果被評(píng)為《建設(shè)部節(jié)能省地型建筑推廣 應(yīng)用技術(shù)》。在國(guó)際上產(chǎn)生重要影響，為地埋管地源熱泵這一節(jié)能減排新技術(shù)的推廣應(yīng)用做出重要貢獻(xiàn)。 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 47 山東建筑大學(xué)地源熱泵研究所成立于 20xx 年，專門從事地源熱泵空