【正文】 ??????????????????????????????????????????43 地源熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????45 運(yùn)行維護(hù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????48第七章 技術(shù)支持 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50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 研究報(bào)告概要一、三種方案及其比較中鐵建 A 座辦公樓可能備選的采暖制冷方案有如下三種：1. 集中式地埋管地源熱泵系統(tǒng)2. 冷水機(jī)組與鍋爐配套3. 冷水機(jī)組與城市熱網(wǎng)配套以上三種可備選的方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較詳見表 。表 冷熱源系統(tǒng)技術(shù)性比較方案一 方案二 方案三冷熱源方式及序號(hào)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)配套優(yōu)點(diǎn)性能系數(shù)高、節(jié)能；減少CO2 排放，環(huán)保；無(wú)室外機(jī)，換熱器地下敷設(shè)，且冷暖兼用、節(jié)省建筑面積；控制靈活方便能分區(qū)分段或按房間供冷暖，可靠性高技術(shù)成熟，初投資少，運(yùn)行可靠，需要鍋爐房和冷卻塔利用低溫水供熱是比較傳統(tǒng)的空調(diào)冷熱源方式，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛設(shè)備運(yùn)行可靠性高。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。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(wú)嚴(yán)寒。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。2. 建筑物對(duì)空調(diào)的需求該工程為高檔住辦公樓，對(duì)室內(nèi)空調(diào)要求較高，不僅需要冬季供熱，而且夏季需要供冷。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。3. 地源熱泵系統(tǒng)的冷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 7由負(fù)荷計(jì)算結(jié)果知，全年冬季耗熱量遠(yuǎn)大于全年夏季耗冷量，耗冷量為2663916kWh。h，冬天需要從地下取熱 3061210kW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。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。這說(shuō)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。20% 以內(nèi)是可以接受的。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(duì)地溫的恢復(fù)有積極的影響。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 8圖1 系統(tǒng)運(yùn)行20年的月溫度變化模擬曲線由于系統(tǒng)的不平衡率比 較小，可以通 過(guò)以下方法來(lái)緩解冷熱不平衡。（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。（5）間歇運(yùn)行，有利于地溫的恢復(fù)4. 建筑中利用可再生能源符合國(guó)家建筑節(jié)能政策建筑中應(yīng)用可再生能源，利國(guó)、利民、利己。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(wú)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(guó)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(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用和長(zhǎng)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。濟(jì)南屬于北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候,四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯。 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 ㎡。建筑面積為 40355㎡，主樓部分 36975㎡，裙房部分 5680㎡，機(jī)房其他 400㎡。圖 1 為建筑平面布置圖。K。(2) 隔 墻：采用 20 厚膠粉聚苯顆粒保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)為 W/㎡(3) 窗 戶：外窗采用 鋁合金隔熱斷橋中空玻璃窗（LowE 玻璃或普通玻璃），以提高建筑物的整體節(jié)能效果。K。K 。K。, 經(jīng)度 116176。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(duì)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(lái)自建筑負(fù)荷計(jì)算軟件 Dest 數(shù)據(jù)庫(kù)）。人)客房 24~27 18~22 65 40 50會(huì)議室 24~27 18~22 65 40 30~50貴賓休息室 26 22 65 40 30服務(wù)室 25 22 65 40 20辦公室 23~26 20~22 65 40 35~50多功能廳 24 22 65 30 25表 公共建筑 節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB501892022公共建筑 房間類型照明功率密度f(wàn)1 (W/m2)人均占有使用面積 m2/人電氣功率密度f(wàn)2 (W/m2)普通辦公室 11 4 20高檔辦公室 18 8 13設(shè)計(jì)室 18 8 13會(huì)議室 11 5走廊 5 50 0辦公建筑其他 11 20 5 建筑負(fù)荷估算建筑的冷、熱負(fù)荷計(jì)算是一切空調(diào)工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。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/m 2；冷負(fù)荷指標(biāo)為105W/m2。冬季夏季運(yùn)行天數(shù)分 別按120天和90天計(jì),對(duì)于辦公樓來(lái)說(shuō)冬季采暖空調(diào)系統(tǒng)每天運(yùn)行時(shí)間取10小時(shí)；夏天制冷空調(diào)系統(tǒng)每天平均運(yùn)行時(shí)間取8小時(shí)。，冬季COP值按4計(jì)算?？紤]到該辦公樓的同時(shí)使用系數(shù)為 ，則峰值熱負(fù)荷為 KW，峰值冷負(fù)荷為 KW。考慮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。根據(jù)建筑物的冷熱負(fù)荷初步估算熱泵機(jī)組的容量。冷熱水循環(huán)水泵 流量：290m3/h楊程：28mH2O 4 臺(tái) 三用一備地埋管側(cè)循環(huán)水泵 流量：420m3/h楊程：28mH2O 4 臺(tái) 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。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(duì)稱布置形式。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 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(guò)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。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(guò)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(chǔ)存了熱量，以備冬季使用；冬季通過(guò)熱泵將大地中的低位熱能提升溫度后對(duì)建筑物供熱，同時(shí)將建筑物內(nèi)的冷量?jī)?chǔ)存在地下，以備夏季使用。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。高效率意味著消耗一次能源少，運(yùn)行費(fèi)用少。同時(shí)去掉冷卻塔使建筑周邊環(huán)境更加潔凈、優(yōu)美。（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(lái)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(huì)衰減，更無(wú)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(wú)儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油罐等衛(wèi)生及火災(zāi)安全隱患；機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，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(wú)人值守。地表淺 層 的地?zé)崮苜Y源量大面廣，無(wú)處不在，是一種清潔的可再生能源。 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。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(chǎng)地質(zhì)狀況是現(xiàn)場(chǎng)勘察的主要內(nèi)容之一?，F(xiàn)場(chǎng)勘察的詳細(xì)地質(zhì)資料見附件。 氣候條件濟(jì)南地處中緯度地帶，由于受太陽(yáng)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?！?，℃，℃。 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 。節(jié)能公共建筑 單位建筑面積設(shè)計(jì) 冷熱負(fù)荷相對(duì)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。便于控制系統(tǒng)的初投資，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。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(lái)埋管。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)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。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。這說(shuō)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。20% 以內(nèi)是可以接受的。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(duì)地溫的恢復(fù)有積極的影響。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。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。（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。（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(zhǎng)地溫恢復(fù)時(shí)間，提高換熱溫差，延長(zhǎng)系統(tǒng)在高效率點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間。