工程实例分析：地源热泵原理与工程设计！ - 暖通论文 一、地源热泵原理地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、 土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源 热泵通过输入少量的高品位能源（如电能） ，实现低温位热能向高温 位转移。如冬季室外气温低达10，夏季高达 40，而地下土壤 温度常年恒定在 14左右。利用 20左右的温差，消耗少量的电能， 冬季把地能中的热量“取” 出来，提高温度后，供给室内采暖，节能 40，夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去，节能 60。二热泵系统的优缺点优点：1）利用可再生能源，环保无污染，不产生废气、废渣、废水等， 完全遵循国家节能减排的政策。2）高效节能经济3）运行费用低，维护简单：4）智能控制，操作简单5）系统灵活，可靠性强6）功能完善，易于管理缺点：1） 相比传统的供热系统初投资偏高2） 地下换热系统需要占用一定的空间，系统完成后地上面积除 了不能建永久性的建筑外其它使用都可以。 三、地源热泵系统的安全稳定性据世界环境保护组织 EPA 的一份有关空调未来的报告所得出的结 论：地源热泵技术在为家庭居民带来舒适、可靠和高效节能的同时， 将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。国外已经运用地源热泵系统 30 年，中国从 1997 年开始使用地源 热泵系统，此项技术已经在国内及国外得到验证并大力推光使用， 如：在中国鸟巢、奥运村、上海国际节能环保园等大型项目中应用 的非常成功。我们公司已经在全国部分地区安装使用了 60 万平方米，单体面积 达到 10 万平方米，有的项目已经运行达到 5 年之久，系统性能安全 可靠、稳定。该项目选用的高温螺杆系列机组采用智能操作，根据使用负荷的 大小机组自动调节启动和停止运行，完全能满足用户使用效果，达 到节能降耗的目的。四、设计方案1 工程概况1、工程概述本工程以单位地源热泵中央空调空调工程为例。该工程包括办公楼建 2500，公寓 900，消防中心 252，食 堂 500，会议室 165，工作场所 2000，维修部 120，四合院 572，总建筑面积 6917。施工的主要内容为室外埋管热交换系 统的埋设工作、机房及地源热泵机组的安装、部分空调末端的安装。夏季为空调末端提供 7/12的循环水，使各房间内温度达 242、 最低温度可以达到 18，冬季为空调末端提供 45/40的循环热水， 使各房间内温度达 182，最高可以达到 26.所设计达到的效果 将在合同中严格体现。2 技术方案2、1 相关设计规范本工程根据建设方提供的相关资料，并依据现行有关国家颁发的 有关规范、标准进行设计，具体为：采暖通风与空气调节设计规范GBJ1987采暖与卫生工程施工及验收规范GBJ24282室内空调舒适温度GB570183公共建筑节能设计标准GB501892005地源热泵系统工程技术规范GB503662005民用建筑热工设计规范GB50176 932、2 系统方案设计2、3 冷热负荷计算根据建筑特性，冷负荷指标为 100W/ ，负荷为 691.7KW，热负 荷指标为 80 W/ ，总热荷为 553.36KW ；2-2 换热量计算夏季总冷负荷为 691.7KW，则夏季向土壤排放的总热量约为 830.04KW。 （机组 COP 值取 5.0）冬季总热负荷为 553.36KW，则冬季从土壤吸收的总热量约为442.6KW。 （机组 COP 值取 4.5）2-3 土壤换热系统设计2-3-1 土壤换热系统简介土壤换热系统主要由地下 U 型埋管和水平埋管组成。地下 U 型埋 管作为热泵机组的热源，用来完成热量的交换。地下 U 型埋管换热 器主要使用 PE100 材料制作，以保证地下换热系统使用寿命达 50 年以上。换热系统示意图见下图：2-3-2 能源井数量计算根据地区的地质情况，建筑分布情况，建筑物特点进行估算，设 计能源井井深 120m ，能源井直径 150200mm ，井间距 4 米。能源 井内换热器设计为单 U 型，换热器材料设计使用 PE100 管材。根据计算结果，系统设计建造能源井的数量为 82 口。2-3-3 换热器管路长度计算根据能源井的数量，井深，单位井深换热量的取值，则换热器管 路长度约为 19680m。根据能源井的布局情况进行核算,水平连接管路长度约为 2200m。2-3-4 能源井分布设计及管路连接安装设计地下换热器在地下 1.53 米由水平管完成连接至机房，保证不影 响小区道路铺设、绿化。在整个地下换热管路系统中加装调节阀，来调节热交换液体的流 动，能源井中的换热器管路将与能够调节流量变化的汇管相连。通过以上工艺方法，可以保证所有换热器管路中循环介质的均衡等量 流动和热量交换平衡的要求，地下换热管路系统采用同程管路设计。2-4 机组选型本着舒适、高效、节能、环保、运行费用低、为客户节省投资的 原则，根据相关资料与规范标准，选用 4 台 HLSR0200W 水源热泵 机组。机组单机名义制热量 231.2kW，名义制冷量 202kW ，可满足 室内取暖要求， ，热泵机组性能参数表2-5 空调侧循环系统设计食堂、会议室室内空调末端设计为风机盘管机组，该种风机盘管 形式具有样式美观，不占用室内空间，制冷、制热迅速运行定，控 制灵活等特点3 运行费用对比分析本项目机组按每年夏季运行 120 天、每天运行 8 小时，机组功率 为 139.92KW ；冬季运行 120 天、每天运行 10 小时，机组功率为 192.52KW，电价 0.56 元/度,水泵及附件功率为 50KW,冬、夏季室外 气温变化量及室内人员变化系数 0.7 计算.夏季:(139.2+500.6)81200.70.56=63673.34 元平均费用(元/平米.天): 63673.34/6917/1200.0768 元/平米.天冬季: (192.520.6+500.6)101200.70.56=68448.84 元 平均费用(元/平米.天): 68448.84/6917/1200.0.0825 元/平米.天地源热泵系统运行受外境影响小，运行费用低，没有冷却塔，不 影响建筑外观，无噪声，无污染，环保节能，使用寿命可达 20 年左 右。4、安全、环保效益分析