小區(qū)地埋管地源熱泵系統(tǒng)設計規(guī)劃.pptx

小區(qū)地埋管地源熱泵系統(tǒng)設計規(guī)劃 第一章地源熱泵特點第二章項目概況第三章地埋管換熱器設計第四章室外地源熱泵循環(huán)干管系統(tǒng)設計第五章中央水泵站的設計第六章熱水系統(tǒng)設計第七章系統(tǒng)主機配置方案第八章地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟性第九章地源熱泵系統(tǒng)制取熱水與太陽能系統(tǒng)制取專題分析第十章結(jié)論 第一章地源熱泵特點 地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)地熱能交換系統(tǒng)形式的不同 分為地埋管地源熱泵系統(tǒng) 簡稱地埋管系統(tǒng) 地下水地源熱泵系統(tǒng) 簡稱地下水系統(tǒng) 和地表水地源熱泵系統(tǒng) 簡稱地表水系統(tǒng) 其中地埋管地源熱泵系統(tǒng) 也稱地耦合系統(tǒng)或土壤源地源熱泵系統(tǒng) 考慮實際應用中人們的稱呼習慣 同時便于理解 本規(guī)范定義為地埋管地源熱泵系統(tǒng) 地表水系統(tǒng)中的地表水是一個廣義概念 包括河流 湖泊 海水 中水或達到國家排放標準的污水 廢水等 只要是以巖土體 地下水或地表水為低溫熱源 由水源熱泵機組 地熱能交換系統(tǒng) 建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng) 統(tǒng)稱為地源熱泵系統(tǒng) 地源熱泵技術(shù)是利用水體溫度相對穩(wěn)定的特性 通過輸入少量的高品位能源 如電能 實現(xiàn)水體與建筑物內(nèi)部的熱量交換 使低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)變的冷 暖兩用空調(diào)系統(tǒng) 對終端用戶來說特別需要了解以下幾個問題 1 高效 節(jié)能 節(jié)能率達40 70 地源熱泵系統(tǒng)在提供能量的時候 70 的能源來源于水體 30 的能源來自電力 用于將水體中的熱量 搬運 至室內(nèi) 從能量轉(zhuǎn)換的角度看 鍋爐 電 燃料 供熱系統(tǒng) 供熱時只能將90 以上的電能或70 90 的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)換為熱量供用戶使用 而地源熱泵的能效比最高可達4 7 因此它要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能 比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量 運行費用僅為各種采暖系統(tǒng)的30 50 對于大型建筑 在過渡季節(jié) 可以同時實現(xiàn)外區(qū)供熱和內(nèi)區(qū)制冷 還可以將內(nèi)區(qū)的熱量轉(zhuǎn)移到外區(qū) 從而更為節(jié)能 據(jù)美國環(huán)保署EPA統(tǒng)計 設計安裝良好的地源熱泵 平均可以節(jié)約用戶40 以上空調(diào)供熱制冷的運行費用 用溫控器對熱泵機組進行恒溫控制 可根據(jù)室內(nèi)人員的增減及室外陽光直射等負荷的變化控制機組的停啟 將室內(nèi)溫度始終恒定在設定的溫度范圍內(nèi) 既可達到制冷 或供熱 的舒適效果 又可以避免浪費能源 使能源的利用和室內(nèi)環(huán)境舒適程度最優(yōu)化 這樣不僅節(jié)省運行費用 而且便于分層 分區(qū)進行控制 計量 進而實現(xiàn)最大節(jié)能 2 綠色 環(huán)保地源熱泵機組的運行沒有任何污染 可以建造在居民區(qū)內(nèi) 不需要鍋爐 冷卻塔等設備 沒有煤 油 天然氣等燃燒排放物污染 不需要堆放燃料廢物的場地 不用遠距離輸送熱量 3 使用壽命長 維護費用低地源熱泵系統(tǒng)主機設備使用壽命長達25年 地下?lián)Q熱器采用高密度聚乙烯塑管 壽命長達50年以上 系統(tǒng)不設室外機 不設冷卻塔 設備維修簡易 費用低廉 地下?lián)Q熱器正常使用條件下無須維護 整個地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)采用可編程 智能化的遠程中央計算機控制 具有隨人流變化而自動調(diào)整地源熱泵制冷或供暖 實現(xiàn)了節(jié)能最大化 運行費用最小化 它還可設置顯示和實時記錄功能 可存儲 分析各種采暖 制冷 維修等經(jīng)濟及技術(shù)數(shù)據(jù) 促進系統(tǒng)運行的最優(yōu)化 4 運行穩(wěn)定可靠水體溫度一年四季相對穩(wěn)定 其波動的范圍遠遠小于空氣的變動 在一定深度下 其溫度波動在10C以下 是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源 使得熱泵機組運行更可靠 穩(wěn)定 也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性 不存在空氣源熱泵的冬季除霜和夏季保護等難點問題 5 一機多用 應用范圍廣地源熱泵系統(tǒng)可供暖 空調(diào) 還可供生活熱水 一機多用 一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng) 特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物 地源熱泵有著明顯的優(yōu)點 不僅節(jié)省了大量能源 而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求 減少了設備的初投資 地源熱泵可應用于賓館 商場 辦公樓 學校等建筑 小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖 空調(diào) 6 可分期安裝 分戶計量可分期 分批投資安裝主機 不占壓開發(fā)資金 可實現(xiàn)獨立計費 分戶計量 方便業(yè)主對整個系統(tǒng)的管理 并可按照用戶要求實現(xiàn)從最簡單 起停 供熱 制冷三檔 到全智能 網(wǎng)絡化的控制方式 7 地源熱泵中央空調(diào)與常規(guī)中央空調(diào)的比較 見下圖 第二章項目概況 一 工程建筑概況項目所在地蘇州屬亞熱帶濕潤氣候 年平均氣溫15 3 年降水量1106 5毫米 6月中旬 7月初為梅雨季節(jié) 7 8月極端最高氣溫有時高達40 一般也在35 左右 蘇州地區(qū)全年氣候資源統(tǒng)計 本項目名稱為 小區(qū)D組團地塊 根據(jù)甲方提供的規(guī)劃設計方案及江蘇省 設計院提供的6棟疊加別墅設計圖紙 通過估算獲知D組團地塊總建筑面積 含地下1層提供給業(yè)主使用的面積 為62920m2 建筑物擬使用空調(diào)面積情況 空調(diào)形式計劃采用地埋管地源熱泵系統(tǒng) 通過地下打井埋管進行冷熱源換熱 即土壤源偶合熱泵的熱源形式集中供給冷熱源 各戶的空調(diào)選用水水式全熱回收地源熱泵機組 每戶一臺 此系統(tǒng)空調(diào)形式即完全發(fā)揮了地源熱泵系統(tǒng)運行費用低廉的絕對優(yōu)勢 同時又可實現(xiàn)分戶使用控制 各業(yè)主根據(jù)需要開啟空調(diào)機組并能提供衛(wèi)生生活熱水 通過中央泵房的自動伺服運行 為各運行空調(diào)機組提供冷熱源 二 系統(tǒng)總冷熱負荷計算該組團的開發(fā)步驟和設計院出圖步驟為按區(qū)域 分階段逐步開發(fā) 為配合這樣的特點 空調(diào)系統(tǒng)的設計 亦根據(jù)開發(fā)步驟 考慮建筑功能要求 結(jié)合空調(diào)需要的能源配套 以有利于控制投資節(jié)奏為出發(fā)點 綜合考慮 根據(jù)設計圖提供的本工程總體夏季冷負荷5912kw 冬季熱負荷4138kw 三 設計依據(jù)設計規(guī)范依據(jù)1 采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范 GB50019 2003 2 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范 GB50366 2005 2009版3 通風與空調(diào)工程施工及驗收規(guī)范 GB50243 2002 4 給排水管道施工及驗收規(guī)范 GB50286 97 5 建筑給水排水設計規(guī)范 GB50015 2003 6 電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范 GB50254 9 1996 7 建筑安裝分項施工技術(shù)操作規(guī)范 DB21 900 1996 8 外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程 LGL144 2004 室外參數(shù) 常熟 位置 北緯31 46 東經(jīng)119 57空調(diào)室外氣象參數(shù) 四 主機選型本工程設計根據(jù)實際情況設置為每戶一臺 主機選用水水式全熱回收地源熱泵機組 具體型號參見設計圖設計施工說明確認 滿足建筑制冷 采暖 生活熱水的需要 第三章室外地埋管換熱器設計 一 設計思路據(jù)設計院提供建筑建筑物負荷指標估算空調(diào)總冷負荷為5912KW 總熱負荷為4138KW 設計和計算均依據(jù) 1 設計圖紙和甲方提供的總體規(guī)劃平面圖 2 甲方提供的由 大學完成的 熱響應測試報告 根據(jù)工程現(xiàn)狀和建筑場地條件 采用豎直雙U埋管的形式 換熱管采用外徑25mmPE100聚乙烯管 設計在小區(qū)空地及建筑基坑范圍內(nèi)打孔 孔徑150mm 設計有效換熱深度為88m 孔間距4 0m 約每12個孔為一組 局部因便于水平管敷設及避讓樁基做相應調(diào)整 考慮避讓其他專業(yè)管線 如給排水管 電纜等 同時考慮管路熱量損失 成孔困難 預留進出重型設備及車道位置等情況 由于埋管數(shù)量比較多 為便于檢修 將換熱孔分為13個分區(qū) 每個分區(qū)6組并設檢修井 埋管區(qū)域地埋管水平干管埋深在地下2m以下 避開其他專業(yè)管線 本設計采用一級分集水器 一級分集水器置于專設的檢查井內(nèi) 分組的地埋管環(huán)路首先接入相應的一級分集水器 為了合理分配各個環(huán)路的水量 在一級集水器總管上加裝平衡閥 各地埋管一級分集水總管按同程布置再接入機房內(nèi) 這樣就避免了環(huán)路過多且各個環(huán)路阻力相差過大造成的水力失調(diào)現(xiàn)象 回填料特性 垂直地埋管使用膨潤土及沙石回填 以保證和周邊土壤的換熱系數(shù)大體一致 地表地溝回填料用細砂 應采用網(wǎng)孔不大于2mm 2mm的篩進行過篩 保證砂子不含有尖利的巖石塊和其他碎石 為保證回填均勻且回填料與管道緊密接觸 回填應在管道兩側(cè)同步進行 管道之間的回填壓實應與管道槽壁之間的回填壓實對稱進行 各壓實面的高差不宜超過30cm 管腋部采用人工回填 確保塞實 搗實 重點做好管道層上方15cm范圍內(nèi)的回填 管道兩側(cè)和管頂以上50cm范圍內(nèi) 應采用輕夯實 嚴禁壓實機具直接作用在管道上 二 地埋管計算系統(tǒng)夏季放熱量估算得出地源熱泵系統(tǒng)所需總冷熱負荷后 即可進行地埋管換熱器估算 地源系統(tǒng)取熱量和放熱量與系統(tǒng)冷 熱 負荷和熱泵機組的輸入功率有關(guān) 以熱負荷取值計算 系統(tǒng)冬季取熱量計算如下 Q QR 1 1 e 公式1 式中 Q 冬季機組向地下取熱量 KW QR 冬季裝機熱負荷 KW e 熱泵制熱能效比 4Q 4817 1 1 4 3612KW 考慮系統(tǒng)峰值負荷或土壤等不定因素 取放大系數(shù)1 14 即冬季地埋管系統(tǒng)所需提供吸熱量約為4117KW 地埋孔數(shù)量鉆孔數(shù)量可根據(jù)所需換熱量 鉆孔嘗試 單位長度換熱量計算 鉆孔的單位長度換熱量應采用測試孔進行換熱實驗 實測地埋管換熱器取熱能力 放熱能力 該項目甲方委托揚大做了換熱實驗 每延米換熱能力50W 按照業(yè)主提供測試報告最低數(shù)值與最高數(shù)值的中間數(shù)值計算 孔數(shù)量按下式計算 N Q 50 88 4117 1000 50 88 935個式中 N 所需鉆孔個數(shù) Q 夏季系統(tǒng)放熱量 第四章室外地源熱泵循環(huán)干管系統(tǒng)設計 本設計方案按以下設計思路 a 所有地源熱泵循環(huán)干管采用直埋設計 埋深2m b 干管與支管連接處設檢查井 c 考慮整個循環(huán)水系統(tǒng)的平衡 循環(huán)干管采用同程式設計 d 所有干管均采用無縫鋼管 閥門材質(zhì)均采用鑄鋼閥門 安全可靠 e 直埋干管考慮管道熱脹冷縮補償量 f 直埋干管考慮管防腐措施 g 若出現(xiàn)管線交叉問題 循環(huán)水干管 給水干管 污水干管布置優(yōu)先順序依次為污水干管 循環(huán)水干管 給水干管 第五章中央水泵站的設計 中央水泵站的設計按以下原則設計 a 所有水泵容量充足 完全滿足總流量要求且并聯(lián)運行b 水泵的吸入端應該配備帶濾網(wǎng)的空氣分離器 瀉水排污閥和放氣閥 以上措施也可以阻止在設備維修時入侵系統(tǒng)的空氣進入地熱交換器 c 注水或補水管路必須設置逆止閥 關(guān)斷閥 減壓閥 隔膜式膨脹灌 并與頂部的空氣分離器相連接 d 確定由于環(huán)路溫度變化引起的系統(tǒng)容積的最大變化 并據(jù)此進行隔膜式膨脹灌的選型 e 在水泵前后各設置一個斷閥以確保能夠?qū)⑾到y(tǒng)關(guān)斷 設置逆止閥的目的式防止水錘的產(chǎn)生 并通過標定過的平衡閥 孔板來測量總流量 f 確信中央水泵站中的元件和管件能負擔系統(tǒng)運行時的預期水壓 利用熱泵機組的熱回收系統(tǒng) 置換 加熱 到45 55 可調(diào) 的生活熱水 儲水罐與熱泵機組為承壓密閉方式循環(huán)制熱 循環(huán)水泵與機組聯(lián)動并配有單獨的控制和操作顯示面板 自動運行 熱水利用自來水的壓力送出 在供水管路上設計安裝一臺循環(huán)水泵 并設有溫度自動控制裝置 使管道內(nèi)的熱水溫度自動 恒溫 消除冷水頭 在提供熱水的同時還承擔節(jié)水的責任 制熱儲水罐根據(jù)熱水用量定制 采用不銹鋼材料加工制作 管道采用PP R管材 系統(tǒng)安裝完畢罐體及管道作保溫處理 第六章熱水系統(tǒng)的設計 第七章系統(tǒng)主機配置方案 一 主機運行參數(shù)系統(tǒng)初步選擇 采用水水式地源熱泵機組約174臺 機組運行參數(shù)如下 注 詳細參數(shù)見地源熱泵機組產(chǎn)品樣本 二 機組系統(tǒng)運行原理 三 地源系統(tǒng)運行原理典型地埋管地源熱泵系統(tǒng)運行原理圖 豎直地埋管與集分水器 機房連接示意圖 第八章地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟性 一 地埋管換熱器及主機初投資概算 元 說明 有效深度指負二層基坑下一米開始計算 二 國內(nèi)相關(guān)資料中對制冷采暖空調(diào)形式費用比較 三 經(jīng)濟性分析地源熱泵系統(tǒng) 初投資分析為使分析報告具可比性 特與以下系列機組進行對照 1 變冷媒流量 變頻 形式主機及各類冷媒直接蒸發(fā)的室內(nèi)送風機2 地源熱泵系統(tǒng)據(jù)每戶負荷計算出多聯(lián)機系統(tǒng)數(shù)量及配置可計算出系統(tǒng)所需功率 由于室內(nèi)部分兩個系統(tǒng)相差不大 且項目不考慮室內(nèi)安裝 現(xiàn)只對地源熱主機 水泵功率與多聯(lián)機室外機功率進行比較 地源熱泵與多聯(lián)機型號對照表 計算依據(jù)以具體設備參數(shù) 見機組性能參數(shù)表 由于室內(nèi)部分初投資大致相等 故這里只比較室外設備部分 機組價格為市場中檔品牌估價 不考慮地區(qū)差異 說明 初投資估價不含室內(nèi)部分 初投資直線比較圖 四 性能分析 計算依據(jù)制冷期5個月 制熱期3個月 空調(diào)運行時間為每天12小時 由于空調(diào)機組存在經(jīng)常開停現(xiàn)象 設停機系數(shù)為0 8 電費按0 6元 度 系統(tǒng)的水泵及末端風機盤管的耗電量較小 這里主要分析主機的能耗 建筑物各負荷比例的天數(shù) 參考 負荷率分布表 五 運行費用分析 機組耗電功率 地源熱泵系統(tǒng)運行費用 VRV機組運行費用 運行費用直線比較圖 六 維護費用分析 綜合分析 說明 1 以上數(shù)據(jù)均出于理論推算 實際報價根據(jù)暖通圖紙及工程要求核定 如有誤差 敬請諒解 2 室內(nèi)安裝部分未納入分析 3 初投資部分沒有包括太陽能投資 差價兩兩比較 以上多聯(lián)機運行費是標況下運行費用 考慮到多聯(lián)機冬季能耗會增加20 左右 夏季室外高溫情況下 能耗會增加10 左右 綜合考慮 多聯(lián)機運行費會再增加15 左右 按平均能耗計算 多聯(lián)機系統(tǒng)比地源熱泵系統(tǒng)在冷熱泵側(cè)運行費用上每年要多出600000元 綜上所述 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)較之多聯(lián)機系統(tǒng)初投資主要高在地埋管換熱器上 而運行費用則大大低于多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)約能耗約40 左右 社會效益 環(huán)境保護效益及業(yè)主享受的空氣調(diào)節(jié)品質(zhì)明顯提高 業(yè)主后期使用的空調(diào)成本明顯下降 第九章地源熱泵系統(tǒng)制取熱水與太陽 一 各種熱源熱值 能系統(tǒng)制取熱水專題分析 二 1噸熱水成本分析 注 1 噸生活熱水所需熱值為40000大卡 按400C溫差計算 2 以上未計算循環(huán)水泵耗能 三 項目生活熱水制取運行分析1 考慮本項目使用熱水情況 熱水費用分戶制取 按25KW機組比較 生活熱水需求量按每天每戶300L計算 2 使用地源熱泵系統(tǒng)制取生活熱水耗能 A 夏季 參考蘇州常熟地區(qū)季節(jié)統(tǒng)計資料 平均夏季節(jié)為120天 熱水來源于空調(diào)系統(tǒng)運行時的冷凝系統(tǒng)環(huán)路熱量回收 無需耗能 B 冬季 參考蘇州常熟地區(qū)季節(jié)統(tǒng)計資料 平均冬季節(jié)為80天 熱水來源于空調(diào)系統(tǒng)運行時的蒸發(fā)系統(tǒng)環(huán)路熱量回收 需要消耗部分電能 每產(chǎn)生1噸熱水平均需要付出7 5元 含保持水箱水溫的成本 的電力成本 C 春秋季節(jié) 參考蘇州常熟地區(qū)季節(jié)統(tǒng)計資料 平均冬春秋季節(jié)為160天 如使用空調(diào) 則仍然可以使用免費熱水 如沒用使用空調(diào)的需要 只有使用生活熱水的需要 則主機在制取生活熱水的狀態(tài)下運行 每產(chǎn)生1噸熱水平均需要付