北京市某研發(fā)樓地源熱泵空調系統(tǒng)設計

本文檔下載自文庫下載網(wǎng)，內容可能不完整，您可以點擊以下網(wǎng)址繼續(xù)閱讀或下載HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/E9B7E78002D276A200292E80HTML北京市某研發(fā)樓地源熱泵空調系統(tǒng)設計非常有用的學習資料文章編號16727045200805008903北京市某研發(fā)樓地源熱泵空調系統(tǒng)設計陳捷王松摘要地源熱泵技術，是利一舉三得，是一種有效地利用能源的方式。這項技術最先開始于1912年，瑞士ZOELLY提出了“地熱源熱泵”的概念。1946年美國開始對地源熱泵進行系統(tǒng)研究，在俄勒岡州建成第一個地源熱泵系統(tǒng)，運行很成功，由此掀起了地源熱泵系統(tǒng)在美國的商用高潮。1985年美國安裝地源熱泵14000臺，1997年則安裝了45000臺，目前已安裝了400000臺以上的地源熱泵，并且以每年10的速度遞長。1998年美國商用建筑的地源熱泵空調系統(tǒng)已經(jīng)占到空調保有量的19以上，其中在新建筑里面占30121工程概況北京市某研發(fā)辦公樓，總建筑2面積為11500M，其中地下一層包括用地下的土壤、地表水、地下水溫相對穩(wěn)定的特性，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內的余熱轉移到低位熱源中，達到降溫或制冷的目的。本文主要介紹了地源熱泵系統(tǒng)從可行性評價到地下熱交換器的埋管形式、埋管長度、管路水力計算等方面的設計，為建筑節(jié)能技術的推廣及應用提供借鑒。關鍵詞地埋管地源熱泵系統(tǒng)土壤熱交換器U型管中圖分類號TU83文獻標識碼B地源熱泵是一種先進的技術，高效、節(jié)能、環(huán)保，有利于可持續(xù)發(fā)展。它不需要人工的冷熱源，可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱，向建筑物供暖夏季它可以代替普通空調向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。同時，它還可供應生活用水，可謂餐廳、廚房、車庫及各種設備用房；地上三層包括辦公室、會議室等，建筑高度為1237M。該工程集辦公室、會議室、餐廳為一體的綜合性建筑，使用功能相對復雜。業(yè)主對建筑外觀要求較高，要求屋頂有冷卻塔影響視覺效果及空調系統(tǒng)在日后的空調制冷和供暖運行中費用相對低廉。結合以上要求及該工程的實際情況，筆者在設計HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/E9B7E78002D276A200292E80HTML中采用了地源熱泵。空調室內設計參數(shù)夏季TN2527，5065；冬季TN1822，4055。該工程夏季空調逐時計算總冷負荷為10638KW，冬季供暖負荷1097KW?？照{冷（熱）源由地下室冷凍主機房的兩臺螺桿式地源熱泵機組提供，每臺熱泵制冷量為5777KW，制熱量為6222KW，夏季冷凍水供回水溫度7/12，冬季熱水供回水溫度45/40。水系統(tǒng)循環(huán)動力由六臺循環(huán)水泵提供，。在歐洲國家里更多的是利用淺層地熱資源，來供熱或者取暖。上個世紀70年代以來，隨著能源和環(huán)境問題的逐漸變得嚴重，在各個方面節(jié)能也被更多的考慮，以可再生的地熱源為能源的地源熱泵又引起了人們的重視。尤其是近年來，隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，地源熱泵的研究和應用發(fā)展迅速，國內外的很多高校和研究機構相繼開展了理論和實際應用方面的研究。5室內空調冷（熱）水泵及室外地埋管側水泵均為兩用一備?？照{末端系統(tǒng)，餐廳采用臥柜式空氣處理機，辦公室采用風機盤管加新風全熱回收機系統(tǒng)。QOP1）1Q1（11/C10638（11/507）12736KWQOP2）2Q2（11/C1097（11/452）8543KW則一個制冷季建筑向土壤排放的熱量為QR12736051141033600337109KJ，小于QR730109KJ，表明經(jīng)過一個制冷季該區(qū)域土壤溫度升高小于1。一個供暖季建筑從土壤吸收的熱量為QR8543051161293600323109KJ，小于QR730109KJ，表明經(jīng)過一個供暖季該區(qū)域土壤溫度升高小于1。計算結果顯示經(jīng)過一個制冷季與供暖季后，熱泵向土壤所排放能量與從土壤吸收的熱量大小基本相當。說明該項目地源熱泵系統(tǒng)運行一個制冷季與一個供暖季后，地下熱量基本保持平衡。因此該工程采用地源熱泵系統(tǒng)形式，利用HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/E9B7E78002D276A200292E80HTML該地塊的淺層地熱能制冷和供暖是可行的。22221地下熱交換器設計選擇熱交換器形式該工程綠化面積較大，場地空間豐富，所以采用U型管垂直并聯(lián)的系統(tǒng)型式，地埋管可以布置在該工程綠地及部分道路下。222確定埋管管長地下熱交換器長度的確定除了和系統(tǒng)布置形式及管材有關外，還需要有當?shù)氐耐寥兰夹g資料，如地下溫度、傳熱系數(shù)等。文獻3介紹了一種計算方法共分9個步驟，很繁瑣，并且部分數(shù)據(jù)不易獲得。在實際工程中，可以利用管材“換熱能力”來計算管長。換熱能力即單位垂直埋管深度或單位管長的換熱量，一般垂直埋管為70W/M110W/M（井深），或35W/M55W/M（管長），水平埋管為20W/M40W/M（管長）左右，雙U埋管換熱量一般為單U埋管的12513倍4。計算埋管長度，取換熱能力的下限值35W/M，通過公式LQ（35125）11000/127361000/（35125）291108M其中L雙U埋管長度，M；Q夏季向土壤排放的熱1量，KW。223確定豎井數(shù)目及間距國外豎井深度多數(shù)采用50M3100M，本工程豎井深度定為100M，2地源熱泵系統(tǒng)21地源熱泵系統(tǒng)可行性評價經(jīng)北京市地質工程勘察院勘查得出的地源熱泵系統(tǒng)地質調節(jié)評估報告表明，該地區(qū)0M100M土壤每變化1，可排放或吸收熱9量約為QR73010KJ。依據(jù)采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范，北京地區(qū)制冷天數(shù)為103天，供熱天數(shù)為129天。由于為辦公樓，夏季每天供冷約為14小時，冬季每天供暖16小時，熱泵使用季節(jié)系數(shù)051（不同時間，系統(tǒng)運行負荷不同，只有很少的時間系統(tǒng)能達到滿負荷運行。通常10的時間，負荷在90以上；30的時間，負荷在60以上；60的時間，負荷在40根據(jù)美國ARI標準和中國行業(yè)標準HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/E9B7E78002D276A200292E80HTMLJB/T432997）?？梢杂上率龉?和上述參數(shù)計算出一個制冷季或供暖季建筑物向土壤排放或吸收的熱量QOP1）1Q1（11/CQOP2）2Q2（11/C放的熱量，KW；Q夏季設計總冷負荷，KW；1Q冬季從土壤吸收的熱2量，KW；Q冬季設計總熱負荷，KW；2COP1設計工況下水源熱泵機組的制冷系數(shù)；COP2設計工況下水源熱泵機組的供熱系數(shù)。根據(jù)公式（1）、（2）可得（1）（2）通過公式計算可得NL/（2H）291108/（2100）145個其中N豎井個數(shù)，個；L雙U埋管長度，M；H豎井深度，M。根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范438條，豎井鉆孔間距應滿足換需求，間距宜為3M6M，根據(jù)本工程地形地貌以及管路水利平衡，確定鉆孔間距為5M，布置6對供回水集管，每對集管對應28個150MM的孔，共計168個孔。224管徑選取及水力計算在實際工程中確定管徑必須滿足兩個要求3管道要大到足夠保持最小輸送功率；管道要小到足夠使管道內保持紊流以保證流體與管道內壁之間的傳熱。顯然，上述兩個要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20MM、25MM、32MM、40MM、50MM，管內流速控制在其中Q夏季向土壤排15122M/S以下，對更大管徑的管道，管內流速控制在244M/S以下或一般把各管段壓力損失控制在4MH/2O100M當量長度以下5。該工程根據(jù)這一原則從總地源側分、集水器中分出6對DN100的供回水管，在經(jīng)下一級的分、集管再分出7對DN50的供回水管，連接埋入豎井的DN32雙U管。經(jīng)測試，雙U管中的流速能達到地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范（GB503662005）4HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/E9B7E78002D276A200292E80HTML39條的管道推薦流速雙U形埋管不宜小于04M/S。選擇地源側管路中的最不利環(huán)路，計算其壓力損失作為選取地源側水泵揚程的依據(jù)。PZPWPN011301540267MPA其中PZ最不利環(huán)路總壓力損失，MPA；PW最不利環(huán)路室外埋管壓力損失，MPA；PN最不利環(huán)路室內管路壓力損失（包括熱泵機組的管路壓力損失，以及熱泵機組、閥門和其他設備元件的壓力損失等），MPA。因此水泵揚程設計值為HPZ110267MPA110294MPA294MH2O225管道的承壓管路最大壓力應小于管材的承壓能力。若不計豎井灌漿引起的靜壓抵消，管路所需承受的最大壓力等于大氣壓力、重力作用靜壓和水泵揚程一半的總和5，即PPOGH05PH其中P管路最大壓力，PA；PO建筑物所在的當?shù)卮髿鈮海琍A；地下埋管中流體密度，3KG/M；2005），規(guī)范對雙U管道流速要求不宜低于04M/S，在設計過程中進行了多次試驗，最終選取了管徑DN32的PVC管道，不僅滿足了規(guī)范對流速的要求，而且使管道阻力在一個合理的范圍之內；室外水平管道的敷設深度要在當?shù)貎鐾翆右韵?，管道?jīng)過道路時應設保護套管。G當?shù)刂亓铀俣?，M/S2；H地下埋管最低點與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點的高度差，M；PH水泵揚程，PA。該工程地源側為閉式定壓系統(tǒng)，采用自動補水定壓罐為系統(tǒng)補水定壓，定壓罐定壓值為025MPA。因此管道的承壓為PPOGH05PH025100098100/106參考文獻1張群力，王晉地源和地下水源熱泵的研發(fā)現(xiàn)狀及應用過程中的問題HTTP/WWWWENKUXIAZAICOM/DOC/E9B7E78002D276A200292E80HTML分析J流體機械，2003，31（5）50542顏愛斌地源熱泵應用的技術分析與思考J天津城市建設學院學報，2002，8（2）1201223謝汝鏞地源熱泵系統(tǒng)的設計A殷平現(xiàn)代空調第三輯C北京中國建筑工業(yè)出版社，200133744肖益民等地源熱泵空調系統(tǒng)的設計施工方法及應用實例A殷平現(xiàn)代空調第三輯C北京中國建筑工業(yè)出版社，2001881005徐偉等地源熱泵工程技術指南M北京中國建筑工業(yè)出版社，2001，11（作者單位廣西華藍設計（集團）有限公司，廣西南寧530011）0502951377MPA上式中的PO此時為定壓罐定壓值。226選擇管材依據(jù)采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范中，北京地區(qū)制冷天數(shù)為103天，供熱天較多，應優(yōu)先考慮使用價格較低的管材。地源熱泵系統(tǒng)一般采用塑料管材。目前最常用的是聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）管材，它們可以彎曲或熱熔形成更牢固的形狀，可以保證使用50年以上；而PVC管材由于不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導致泄漏，因此，不推薦用于地下埋管系統(tǒng)。根據(jù)上述計算的管路最大壓力為1377MPA，參考地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范附錄A，選擇承壓能力為160MPA的聚乙烯（PE100）管材。3結束語設計過程中值得注意以下幾點設計地源熱泵首先要進行地源熱泵系統(tǒng)