九華山莊二期土壤熱泵蓄冰工程介紹

九華山莊二期

土壤熱泵/蓄冰工程介紹際高集團有限公司陳鳳君

隨著中國經(jīng)濟的崛起，能源問題已成為發(fā)展的瓶頸，尋找新的能源來減少對一次能源的依賴，減少對環(huán)境的破壞和污染，以成為必須解決的問題。地源熱泵技術(shù)作為綠色、再生能源技術(shù)，在世界上已得到廣泛應(yīng)用，在中國也正在越來越多的應(yīng)用于各類工程上，并取得了很好的效果。其中成功案例之一是----九華山莊土壤源熱泵/蓄冰工程。

一、工程概況二、冷熱源設(shè)計方案三、冷熱源系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇四、冷熱源設(shè)計方法五、地下?lián)Q熱器施工關(guān)鍵問題及解決措施六、調(diào)試及運行七、測試結(jié)果及分析八、節(jié)能效果一、工程概況北京九華山莊二期酒店工程位于北京市昌平區(qū)，是一家涉外四星級、庭院式度假酒店，建筑面積共計131262m2，地下一層，地上十三層，建筑高度為55.2m。

工程外景二、冷熱源設(shè)計方案本工程冷熱源系統(tǒng)采用土壤熱泵復(fù)合式系統(tǒng)，冬夏季基本負荷由土壤熱泵系統(tǒng)承擔；峰值負荷冬季由汽水換熱系統(tǒng)承擔，夏季由冰蓄冷系統(tǒng)承擔。（一）系統(tǒng)形式夏季系統(tǒng)形式

冬季系統(tǒng)形式

土壤熱泵系統(tǒng)原理地球內(nèi)部的溫度深度（千米）溫度（℃）地球是一個巨大的能量儲存體，據(jù)計算，地球陸地以下五公里內(nèi)，15攝氏度以上巖石和地下水總含熱量達1.05E25焦爾，相當于9950萬億噸標準煤。按世界年耗100億噸標準煤計算，可滿足人類幾萬年能源之需要.

因而，地熱能是一種非常有前景的能源形式工作原理：土壤熱泵是利用了地表淺層地熱資源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。熱量可以以一個較低的速度從地底抽取，溫度通過熱泵增加，然后熱量被用到取暖系統(tǒng)中,對于每KWh的熱輸出只需要0.25~0.3KWh的電力來控制該系統(tǒng)。對于夏天的制冷作用這種系統(tǒng)正好反過來利用，來自建筑物熱量可以回灌到地下土壤熱交換器系統(tǒng)，以進行非常高效的空間冷卻。冰蓄冷系統(tǒng)原理冰蓄冷空調(diào)就是在夜間電網(wǎng)用電低谷時間，同時也是空調(diào)負荷很低的時間，制冷主機開機制冷并由蓄冷設(shè)備將冷量儲存起來；待白天電網(wǎng)高峰用電時間，同是也是空調(diào)負荷高峰時間，再將冷量釋放出來滿足高峰空調(diào)負荷的需要。因此，冰蓄冷空調(diào)就是通過轉(zhuǎn)移制冷設(shè)備的運行時間，利用低谷時的廉價電，減少峰值電負荷，達到移峰填谷、使用戶節(jié)省大量運行費用的目的。（二）主要設(shè)備

1、土壤熱泵系統(tǒng)：選用五臺熱泵機組，單臺制冷量為1251KW，單臺制熱量為1423KW；地下?lián)Q熱器的數(shù)量為700個。2、蒸汽系統(tǒng)：汽水換熱器2臺，單臺裝機容量為2100KW。3、冰蓄冷系統(tǒng)：雙工況主機采用三臺螺桿式雙工況機組，單臺制冷量1192kw，制冰量821kw。蓄冰盤管采用U型盤管，共936片，分別裝在6個箱形基礎(chǔ)內(nèi)。三、冷熱源系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇

該項目周邊無城市供暖管網(wǎng)，同時本著綠色、環(huán)保、節(jié)能的思想，經(jīng)多方論證，擬選擇土壤熱泵系統(tǒng)，并通過兩種方案比較確定最終系統(tǒng)形式。1、全部采用土壤熱泵系統(tǒng)：按滿足峰值負荷需要設(shè)計土壤熱泵系統(tǒng)；2、復(fù)合式系統(tǒng)：土壤熱泵系統(tǒng)僅承擔基本負荷，峰值負荷由其他冷熱源來補充。1、全部采用土壤熱泵系統(tǒng)1.1系統(tǒng)性價比低

與復(fù)合式系統(tǒng)相比，全部采用土壤熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器數(shù)量會大量增加，系統(tǒng)初投資會提高35~40%。而峰值負荷出現(xiàn)的時間不足全年運行時間的10%，超過80%設(shè)計負荷所出現(xiàn)的時間也并不長，只有全年運行時間的25%。這樣使得系統(tǒng)初投資高、利用效率低。

1.2系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力差，熱平衡無法保證。本工程中夏季空調(diào)所需要的冷量要比冬季供暖所需的熱量大得多。如果負荷全部用土壤熱泵系統(tǒng)承擔，夏季空調(diào)向土壤排放的熱量遠大于冬季供暖時所提取的熱量,那么長期運行結(jié)果勢必使土壤溫度越來越高,右圖模擬了25年來溫度的變化情況。2、復(fù)合式系統(tǒng)2.1僅從地下熱平衡方面考慮：按冬季負荷選擇地下?lián)Q熱器，夏季采用冷卻塔補充的方式。2.2從初投資、回收期和系統(tǒng)安全性考慮：冬季采用“地下?lián)Q熱器+蒸汽換熱”方式，蒸汽換熱來承擔峰值負荷；夏季采用“地下?lián)Q熱器+冷卻塔”方式，地下埋管多少由冬季基本熱負荷來確定，超出冬季從土壤吸熱量的那部分夏季排熱量由冷卻塔來提供。2.3本工程復(fù)合式系統(tǒng)組成：夏季土壤熱泵系統(tǒng)承擔峰值負荷的48%，其余52%由蓄冰系統(tǒng)來承擔，融冰系統(tǒng)提供冷量占峰值冷負荷的25%。冬季土壤熱泵系統(tǒng)承擔峰值負荷的60%，其余40%由蒸汽換熱器來承擔。四、冷熱源設(shè)計方法冷負荷1、負荷計算

熱負荷影響蓄冰量的因素：

電價政策建筑物功能運行方式夜間負荷

在原設(shè)計初期，我們先后根據(jù)工程功能及負荷分布情況做出了不同蓄冰量情況下的經(jīng)濟技術(shù)分析，最后確定采用的形式為：總蓄冰量28128kwh，承擔設(shè)計日峰值負荷的25%。

2、冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計

冰蓄冷東系統(tǒng)采用部分及負荷蓄冰泊系統(tǒng)，雙海工況主機繭與蓄冰裝保置采用串厭聯(lián)方式，澇雙工況主戲機在上游毅。移峰節(jié)能綠情況：移高峰電量（KWH）

移平峰電量（KWH）

216547394023和常規(guī)電靜制冷機組灰相比，可掌節(jié)省運行豬費用30鎖%以上。3、地下錢換熱器系慘統(tǒng)設(shè)計土壤熱泵振系統(tǒng)設(shè)計簽的核心是略地下?lián)Q熱濤器的設(shè)計秋,地下?lián)Q幻玉熱器的設(shè)迷計與土壤各的熱工參亭數(shù)、建筑握物的負荷堪情況以及油運行時間品都有很大際關(guān)系，不孩能僅僅根悲據(jù)冷熱峰梢值負荷簡可單計算地橋下埋管長板度，要綜疑合考慮熱印泵機組全格年運行的散影響。3.1品測取地鈴下熱工參命數(shù)---綁-熱響應(yīng)具試驗巖土的導罪熱性能、繭溫度、濕閱度以及地區(qū)下水情況勢等都會影虛響地下?lián)Q餃熱器的設(shè)夠計，準確稀的土壤熱崖性能參數(shù)飯是保證土沃壤熱泵系暖統(tǒng)設(shè)計的孟重要條件撓。熱響應(yīng)盞試驗就是隸通過輸入蛛確定的熱剩負荷，測疊定循環(huán)流珍體的溫度請變化，獲噸得可靠的降土壤數(shù)據(jù)箭。我們在不九華山莊盈相應(yīng)區(qū)域才打試驗用際孔,采用盆進口測試給設(shè)備,實另際測得當房誠地土壤的察初始溫度銹和土壤的遇導熱系數(shù)渴。3.2晉確定地犬下?lián)Q熱薦器系統(tǒng)根據(jù)熱響禿應(yīng)試驗測獄出的土壤視特性，輸磨入建筑負蔑荷，由地稍下?lián)Q熱器贏專業(yè)計算疾軟件，確稈定工程的巷埋管形式洲，垂直埋恥管的深度霸、打井數(shù)圖量和分布重等情況魚。本工程充共采用7老00個雙箭U型地下謠換熱器，床深100襲米。地下?lián)Q熱另器設(shè)計軟想件3.3組地下熱蠅平衡模落擬保證地下釋熱平衡是警地下?lián)Q熱奸器系統(tǒng)常鄭年穩(wěn)定運浴行的關(guān)鍵佩。根據(jù)初書步確定的擾系統(tǒng)方案匹和調(diào)峰比壇例，利用慈軟件進行賠模擬，依抄據(jù)模擬結(jié)鏡果反復(fù)調(diào)悠整和優(yōu)化軋方案，最萄終方案模木擬結(jié)果如螞下：第25吩年溫度洗情況25年賤溫度情抱況五、地遙下?lián)Q熱層器施工件關(guān)鍵問山題及解哄決措施雙U型埋裝管技術(shù)可有效地爸提高單孔拼換熱能力撈，減少打妨孔數(shù)量。熱熔連接睬技術(shù)熱熔接口棚強度要大菠于管材本專身的強度器，并且要愈求強度一蛾致，確保奮地下埋管砍為一個整姨體，不存后在機械連富接存在的運漏水隱患廢和采用金趕屬管件存捆在腐蝕而搖影響使用蟲壽命的問翼題。1、埋管結(jié)技術(shù)要求回榜填料有遞較好的辮傳熱性耕能，較兩好的可因塑性、賴耐壓性標。還要索考慮其莊凝固強矮度等級艦，防止肝擠壓破我壞地下魯換熱管型。2、專用都回填料-吹---根擺據(jù)地質(zhì)特娛性配方3、回拐填技術(shù)回填泵掙采用進做口高壓報力的柱搜活塞泵軍，由孔侮底部位中注入填基料向上賤反填，惕逐步排棚除空氣贊，確保芬無回填城空隙鼠，保證鮮了傳熱嫌效果。生國產(chǎn)泵鐮則因壓秧力較小屆難以實可現(xiàn)，回乓填到一忘半時無際法繼續(xù)丑回填，歪另一半醬只能改律為人工廢回填。六、調(diào)試償及運行在熱泵機假組試運轉(zhuǎn)涼之前，應(yīng)閃對地下系勒統(tǒng)進行水疏力平衡的逐調(diào)試。淡保證垂直耽換熱器內(nèi)平循環(huán)介質(zhì)妻處于紊流鉗狀態(tài)。調(diào)試前貢應(yīng)注意那的問題吧：200匹4年冬勉季，該孫工程土廉壤熱泵尤系統(tǒng)施議工完畢室，具備友了調(diào)試老條件。會但由于傷該建筑黨并未正州式投入聯(lián)使用，搶無法進飾行測試退。20擔05年思夏季，軟自20攔05年鉛4月下倆旬開始由至今一愿直運行暖，測試膛表明，脖運行情靠況達到巧了設(shè)計徑要求。七、測試吩結(jié)果與分句析冰----科機組在不現(xiàn)同工況下兩的運行情屈況1臺熱件泵機組仆設(shè)計工漏況運行拔情況開啟1辱臺熱泵熄機組，朋按設(shè)沸計要求公地下開盯啟2個就區(qū)，地熊下?lián)Q熱兔器進/碼出水溫尚度基本驅(qū)穩(wěn)定在案31.鐮3/2皆7.4蠟度，與尤設(shè)計參衛(wèi)數(shù)基本榮相符。圖示開機創(chuàng)時，進入豬地下?lián)Q熱谷器的水溫蕩較高，是款由于開始折時地下溫傭度過低，武熱泵機組報進行低溫辣保護，須渾關(guān)小冷凝蛾器出口閥陸門，降低怖冷卻水流米量，溫差才大，故冷籃凝器出水俗溫度很高藏，當機組供正常運行塞后，調(diào)整浩冷凍水、位冷卻水流襖量至設(shè)計時值，地下獨溫度比較寫穩(wěn)定。1臺熱插泵機組愿開啟比縫設(shè)計工芽況多5款0%的競地下?lián)Q雄熱器運氧行情況開啟1臺賢熱泵機組趣，地下開敵啟3個區(qū)蠢，當機組姿正常運行幅后，調(diào)整秀冷凍水、穩(wěn)冷卻水流雄量至設(shè)計原值，地下乞換熱器進紋/出水溫叼度基本穩(wěn)旨定在29田.2/2灑4.6度狡，低于設(shè)選計參數(shù)。2臺熱泵革機組設(shè)計兵工況運行營情況樓上負荷綠比較高時傾，開啟2挖臺熱泵機同組，地下遼開啟4個餡區(qū)，開啟蜂2臺冷洽凍水泵，譽2臺冷卻自水泵，地險下?lián)Q熱器杠進/出水費溫度基本穿穩(wěn)定在3遠0.9/興27度，驗與設(shè)計參技數(shù)相符。一臺熱泵姐機組開啟箏比設(shè)計工局況少50梁%的地下多換熱器運謹行情況為了測試即地下?lián)Q熱絮器設(shè)計不液足的狀況所，開啟1州臺熱泵機撈組，地下頌開啟1個摘區(qū)，地下旺換熱器進序/出水溫惰度穩(wěn)中有鍬升，機組苗滿負荷運攝行15小跳時，停機巡壽時地下?lián)Q撒熱器溫度城超過37冊℃，證明控地下?lián)Q熱艦器超負荷攤運行，機供組效率下性降，不能棉達到經(jīng)濟跟運行的目圍的。℃小時總結(jié)地下?lián)Q熱器出口溫度地下?lián)Q熱器進口溫度一臺熱泵機組設(shè)計工況運行24.1~27.427~31.3一臺熱泵機組比設(shè)計工況多50%地下?lián)Q熱器運行23.1~24.627.1~29.2二臺熱泵機組設(shè)計工況運行24.1~2727~30.9目前測怎試結(jié)果坑表明，攪土壤熱捷泵機組尸均在設(shè)致計工況士下運行唉，此項慰目是成奮功的。七、測試固結(jié)果與分圖析忌----喘地下流體午溫度的恢話復(fù)情況在測試菌過程中廚發(fā)現(xiàn)，溝如果熱鴉泵機組受間歇運析行，每謎天滿負隙荷運行樹的時間蠟不長，謎停機后伸，地下鑰溫度很敵快就會磨恢復(fù)到驚原始地蹤蝶溫；如吼熱泵機扯組長時精間滿負搞荷連續(xù)伶運行，張這樣會括導致地威溫持續(xù)搜升高，幅當流體滴最高溫紋度達到煌37℃吊時，則隔需很長活時間地惹下土壤袖才能恢壺復(fù)到初尸始溫度析。七、測胡試結(jié)果古與分析你---社-土壤兩溫度的白測試從圖中雖可以看與出，在娘一個月速內(nèi)，土鍵壤溫度點90米居以上基付本無變不化，9勢5米至惰110面米深有怪0.累1℃的縱溫升。運行時應(yīng)號注意的問玻題：當末端古負荷較賄大，1匆臺機組狀長時間頑100睡%開啟鑰，而冷怎凍水溫婦度不能雜在短期堪內(nèi)降低麗至7度艘，說明誕機組制找冷能力戚不夠，震此時它把的制冷丙量會超陡過額定京制冷量修，向地顏下?lián)Q熱遷器排熱罵量也會敏超過設(shè)言計值，郵會造成眨地下流米體溫度房誠升高，續(xù)機組c刺op下箏降，機虎組耗電羞量增加倒。當出現(xiàn)吼機組2方小時內(nèi)鋤不能將刪冷凍水擋溫度控調(diào)制在設(shè)敬計范圍萬內(nèi)，要預(yù)及時開排啟第2誼臺機組五和相應(yīng)亡的地下浙換熱器感，避免獅機組和壘地下?lián)Q唇熱器長賊期超負仆荷工作滅。制定合淺理運行明策略的亞重要性洪：成功運行矮的土壤熱灘泵系統(tǒng)，統(tǒng)除了設(shè)計猴的合理性成，還必須芒制定合理宿