创业大厦土壤源热泵方案.docx
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创业大厦土壤源热泵方案
廊坊创业大厦
土壤源热泵＋水蓄冷热节能型中央空调系统
工程方案书
北京世纪佰特节能技术有限公司
BeijingCenturyBETTEREnergyConservationTechnologyCo.,Ltd
2011年01月03日
目录
第一部分关于我们
第二部分土壤源热泵综合方案
一、项目概况及功能负荷
二、节能型优化方案总体阐述
三、土壤热交换器方案
四、水蓄冷（热）方案
五、高效地源热泵机组选择方案
六、大温差空调末端方案
七、自动化及动态监控方案
第三部分运行费用分析
第四部分工程造价
第五部分与其它空调方式对比
附件：
1、〖地下水资源勘测报告〗
2、〖土壤热交换器室外布孔图〗
3、〖节能型土壤源热泵中央空调工程造价书〗
第一部分关于我们
北京世纪佰特是一家从事新型可再生能源开发应用的专业系统集成公司。
在土壤源热泵、水源热泵、污水源热泵、水蓄能、自动化网络动态监控等均有独特的技术特点。
是华北区域可再生能源利用技术最优秀的系统集成商之一。
几年来，我们完成各类节能工程项目100多个，应用面积800多万平方米，其中：
2个〖国家节能示范项目〗，10个〖省级节能示范项目〗。
足迹遍布北京、天津、太原、石家庄、沈阳等北方大中城市，项目涉及五星级酒店、5A级写字楼、大型住宅社区、高档别墅区、大型医院、商业中心、休闲娱乐中心等诸多类型，被业界誉为“北方佰特”。
公司拥有专家级技术团队，使我们各项可再生能源解决方案都有独特的技术特点，卓越的系统集成技术更处于行业领先地位。
配合精良的施工体系，我们不断打造出国家级环保样板工程，在可持续发展的道路上全力向前。
我们，为用户制定最适宜的节能采暖空调系统方案；
为用户完成性价比最优的交钥匙工程；
为用户提供最可靠的能源管理运行服务。
……
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第二部分土壤源热泵综合方案
一、项目概况及功能负荷
1、项目概况
本项目为一栋写字楼，总建筑面积23778.11㎡，其中地上建筑面积19689.78㎡，地下建筑面积4088.33㎡。
拟采用土壤源热泵系统为本项目提供采暖、制冷，即实现中央空调。
2、冷热负荷
根据建筑面积、建筑物功能、行业标准，暂按面积指标估算冷热负荷，见下表：
建筑性质
空调建筑
面积（m2）
负荷指标（w/㎡）
总负荷（KW）
写字楼
19689.78
冷负荷指标
105
2068
热负荷指标
95
1871
总冷负荷：
2068KW，总热负荷：
1871KW。
针对此功能和负荷要求，我公司将对其制定一整套详尽的优化节能方案。
二、节能型优化方案总体阐述
对于本项目，我公司经过仔细研究与计算，结合项目资源情况，提出了一整套节能型优化方案，见下表：
节能型优化方案描述
冷热源机房
高效地源热泵机组＋水蓄冷热＋恒压温差变频＋全自动网络动态监控
地埋管
分区分组静态平衡＋组内同程＋分区土壤温度竖向动态监控
空调末端
大温差风机盘管＋电动阀＋独立温控＋独立逻辑新风
1、方案理由
（1）、采用土壤源热泵，而非地下水源热泵。
针对本项目，是采用土壤源热泵系统还是地下水源热泵？
我公司进行了科学的分析，在2010年12月27日，我公司采用电测法对项目所在地进行了地下水资源及基本的地质情况的勘测，发现该地下含水层以细沙层为主，含水量丰富，地下水位较浅，详见附件1、〖地下水资源勘测报告〗。
由此我们认为，采用土壤源热泵系统更为适合。
理由是：
如采用地下水源热泵系统，即打水源井，其回灌较困难，系统的安全性较
低；而采用土壤源热泵系统的安全性高，由于含水量丰富，其地下换热效
果也很好。
所以，建议采用土壤源热泵系统。
（2）、采用水蓄能技术。
采用水蓄能技术主要为解决以下两个问题：
◎消峰填谷，降低热泵系统装机容量，解决了地埋管占地面积不足问题。
通过计算，采用土壤热泵系统，如果不消峰填谷，按负荷尖峰配置地埋管的话，需要265个地埋孔位置，而本项目室外场地能够提供打孔的数量最多为200个，详见附件2、〖土壤热交换器室外布孔图〗。
可见是无法满足土壤源热泵的占地需求。
我们采用水蓄能技术，消峰填谷，只需185个孔即可满足空调系统负荷需求，使得土壤源热泵系统变得可行！
◎利用峰谷电价政策，大幅度降低空调系统的运行费用。
经过我们了解，在廊坊地区，商业用电施行的是分时峰谷电价政策，即日间电价高、夜间电价低，本项目为写字楼性质，用电必须是峰谷电价。
采用水蓄能技术，在夜间蓄能，日间放能，将空调热泵机组一部分工作时间转移到了夜间，利用了夜间低电价工作，大幅度降低空调系统的运行费用！
2、方案特点阐述
下面我们介绍一下本系统的突出特点，本整体方案有着突出的节能性、安全性，同时又有很高的经济性（性价比），具体说明见下：
◎高效地源热泵机组：
采用高效热泵机组，即满液式机组，相对于干式机组的COP提高15%以上，能从根本上提高系统的节能性，优势明显。
◎水蓄冷热：
消峰填谷、分时电价，不但使土壤源热泵系统具有可行性，而且大幅度降低了运行费用。
◎恒压温差变频：
采用我公司恒压差、恒温差变频技术，将空调循环泵、地源循环泵实现变频运行，保证夏季空调循环水（恒压差）、冬季采暖循环水（恒温差）、地源循环泵（恒温差）随负荷变化进行流量调节，有效降低了水泵的输送功耗，大幅降低运行费用。
◎全自动网络动态监控：
整个热泵实现PLC自动化运行，并通过网络实现动态监控。
◎分区分组静态平衡：
室外地埋管共分为几个区，分别进机房，各区用静态平衡阀实现各区平衡，保证了整个室外地埋管环路的水力平衡。
每个区再分为若干组，各组间实现独立控制，同样用静态平衡阀实现各组平衡，设立室外分组阀门井。
◎组内同程：
每组地埋管由每8～16个孔组成，组内孔与孔的连接采用同程设计，确
保各孔之间的水力平衡。
◎分区土壤温度场竖向动态监控：
设土壤温度场检测井，井内设有Pt1000温度感应电
阻，将土壤温度变化传至机房监控中心。
目的是监
测土壤的热平衡性温度场变化。
◎大温差风机盘管：
采用大温差风机盘管实现夏季供冷、冬季采暖。
改变传统的7℃/12
℃（40℃/45℃）工况，实现8℃/16℃（35℃/43℃）工况，有效提
供热泵系统能效比，可降低15%的运行费用，同时为水蓄能奠定了
良好的工况基础，可有效降低蓄能水罐的体积。
◎电动阀：
每台风机盘管均加电动两通阀，与风机盘管的开启连锁，只有在风盘开启时
才有水通过风机盘管，为实现变流量恒压差变频控制奠定基础。
◎独立温控：
每台风盘由一个液晶温控器控制，实现每台风盘的独立控制，自动恒温。
◎独立逻辑新风：
设立独立新风系统，分时段逻辑控制，杜绝人为因素浪费，降低空调
能耗，改善空气品质。
以上是对我公司本工程系统方案的总体说明，具体技术细节见后面各分项。
三、土壤热交换器方案
1、埋管方式
根据地质情况，埋管方式采用双U垂直埋管，孔深设计深度为115米，各孔间距4.0米，孔径为180mm，地埋管材为HDPE100-D32-SDR11。
土壤热交换器设计寿命为50～70年。
2、设计方案
根据我公司经验数据，结合本项目地质情况，由于采用水蓄能技术，消峰填谷。
暂按制热工况下，每延米孔深对应热负荷为45w/m；制冷工况下，每延米孔深对应冷负荷为75w/m；计算所得所需埋管总长度为21275米，孔深115米，共需打孔185个。
共分为东西两个区，每个区再分为几组，组内各孔连接采用水平同程连接，室外各区设立分集水器阀门井连接各组，各区再分别连接至机房，机房设立地源侧分集水器，这种分区分组有效的增强了系统的安全性、互备性、可靠性。
从甲方提供的项目总平面图估算，是可以满足室外土壤热交换器的占地要求。
3、土壤温度监测
东西两区各设一土壤温度动态监测井，井内设有Pt1000温度感应电阻（每20米深一个），将地下土壤温度变化传至机房监控中心。
4、地埋管施工关键环节
打孔完毕，下换热器管前应进行水压试验，试验压力1.6MPa，在试验压力下，稳压至少15min，稳压稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。
水压试验合格后，将其密封保持有压状态，准备下管。
下管过程中防止损坏管道，下管要保证将其密封保持有压状态，准备下管。
下管完毕后在地面以上预留1m左右的管道以便以后连管，将换热管进行固定，防止下滑到井内。
U型管安装完毕后应立即灌浆回填封孔，隔离水层，要求灌注密实，确保效果，回填料采用沙子与膨润土（比例95：
5）的混合物。
为防止管道出现漏水现象，管道连接前及连接完回填前还要再次分别打压，压力为0.6Mpa,稳压至少15min，稳压稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象为合格。
地下换热器系统水平埋管采用直埋敷设，管道下垫100mm厚细沙层，铺设水平管道时应避免管道相互挤压。
水平管埋深1.5米以下，管道周围及上部还要覆盖150mm厚细沙。
如在绿化带等处有树木的地方，为防止树根生长对水平管道的破坏，在管道上方盖以砖块加以保护。
四、水蓄（热）方案
1、水蓄能技术简介
水蓄能技术主要针对供电部门推出的昼夜峰谷电价差政策，在夜间利用电力低谷时段很便宜的电力向蓄能设备蓄得能量，在日间电力高峰价格时段释放其蓄得的能量，减少电力高峰时段制冷、制热设备的电力消耗成本。
采用水蓄能，不但在夏季夜间蓄存冷量，还能在冬季夜间蓄存热量。
因此将热泵技术与水蓄能技术强强联合，既可利用热泵技术同时满足制冷和采暖的特性，又可利用水蓄能技术降低运行费用，可谓一举多得！
〖廊坊地区商业分时电价表〗
时段
峰段
平段
谷段
电力价格
（元/KWh）
10KV
8：
00～11：
00
18：
00～23：
00
7：
00～8：
00
11：
00～18：
00
23：
00～7：
00
1.1038
0.6981
0.3149
2、本项目水蓄能设计方案
本项目加设水蓄冷热技术，是非常必要的，原因如下：
◎采用水蓄能技术，可以对冷热负荷起到削峰填谷的作用，有效降低了系统的装机容量，降低打孔数量，使得土壤源热泵系统变得可行；
◎集中在夜间23：
00～7：
00低谷电价蓄能，在高峰电价时段放能，节约了运行费用。
经计算，蓄能池的有效容积为330m3，蓄能池采用钢制保温水罐，分为3个独立的单元罐体，每个蓄能罐为110m3，蓄能水罐内设置上下两层布水器。
实现自动化运行，蓄能、放能、削峰PLC自控运行。
蓄能工况为：
冬季40℃～50℃、夏季14℃～4℃；
最大放能能力：
冷热700KW（总蓄冷热量3838KWh）。
五、高效地源热泵机组选择方案
对于热泵机组，我们采用高效型，即满液式热泵机组，而且选用上海富田最新技术生产的高效喷淋降膜式热泵机组，该机组特点：
※蒸发器——专项技术
Ø世界领先级的喷淋式（降膜式）蒸发器，有效的提高了机组制冷量。
Ø该蒸发器采用壳管式换热器，独特的内部结构设计，使液态冷媒喷洒在高效换热管外壁，达到高效能的换热效果，使机组蒸发温度比一般干式蒸发器，蒸发温度高3～4℃，标准机组蒸发器水侧承压1.0Mpa。
※冷凝器——专项技术
Ø专项设计的高效能冷凝器，可降低机组的冷凝温度。
Ø该冷凝器采用壳管式换热器，其设计结合了过热器与冷凝器，特别适用于低流量高出水温度的场合。
Ø使用独特设计的冷凝器来提高换热效果，降低系统冷凝温度，减少压缩机组耗功。
冷凝器内冷媒流速的控制，优化的布管排列，高效翅片内外螺纹换热管提高了换热性能。
※孔口板节流——专利技术（专利号：
200820058860.0）
ØSEASONS水源热泵均采用孔口板作为降压节流和控制装置。
每组孔口板按压缩机和机组性能量身定做，与机组性能达到极佳的匹配程度。
Ø流量控制可靠，性能稳定，从根本上避免了维修的需要。
对应本项目的机组选型见下表：
名称
规格型号
单位
数量
备注
高效地源
热泵机组
SPRING-WM-250B-1D
制冷量：
790kw功率：
119kwCOP:
6.64
制热量：
863kw功率：
171kwCOP:
5.06
台
2
上海富田机组
喷淋式满液
R22
每个区各选用2台同型号的机组可以提高系统的互备性、安全性、匹配性。
选用2台同型号的机组可以提高机组的互备性、匹配性，可以同时满足系统制冷、采暖、蓄能的需求。
机房所需的面积为275㎡（包括蓄能罐的占地面积），机房总用电量为420KW。
六、大温差空调末端方案
1、节能型空调末端方案
从系统节能、降低运行费的角度出发，考虑到甲方将来自己管理运行，所以空调、采暖运行费的高低显得非常重要，对于本项目的空调末端系统，本公司经过仔细研究，并结合水蓄能技术，建议采用：
大温差风机盘管节能系统
我们引入大温差风机盘管供冷技术，我们知道传统的夏季的冷冻水工况为7℃/12℃，冬季的空调热水工况为40℃/45℃，均为5℃温差工况，而我们推荐的大温差为夏8℃/16℃（冬35℃/43℃），均为8℃温差工况，这种大温差技术就是为了与热泵技术结合提出的一种新技术，其优点如下：
◎空调冷冻水系统的流量降低，仅为5℃温差工况的62.5%，这样可降低一号管路管径，随之的阀门、管件、保温等用量将全面减少，降低工程成本；
◎由于流量降低（仅为5℃温差工况的62.5%），循环泵电功率也随之同比例降低，有效的节约了大量的运行费；
◎由于的工况改变，制冷为8℃/16℃，制热为35℃/43℃，有效了降低的热泵机组的压缩比，提高了热泵机组的COP值，相对于传统工况（制冷为7℃/12℃、制热为40℃/45℃、），机组减少用电量8%～10%；
◎更适合于水蓄能技术的应用，更好的节约运行成本。
以上4点优势，结合大温差热泵技术，实现了传统中央空调无法比拟的优点。
2、大温差末端配置方案
◎末端风机盘管采用青岛欧朗生产的风机盘管（按我公司大温差要求定制），该风机盘管采用高效双进风低噪音前向多翼离心风机，噪音低；表冷器采用亲水铝箔，高效节能；
◎每台风机盘管均设电动两通阀，与风盘温控器连锁，实现系统变流量变频运行；
◎风机盘管控制器采用大屏幕液晶显示温控器，实现室温恒定控制；
七、自动化及动态监控方案
通过我公司自己开发的【BETEER智能化能源管理系统】来实现整个系统的自动化节能运行：
地源热泵机房设置PLC微机自控，实现自动化运行，无人职守，节能运行，系统自我调节匹配管理。
本方案采用热泵核心控制技术，配备德国SIEMENS公司PLC计算机系统，实现制冷、采暖的最大节能运行，系统最佳的可靠运行。
1、并实现以下功能
◎实现水泵变频运行，系统循环泵恒压差、温差变频自动运行，满足不同负荷空调、采暖要求。
◎实现土壤温度场监测，目的是监测土壤温度场变化，采用Pt1000铂电阻，将电信号传递到机房，监测土壤的热平衡性温度场变化；
◎通过网络实现远程动态监控，本功能能够在北京监控中心对本工程中的各设备（包括机组、泵、地源侧等）的运行状态时时监控，能时时发现运行所出现的故障或存在的隐患，同时为系统的定期保养实现数字监管。
保证系统及各设备运行安全可靠。
◎实现能量计费分析功能，让用户能够时时明白运行费的多少，作到费用的科学管理，作到每月、季、年提供运行费报表，最大程度降低能源消耗，降低系统运行费。
2、控制系统组成
由上位机+下位机+执行机构（检测元件）组成。
上位机为组态软件；下位机为德国SIEMENS西门子S7PLC可编程控制器；
执行机构：
变频器选用德国SIEMENS西门子水泵专业型变频器；
电动阀：
采用天津市西博斯流体设备有限公司产品。
【BETEER智能化能源管理系统】界面截图见下：
第三部分运行费用分析
一、运行费用测算
按冬季120天采暖，夏季120天制冷，计算的空调运行费见下表：
季节
土壤源热泵+水蓄能
运行费
冬季采暖（120天）
12元/m2.冬季
夏季制冷（120天）
9元/m2.夏季
二、采用水蓄能所节约的运行费用
我们再来计算一下对于同样采用土壤热泵，加水蓄能能节约多少运行费，我们知道，蓄能池的有效容积为330m3，在冬季的夜间利用低谷电价所能蓄得的总热量为：
330m3×（50℃－40℃）×1.163＝3838KWh。
冬季机组的COP平均值取1：
4.0，所以要制取3838KWh的热量所消耗的电力为：
3838KWh÷4.0＝960KWh。
这样整个冬季120天节约的运行费为：
960KWh×（1.1038元/KWh－0.3149元/KWh）×120天＝90881元。
接下来，我们再计算夏季，在夏季的夜间利用低谷电价所能蓄得的总冷量为：
330m3×（14℃－4℃）×1.163＝3838KWh。
夏季机组的COP平均值取1：
5.0，所以要制取3838KWh的冷量所消耗的电力为：
3838KWh÷5.0＝768KWh。
这样整个夏季120天节约的运行费为：
768KWh×（1.1038元/KWh－0.3149元/KWh）×120天＝72705元。
所以，冬季和夏季总节约运行费为：
90881元＋72705元＝163586元。
可见，采用热泵＋水蓄能比单纯的热泵运行费低很多，有着非常好的节能效果。
第四部分工程造价
一、工程造价一览表
分项名称
工程造价（万元）
1
大温差空调末端工程造价
236
2
热泵蓄能机房工程造价
198
3
土壤换热器工程造价
144
4
合计
578
折合平米造价（按20000㎡建筑面积计算）：
289元/m2
注：
各分项详见附件：
3、〖节能型土壤源热泵中央空调工程造价书〗。
二、工程造价所涵盖的内容
1、大温差空调末端工程造价：
包括大温差风机盘管系统及其安装，包括其控制线路敷设及温控器安装；
包括独立新风系统及其安装，包括其控制线路敷设及控制柜安装；
不包括防排烟及地下车库通风系统。
2、热泵蓄能机房工程造价：
包括地源热泵机组、水泵、水处理等所有设备及机房管路安装；
包括整个机房的强弱电工程，包括机房所有强弱电控盘柜、电缆线桥架及连接；
甲方只负责引主电源线、ADSL宽带线、自来水管接入热泵机房即可；
设备的土建基础、机房照明、机房排水由甲方负责完成。
3、土壤热交换器工程造价：
包括土壤换热器的所有施工，包括打孔、下管、水平连管及土方工程；
包括由于地质情况复杂出现的废孔的风险因素。
4、本报价不含土建相关管理及配合费用。
5、本工程由本公司负责从工艺设计、安装、调试、维保全方位的交钥匙工程。
第五部分与其它空调方式对比
一、可能采用的空调方式
对于本项目，可能采用的空调方式有以下几种：
采暖
制冷
方式A
新型方式
节能型土壤源热泵系统
方式B
其他方式
风冷热泵VRV多联变频机
方式C
其他方式
燃气锅炉
单制冷机组
下面我们把这种三种方式作一个综合对比。
二、初投资对比
类型
序号
分项
单位平米造价（元/m2）
方式A
节能型土壤源热泵系统
289元/m2
方式B
风冷热泵VRV多联变频机系统
300元/m2
方式C
1
集中供热及二次换热站
60元/m2
2
单冷制冷机及制冷机房
100元/m2
3
空调末端（含新风）系统
120元/m2
合计
280元/m2
三、运行费对比
类型
冬季采暖费（元/m2）
夏季制冷费（元/m2）
方式A
12
9
方式B
18
14
方式C
30
15
四、各自特点
类型
优点
缺点
方式A
安全、节能、效果稳定
需要一定的地埋孔场地
方式B
控制方便、相对节能
冬季室外气温过低时，其制热效果差，一旦下雪，几乎瘫痪，
不太适用于北方地区。
方式C
传统方式，效果可靠，初投资低。
不节能，运行费用高
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