建筑节能地源热泵专项设计方案.docx
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建筑节能地源热泵专项设计方案
建筑节能地源热泵专项设计方案
嵊泗龙眼礁旅游度假中心 地源热泵中央空调系统 节能专项设计方案 嵊泗远东长滩旅游开发有限公司 2011年6月14日 目 录 第一章、项目概况与地源热泵可再生能源介绍..........................1、项目概况.............................................................................1、设计范围.............................................................................2、设计指导思想和设计特点................................................2、设计规范.............................................................................3、地源热泵是可再生能源的利用........................................4第二章、节能新技术应用方案及节能示范内容........................12、项目空调系统设计要求..................................................12选用空调系统的客观分析................................................12（三）、地源热泵空调系统介绍....................................................15、空调系统设计参数..........................................................19、负荷校核书.......................................................................20、设备容量校核..................................................................30第三章源侧地埋系统技术运......................................................37、地质条件分析..................................................................37、岩土热物性测试分析......................................................38、系统管井周围土壤的温度变化模拟计算......................51、全年动态负荷与土壤热平衡计算..................................53 2 、源侧换热器系统设计计算确定......................................55、地埋管管材的选择........................................................57、地耦布置汇总说明........................................................58、室外地埋管系统施工工艺..............................................58第四章、项目创新推广价值和综合效益分析（节能篇）.............63、项目创新点.......................................................................63、推广价值...........................................................................63、成本概算分析..................................................................66、节能效益分析..................................................................68、项目节能量计算..............................................................75、资金落实情况..................................................................75 3 第一章、项目概况与地源热泵可再生能源介绍 、项目概况 1、工程项目：
嵊泗龙眼礁旅游度假中心地源热泵中央空调系统工程2、建设单位：
嵊泗远东长滩旅游开发有限公司3、具体地址：
浙江省舟山市嵊泗县菜园镇高场湾村4、建筑类型：
公共建筑 5、建筑面积：
项目总建筑面积平方米6、使用功能：
旅游、度假、住宿 7、建设时间:
工程建设时间为2009年11月-2012年3月8、地源热泵系统节能示范项目总投资：
万元9、示范工程中应用可再生能源的投资增量：
万元10、工程项目总平面示意图：
1 、设计范围 龙眼礁旅游度假中心地源热泵系统的设计范围是酒店主楼、副楼的中央空调系统和酒店主楼、副楼、员工综合楼、7栋海景房热水系统。
、设计指导思想和设计特点 1、协调与可持续发展原则 协调当地经济发展、社会进步和生态环境保护之间的关系，坚持社会、经济、生态三方面效益的统一。
协调近、中、远期建设的要求，完善、改造、新开发的建设用地的关系，保证建设的协调与可持续发展。
2、整体性原则 把基地设计作为泗礁本岛整体环境建设的一个部分，从大范围考虑其功能定位、规划布局、交通联系、用地构成和建筑控制等内容；同时将同在南长涂片区的高场湾村、石柱村和南长涂片区沙滩游乐区作为一个整体考虑，使其相互协调，共同发展。
3、景观优先原则 基地有着极为丰富的滨海旅游度假景观资源，从整体上看，以旅游休闲度假开发为主，所以开发必须对片区内场地实行科学规划、统一管理、严格保护、永续利用，以强调特色旅游景观的特征，展现滨海景区的自然风貌。
4、突出滨海特色原则 强调对片区内海滨环境、景观、旅游、度假、村落居住等人文活动特点的保护与继承发展。
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5、坚持保护优先，开发服从保护的原则 南长涂沙滩，滩势平缓，滩形优美，沙质细软洁净，是南长涂片区的核心景区；南长涂近海海域的海水，岛礁和馒头山的黑松林等也是这里最宝贵最具特色的风景旅游资源，设计中做到少开发多保护原则。
、设计规范 本项目在设计及实施过程中，严格遵循了国家和浙江省相关的节能标准及要求，其中主要包括：
1、《民用建筑热工设计规范》2、《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-20033、浙江省《公共建筑节能设计标准》4、《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》5、《建筑幕墙》。
6、《建筑外窗空气声隔声性能分级及检测方法》。
7、《建筑外窗采光性能分级及检测方法》。
8、《建筑外窗保温性能分级及检测方法》。
9、《住宅建筑围护结构节能应用技术规程》DG/TJ08-206-2002。
10、《全国民用建筑工程设计技术措施--节能专篇》《建筑》 分册。
11、《全国民用建筑工程设计技术措施--节能专篇》《暖通 空调2动力》分册。
12、《全国民用建筑工程设计技术措施--节能专篇》《电气》 分册。
3 13、国家《公共建筑节能设计标准》14、国家、省、部的其他相关规范及规定。
、地源热泵是可再生能源的利用 1、地源热泵系统介绍 地源热泵空调系统是一种利用含有大量能源的土壤作为吸热或排热的热交换器，实现空气调节的系统，被称之为二十一世纪的“绿色节能空调技术”。
国家规范GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》对地源热泵的具体定义为：
以岩土体、地下水或地表水为低温热源，水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的空调系统。
2、地源热泵的分类 地源热泵空调系统根据源侧换热器的形式不同可以分为如下几类：
4 土壤源热泵系统：
以导热好、抗腐蚀、强度高、且可挠曲的材料制成管路，内有导热流体同土壤直接换热后，进入地源热泵机组的热交换器。
此管路称为地耦管。
按其敷设方式分为：
A.水平敷设地耦管路：
B.垂直敷设地耦管路：
优点：
初投资较垂直埋管系统低 优点：
运行及维护费用低 运行维护费用低 系统可靠性强，稳定性强节能效果明显 占地面积小 5 没有任何污染 节能效果明显、没有污染缺点：
换热器占地面积较大 缺点：
初投资费用稍高地表水系统：
地源热泵机组通过盘管及内部流体与江河、湖泊、海水进行 热交换——吸热和排热。
可分为开式和闭式两种系统。
A、闭式系统 B、开式系统 优点：
无需占用土地 缺点：
需临近有较大面积水域 室外施工费用低 系统效率低于其他方式不产生任何污染 使用寿命比地埋换热系统短地下水系统：
可分为开式系统和闭式系统。
A、开式地下水地源热泵系统，是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下。
B、闭式地下水地源热泵系统，是在地下水和地源机组之间用板式换热器隔离。
地下水通过板式换热器和机组内的循环水进行能量的交 6 换。
优点：
运行及维护费用低 室外施工费用较低建筑周围环境影响小缺点：
打井受政策限制 系统易受地下水源状况影响混合系统 目前，随着地源热泵中央空调的发展，为了缓解地源热泵初投资较高的问题，该种系统在市场上应用也较多。
在冬夏季冷热负荷不相等，如夏季冷负荷大于冬季热负荷时，则冬季完全从地源部分吸热，夏季负荷高峰期时，辅以其它形式散热。
目前，应用较多的其它辅助形式主要有：
冷却塔、景观喷泉等。
优点：
系统除投资较低 室外埋管占地面积小缺点：
需要定期清理冷却水系统3、地源热泵系统的特点 地/水源泵空调系统是以水为载体，通过热泵机组的运行，冬季将地下水或土壤热能传递转移到需供暖的建筑物内部，夏季又可以将建筑物内热量，通过热泵机组的运行，传递转移到地球浅部地层中去。
它充分利用了地下水或地下土壤常年温度相对稳定的特点，大大提高了系统运行效率，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的一种空调系统。
与常规空调系统相比，具有其不可比拟的优点：
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高效、节能 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%-60%，因此要节能和节省运行费用40%-60%左右。
另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
一机多用，应用范围广，安全可靠 地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、酒店、医院、办公楼、学校等建筑，也适合于别墅住宅的采暖、空调。
无储煤、储油罐等卫生及安全隐患，安全可靠。
低运行费用 地源热泵系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用。
维修量极少，使用寿命和建筑物同期，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。
自动化程度高，无需专业人员操控。
运行灵活，系统可靠性强 机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。
较长的使用寿命 经国外运行验证，地源热泵机组寿命均在20年以上。
地下环路采用高密度聚乙烯管，在不受外力破坏的情况下，使用寿命可达70年以上。
8 环保，无污染 地源热泵系统没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，可大幅度降低温室气体的排放，既保护了环境，又可遵守《全球气候公约》。
节省占地空间 一般没有冷却塔和其它室外设备，省去了锅炉房、冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的宝贵面积，没有中央空调集中占地问题，节省了空间和地皮，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。
与常规风冷空调相比没有了室外，便于营造更和谐、宁静的人居环境。
属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。
地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。
它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。
这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的。
如其应用会受到不同地区、不同地质及不同用户的影响；相对常规空调，一次性投资及运行费用会有所增加；若采用地下水的利用方式，会受到当地地下 9 水资源的制约，但实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水也可全部回灌，不会对水质产生污染。
4、地源热泵的发展与应用 地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。
如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。
1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。
美国地源热泵工业已经成立了美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。
美国目前已达到每年安装40万台地源热泵的目标，降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达亿美元，此后，每年节约能源费用再增加亿美元。
与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。
据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。
美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、浙江和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商 10 业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。
与此同时，科技部委托的中国企业公司将美国的地源热泵技术及设备引进中国市场，这促进我国地源热泵的市场化、产业化的发展，并使我国地源热泵的研究开发尽快跟上国际潮流。
目前，我国的地源热泵事业已开始发展状大，而且发展势头越来越好。
越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，接受地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣。
尤其在今天，国家出台了众多政策，如将地源热泵技术的应用列入建设事业“十一五”重点推广技术领域、提出“节能减排”的号召、实行“节能补助”等，并在《暖通设计规范》、《建筑节能设计规范》中明确提出在有可利用的资源条件下，使用地源热泵空调系统。
在能源问题越来越严重的今天，该些举措为地源热泵空调系统的应用提供了良好的发展空间。
11 第二章、节能新技术应用方案及节能示范内容 、项目空调系统设计要求 1、空调系统设计范围 本项目的设计范围包括酒店主楼、副楼的地源热泵中央空调系统和酒店主楼、副楼、员工综合楼、7栋海景房的地源热泵热水系统。
其中酒店主楼的建筑面积为平方米，酒店副楼的建筑面积为平方米，员工综合楼的建筑面积为平方米，7栋海景房建筑面积为平方米。
整个地源热泵系统涉及的建筑总面积为平方米。
2、本项目的设计主要特点与需求如下：
选用空调系统的客观分析 针对项目对空调使用效果要求、项目所处环境及对建筑的整体要求进行空调系统选型分析。
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1、海风对风冷机组的影响 本项目位于嵊泗县菜园镇南面，泗礁岛南部高场湾村西侧海边，海面吹向地面的风比从地面吹来的风携带更多的水分，湿度更大,会与VRV空调系统或者风冷热泵空调系统机主的金属部分发生氧化还原反应，对机组设起到腐蚀影响。
海面的温差变化小，一般说海风腐蚀性大的时候都是夏季左右。
这个时候海面温度低，所以形成向陆地吹来的风，于日照、温度、蒸发等原因。
这个时候海风的风力要比一般风或者其他时候的的海风大。
所以作用力更大。
对暴露与室外的VRV空调主机与风冷热泵空调主机及冷却塔等设备腐蚀影响更大。
于以上原因，此项目采用VRV系统和风冷热泵系统，效果不稳定，冬季增加除霜量，机组寿命短，因此不采用此两种系统。
2、不利于海水源热泵空调系统的实施 此项目尽管位于海边，但不利于海水源热泵机组的实施。
取水口离机房太远，不方便海水的运输，并且海水虽然进行过净化处理但杂质含量还是很高。
远距离输送时会在运输管路的低洼处结垢不方便清洗，堵塞管道带来不便，且海水输送管段距离很远管子口径又大不方便远程埋设。
海水潮起潮落，使海水温度不稳定，取水口难以掌控。
而且取水井清淤将带来较大的维护工作量。
冬季海水温度约为4~6℃，制热效果不佳，能效低。
于管线是远距离输送，运送途中管线的走向收地貌地质的影响可能会造成水管局部阻力和沿程阻力增加，也增加了很多不确 13 定因数。
于海水具有腐蚀性，对源侧设备腐蚀强，对管材和机组的材料有特别要求，如采用釱合金材料，投资成本增加过大，并且维护费用高。
于以上原因，不采用海水源热泵系统。
3、水-水式螺杆机组不利于环保 采用水水式螺杆机组，夏季散热需要安置冷却塔进行散热，冷却置于室外，受海风的侵蚀影响较大，使用寿命短。
冬季制热需要增加锅炉作为热源，耗电或耗油、煤。
而此项目要求做到低碳环保，与周围环境相协调，而采用煤油锅炉+螺杆机组，即无法降耗，并且增加碳排放，对保护周围生态环境有一定影响。
因此不采用此系统。
4、地源热泵系统是此项目空调系统最佳方案 本项目位于海边，10米以上为沙土层，10米以下为岩石层，为地源热泵系统提了优越的条件，并且地源热泵系统不会受到海风的影响，具体如下：
本项目10米以下为全岩石，岩石密度高，散热系数大，增加了埋管的换热能力；并且周边面积宽余，适合埋管，增加散热系数。
地源热泵机空调系统主机和换热部分不位于室外也不会与室外空气接触，不受海边天气的影响，而腐蚀机组。
并且地源热泵空调系统可实现同时制冷制热制取生活热水，同样具有高效节能、绿色环保的特性。
14 5、总结 根据项目实际情况，周围环境影响，采用地源热泵中央系统。
不但响应现国家节能减排的号召，同时地源热泵所具有的高效率和舒适性能，提升了建筑物的品质。
（三）、地源热泵空调系统介绍 项目采用地源热泵系统，整个热泵中央空调系统分室内部分和室外部分。
结合项目的特点及周边环境，充分利用建筑周边现有的资源，因地制宜地制定空调系统方案。
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末端系统：
风机盘管+新风系统 大开间区域如酒店大堂、餐厅等区域采用卧式空气处理机集中处理后经风管送到各空调区域，客房则采用卧式暗装风机盘管+独立新风系统。
风机盘管吊装在酒店客房的吊顶上面。
系统气流组织形式可结合装修特点采用上送上回或侧送上回的形式。
送风口采用双层百叶送风口或方形散流器。
回风口采用单层百叶回风口。
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机房系统：
15 地源热泵螺杆式机组是以地能为主要能源辅以电能，通过先进的设备将地下取之不竭但不易利用的低品位再生能源开发利用，使其变为高品位能源。
于采用地能，所以不受室外环境和气候的影响，运行稳定，没有风冷热泵机组的除霜和小区热岛效应等问题。
全热回收地源热泵机组螺杆压缩机、蒸发器、冷凝器、全热回收器、节流元件组成，如上图所示。
标准冷热水型地源热泵机组螺杆压缩机、蒸发器、冷凝器、节流元件组成； 主机一台地源热泵全热回型收机 组及一台标准式地源热泵机组组成。
全热回收机组负责制冷制热同时负责卫生热水的制作，标准机准补充制冷制热。
在夏季，全热回收型机组优先运行，机组蒸发器侧的冷冻水通过冷循环水泵输送到风机盘管等末端设备，达到制冷目的。
当需要制取生活热水时，通过外部阀门切换，全热回收换热器回收100%的冷凝热用于制取生活热水，经过生活热水一次循环泵输送到生活热水蓄热水箱，生活热水蓄热水箱输送至各个热水使用末端，达到生活热水的供应。
在这种模式下机组制冷、制生活热水同时实现。
系统运行时，热回收机组系统水泵、生活热水泵）运行，机组持续供应热水，热水水温逐渐升高：
当热水水温 16 上升到60℃时，全热回收热交换器切换到冷凝器，将冷凝热通过室外地埋换热器向土壤散走。
反之，当热水水温下降到55℃时，自控系统自动采集热水箱内的温度，将冷凝器侧的电动阀关闭，全热交换器侧的电动阀打开，冷凝器切换到全热回收交换器，回收100%的冷凝热实现热水的制取。
当系统末端使用负荷量增加，冷冻回水温度逐渐升高，该台机组不能满足末端空调负荷的需求时启动另一台标准型地源热泵机组，使末端使用负荷量和机组制冷量达到一个动态平衡。
冷冻水进出口温度12/7℃，冷却水进出口温度25/30℃；制生活热水工况：
冷凝器进出口温度55/60℃。
冬季及过渡季节运行时，全热回收型机组优先制取生活热水，之后制取空调热水。
自控系统自动采集生活热水实际温度，采用温控装置进行调节制热功率。
当热水水温上升到60℃时，自控系统自动采集冷冻水温度，地源热泵机组停止运行。
本次方案水泵与主机采用一一对应的方式，与主机实现联动，水泵采用变频，根据负载侧的流量控制水泵开启度，实现台数调节。
酒店的入住安排一般以层为单位，即一般某一层住满后，才会安排住客入住其他层。
所以风机盘管为分层控制。
每层设置电动阀，当这一层有住客时，才开启空调。
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源测换热系统：
采用地下埋管形式进行换热 源侧设计总负荷：
Q＝758kw 地耦管设计单位换热量：
Q＝65W/M（井深）地耦管设计孔间距：
H＝设计布孔数量：
160个总管长：
14414m单孔有效深度：
100m垂直埋管直径：
D25垂直埋管形式：
双U地藕管垂直孔孔径：
Φ130mm 18 ?
、空调系统设计参数 1、室外设计参数 夏季空调室外计算干球温度 ℃夏季空调室外计算湿球温度 ℃夏季空调日平均温度 ℃夏季通风温度 ℃季空调室外计算干球温度 -℃冬季空调室外相对湿度 82%夏季通风室外相对湿度 62
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