地源热泵与太阳能热水对比.docx
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地源热泵与太阳能热水对比
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地源热泵和太阳能热水系
统对比
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地源热泵和太阳能热水系统对比
GB50736-2012
GB50176-93
JGJ134-2001
DGJ32/J71-2008
GB50366-2005
2.7《实用供热空调设计手册》
2.8《通风与空调工程施工质量验收规范》
2009年版
第二版
GB50243-2002
1.项目概况
本项目为*******易地新建建设项目，位于京杭大运河南侧，扁担河西侧,南观路北侧，时代路东侧，规划用地面积140359平方米，新建建筑面积88926平方米。
2.设计依据2.1《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》
2.2《民用建筑热工设计规范》
2.3《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》
2.4《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》
2.5《地源热泵系统工程技术规范》2.6《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力》
2.9建筑等其他工种提供的设计图纸及资料
3.设计参数
3.1室外气象参数（本工程参照**气象条件）
室外计算干球温度
（C）
室外计算湿球温度
（C）
室外计算相对湿
度（%
平均风速
（m/s）
主导风向
冬季
夏季
夏季
冬季
冬季
夏季
冬季
夏季
-5
34.6
28.6
75
3
3
C
NW
SE
SSE
3.2室内设计参数
序
号
房间名称
温度
（C）
湿度
（%）
新风量
（m3/p?
h）
备注
:
夏季
冬季
夏季
冬季
1
教室
26
18
50~60
-
17
2
办公
26
20
50~60
-
30
3
体育馆
26
18
50~60
-
20
4
宿舍
26
20
50~60
-
30
5
会议室
26
18
50~60
20
4.负荷分析
4.1冷热负荷计算
根据负荷计算，本工程的空调设计冷负荷约为：
4000kW,设计热负荷约为：
2400kW。
4.2宿舍生活热水负荷计算
宿舍部分（床位数：
2836）
设计用水量：
40L/人？
日
生活热水出水温度：
60C
冷水计算温度：
5C
全天用水量：
220X400=113440L/日
热负荷：
Q=CXMXATXp=113440x（60—5）X4.187X
0.983=25680MJ
餐饮部分
考虑热负荷：
500MJ
总全天热负荷：
25680+500=26180MJ
5.太阳能热水系统方案分析
根据太阳能集热器采光面积计算公式：
As=QrdxCx（tr-tL）xf/jtn（1-nL）
式中：
As-集热器米光面积，m2;
Qrd-日均用水量，kg;
c-水的定压比热容，（4.187kJ/kg「C）；
tr-贮水箱内水的设计温度，C;
也水的初始温度，C；
Jt-当地集热器采光面上年平均日太阳辐照量，kJ/m2;
f-太阳能保证率，无量纲；
n-集热器年平均集热效率，无量纲；
根据经验值取0.25〜0.50，具体取值要根据集热器产品的实际测试结果而定；
nL-管路及贮水箱热损失率，江苏地区根据经验值宜取值
0.2~0.3o
*******若使用太阳能系统制取生活热水时，假设屋顶可铺太阳能集热器的地方全铺，考虑太阳能集热器的检修间距要求及屋面的具体情况考虑以及整体立面的效果综合考虑，剩余屋顶面积大约为2500平米。
其中Jt=12497kJ/m2。
Qrd=Asxjtn（1-nL）/（Cx（tr-tL）xf）
=2500x12497x0.4x（1-0.3）/（4.187x（60-5）x0.45）
=84416.2kg/d
根据GB50015-2003建筑给排水设计规范5.3.2
qrd=Qd/1.163（tr-tl）pr
Qd=1.163（tr-tl）prqrd
=84416.2x1.163x（60-5）x0.983x3600=19108.4MJ
qrd设计日热水量
Qd设计日耗热量
tr设计热水温度
tl设计冷水温度
Pr热水密度
日平均实际产热量为19108.4MJ
理论日平均产热量为12497X2500=31242.5MJ
日平均实际产热热效率为61%
全年实际产热量为19108.4X365/3600=1937.4MWh
全年理论产热量为31242.5X365/3600=3167.6MWh
全年生活热水需要的热量为7970X365/3600=2654.4MWh
全年辅助加热产热量为717MWh,辅助加热采用电能考虑，则全年
耗电量为717MW6
6.地源热泵系统提供生活热水分析
6.1地源热泵系统概述
地源热泵空调系统是把热交换器埋于地下，通过水在高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。
夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。
同时储存热量，以备冬用。
冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用。
大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮的空间，这样就实现了能量的季节转换。
6.2地源热泵特点
1属于可再生能源利用技术
地表浅层好象一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。
这种近乎无限、不受地域、资源限制的低焓热能，是人类可以利用的清洁可再生能源。
并且地能不象太阳能受气候的影响，也不象深层地热受资源和地质结构的限制。
另外地源热泵冬季供暖时，同时对地能蓄存冷量，以备夏用，夏季空调时，又给地能蓄存热量，以备冬用。
因此说地源热泵是可再生能源利用技术。
2高效节能和低的运行费用
由于地源温度全年相对稳定，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、供热采暖网，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%,因此要节能和节省运行费用40%左右。
3环境效益显著
既不破坏地下水资源，又无任何污染，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。
4一机两用
地源热泵可供暖供冷，全年冷热供应，节省投资和占地。
地源热泵这种可再生能源利用技术，高效节能且无任何污染，顺应了国际能源发展大趋势，也顺应了我国的能源与环保政策，是值得研究与大力发展的可再生能源利用方式。
6.3地源热泵工作原理
地源热泵工作原理地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。
6.3.2地源热泵技术路线地源热泵技术路线有以下两种：
土——气型地源热泵技术和水——水型地源热泵技术土——气型地源热泵技术以美国的技术为代表，水——水地源热泵技术以北欧的技术为代表。
二者的差别是：
前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热，通过分散布置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。
后者是从地下水中取热或向其排热，经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。
由于美国的土一一气型地源热泵技术，可以不用地下水，采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式，直接从浅层土壤取效或向其排热，不受地下水开采的限制，推广的范围更大、更灵活。
633地源分类地源按照室外换热方式不同可分为三类：
①土壤埋管系统，②地下水系统，③地表水系统。
根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。
闭环系统如埋盘管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置换热器方式。
开环系统如抽取地下水或地表水方式。
此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。
6.3.4地源热泵系统的形式土-气型地源热泵系统按照室外换热方式不同分，主要有三类形式：
①地耦管系统该方案只需在建筑物的周边空地、道路或停车场打一些地耦管孔，室外水系统注满水后形成一个封闭的水循环，利用水的循环和地下土壤换热，将能量在空调室内和地下土壤之间进行转换。
故该方案不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。
②地下水系统项目四周假如有可利用的地表水，水温、水质、水量符合使用要求，则可采用开式地表水（直接抽取）换热方式，即直接抽取地表水，将其通过板式换热器与室内水循环进行隔离换热，可以避免对地表水的污染。
此种换热方式可以节省打井的施工费用，室外工程造价较低。
③地表水系统项目四周假如有可利用的地表水，水温、水质、水量符合使用要求，则可采用抛放地耦管换热方式，即将盘管放入河水（或湖水）中，盘管与室内循环水换热系统形成闭式系统。
该方案不会影响热泵机组的正常使用；另一方面也保证了河水（湖水）的水质不受到任何影响，而且可以大大降低室外换热系统的施工费用。
6.4地源热泵系统方案
本工程地源热泵地埋管采用钻孔垂直埋管，钻孔间距大于
5.0m，80米有效井深，？
32HDPE管,双u连接，钻孔孔径？
150。
6.5地源热泵系统提供生活热水分析
夏季地源热泵系统提供空调的冷负荷，同时可产生副产品热水作为生活热水的热源。
冬季地源热泵系统同时承担空调负荷和热水负荷。
6.5.1夏季地源热泵系统提供生活热水
夏季空调运行按照2.3%的时间为满负荷运行，41.5%的时间为75%负荷运行，46.1%的时间为50%负荷运行，10.1%的时间为25%负荷运行。
Q仁（100%X2.3%+75%X41.5%+50%X46.1%+25%X10.1%）XQ2XT
=59%XQ2XT
式中：
Q1制冷季累计冷负荷
Q2设计总冷负荷
T——制冷季累计制冷时间，夏季平均机组每天运行16小时，运行周期为150天。
代入上式得夏季地源热泵可提供给生活热水的热量为：
Q仁59%X1360X150X16=1925.76MWh
依靠制冷时产生的热量为（制冷机回收效率为86%）:
Q1'=Q1X（1+1/EER）X86%=1997.44MWh
夏季生活热水需要的热量为7970MJX150/3600=1090MWh，小于
Q1'。
因此夏季通过热回收能够满足生活热水的需求。
夏季地源热泵主机（带全热回收）提供的热量为产品提供的附属能量，利用这些能量不需要额外耗费电量。
6.5.2冬季和过渡季地源热泵系统提供生活热水
冬季和过度季节（按215天计算）太阳能总产热量为
19108.4X215/3600=1141.2MWh,
冬季和过渡季节生活热水需要热量为26180X
215/3600=1563.5MWh,
总辅助加热电量为1563.5-1141.2=422.3MWh。
为了提供与太阳能产生相同热量的能量，主机的耗电量为
W=Q/cop=1563.5/4.875=320.7MWh
7.技术经济型比较
7.1评价基准条件
冷水平均进水温度20C
电价0.55元/度
热水用量按每人每天40L
该户设计用水计算人数：
2836人
地源热泵主机COP按4.875计算
太阳能热水系统补充热源按电加热计算，电能转换为热能的利用率按100%计算。
7.2地源热泵系统生活热水运行费用计算
地源热泵产生热水部分运行耗电计算；夏季利用余热回收免费提供生活热水；其他季节使用地源热泵主机制造生活热水，由每日用热水量换算出设备耗电功率X开机时间。
7.3太阳能热水系统运行费用计算
太阳能热水系统设备运行耗电计算：
太阳能制取免费生活热水，
暂时不考虑阴雨天对太阳能使用的影响，不够部分使用电加热制取生活热水，电能转换为热能的利用率按100%计算。
7.4各种系统费用分析汇总表
太阳能系统
地源热泵系统
生活热水负荷（MJ/D）
26180
26180
每年所需的电量（MWh
717
320.4
每年所需的电费（元）
394351
176220
7.5各种系统技术分析
太阳能热水系统
地源热泵系统
系统形式
太阳能+辅助供热系统
地源热泵系统
使用范围
只用于热水
主要用于空调系统，热水为附带产品，热水不利用就会浪费
对建筑影响
影响建筑外观
对建筑外观不产生影响
气候影响
气候影响大，阴雨天时不便使用
不受天气影响
全年能耗
717MVh
夏季依靠热回收部消耗能量
冬季和过度季节320.4MWh
8.施工保证措施
8.1地源热泵热响应测试
地埋管地源热泵热响应测试是用以获取地下岩土体的热物性参数等，作为地源热泵设计的重要依据。
本项目通过地源热泵热响应测试，在测试报告基础上作出合理的地缘热泵系统设计。
8.2土壤热平衡计算
根据空调冷热负荷和热水用来，按照空调系统夏季空调120天；冬季运行100天；全天运行16小时计算，根据前面的负荷分析计算得出全年年平均冷热负荷、释放与提取热量如下表：
项目
夏季
过度季节及冬季
首未济孙曰夏季热回收
夏季放热量怖爲日
取热量
生活热水取热量
冬季取热量
放热量和取热量比值
公式
土壤换热器冷负荷X16小时X0.51（综合使用系数）X120天
=年平均放热量
每天生活热水的负荷X
120天=夏季
热回收取热量
每天生活热水的负荷X
（1-1/cop）X
245天
土壤换热器热负荷X16小时X0.51（综合使用系数）X90天=年平提取负荷
0.9668
年释放与提取热量
（kWh）
3916800
872667
1416219
1762560
合计
3916800
4051446
由计算可见，由于机组带有热回收功能，全年的生活热水量产生相当一部分的取热量，使得全年土壤的放热量与取热量基本持平衡状态。
9.结论
9.1地源热泵系统同时承担空调负荷与热水负荷。
若使用太阳能系统时，为了满足空调要求，需另增设空调系统。
9.2地源热泵系统受气候条件影响小，太阳能系统受气候影响大。
9.3地源热泵系统不对建筑外立面产生影响，太阳能系统影响建筑外立面。
9.4全年利用地源热泵系统提供给生活热水消耗的总的电能为
320.4MWh，太阳能热水消耗电能为717.0MWh。
使用地源热泵系统提供本项目生活热水为同等条件下太阳能热水系统年运行费用的44.7%。
综上所述，地源热泵系统可替代太阳能热水系统，作为本项目的空调及生活热水的冷热源。
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