小区地源热泵空调项目立项可行性研究报告.docx
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小区地源热泵空调项目立项可行性研究报告
小区地源热泵空调
项目建议书
一、工程概况
1.1地理概况
延安位于黄河中游，属黄土高原丘陵沟壑区。
延安地貌以黄土高原、丘陵为主。
地势西北高东南低，平均海拔1200米左右。
北部的白于山海拔1600～1800米，最高点在吴旗县五谷城乡的白于山顶，海拔1809.8米；最低点在宜川县集义乡猴儿川，海拔388.8米，相对高差1421米。
北部以黄土梁峁、沟壑为主，占全区总面积72%；南部以黄土塬沟壑为主，占总面积19%；全区石质山地占总面积9%。
西部子午岭，南北走向，构成洛河与泾河的分水岭，是高出黄土高原的基岩山地之一，海拔1500～1600米，主峰1687米；东部黄龙山，大致呈南北方向延伸，海拔1500米，主峰（大岭）海拔1788.7米；中部劳山，呈西北——东南走向，平均海拔1400米，主峰（大墩梁）海拔1464米。
黄龙山和劳山统称为梁山山脉，形成延安地区地形的骨架。
延安属高原大陆性季风气候，北部属半干旱地区，南部属半湿润地 区。
冬季寒冷干燥，维持期长；春季气温快升多变，易有霜冻，多大风、风沙、浮尘天气，常有春旱；夏季温热，雨量集中，间有伏旱，多雷阵雨天气，偶有冰雹；秋季气温速降，多雾，早霜出现，有阴雨天气。
温度日较差大，全区年平均日较差为10.9～14.9℃，志丹、甘泉最大，洛川最小。
一年中，4～6月日较差较大，平均12～17℃；7～9月日较差较小，平均10～13℃。
H.H伊万诺夫湿润度在0.41～0.79之间，7～9月大部分地区大于1.0；10月份在0.6～1.0之间；11月至次年6月小于0.6。
1.2工程内容及范围
该地源热泵中央空调系统用于延安某项目的夏季制冷/冬季制热;建筑空调面积约1.2万M2,要求该空调系统在满足舒适型空调效果的同时,能够体现国家节能环保的能源政策方针,同时具有较高的经济性/节能性/环保型意义.
二、系统设计方案
2.1设计依据
1、主要设计规范、标准
（1）《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）
（2）《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ-2003）
（3）《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242－2002）
（4）《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）
（5）《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JCJ134-2001）
（6）《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）
（7）《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）
（8）《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101—2004）
（9）其他必需的规范、规程
2、设计基础资料
（1）民用建筑暖通空调设计技术措施；
（2）《采暖通风与空气调节设计手册》
（3）室外空气的空调设计参数：
（4）甲方提供的建筑图纸；
（5）地质情况：
本次地源热泵空调是在地下土壤为粘土的基础上设计。
2.2地源热泵系统综述
2.2.1.地源热泵系统技术概念
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，既可供热又可制冷的高效、环保、节能的热泵技术。
2.2.2.地源热泵技术原理和地源热泵中央空调系统分类
地下浅层地热资源分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。
地源热泵中央空调系统主要分三部分：
室外地能换热系统、水源源热泵机组和室内采暖空调末端系统。
地源热泵中央空调系统按照室外换热方式不同可分为四类：
（1）土壤源热泵中央空调系统；
（2）地下水源热泵中央空调系统；（3）单井换热热井中央空调系统；（4）地表水源热泵中央空调系统。
根据室外循环水是否为密闭系统，分为开环系统和闭环系统。
2.2.3.地源热泵中央空调系统特点
1）属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球所储藏的太阳能资源作为冷/热源，进行能量转换的供暖空调系统。
其中可以利用土壤或水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。
地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了约47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。
这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。
所以说，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。
2）高效节能
地源热泵可利用的地下水或土壤温度冬季为8-15℃，热源温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
而夏季地下水或土壤为10-24℃，冷源温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
3）节水省地
①以土壤或地下水等为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染。
②省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。
4）运行稳定可靠
地下水或土壤的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。
是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，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,不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
5）环境效益显著
地源热泵使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。
所以节能的设备本身的污染就小。
地源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134a、R407c和R410A等替代工质。
地源热泵的运行没有任何污染，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。
6）一机多用，应用范围广
地源热泵中央空调系统可供暖、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冷水机组的两套装置或系统。
地源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑。
7）自动运行
地源热泵由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到20年以上。
2.2.4.该项目地源热泵系统概述
考虑到该项目的规模及经济性,最终选择利用土壤源作为空调系统的模式;采用垂直埋管形式（垂直埋管深度在冻土层以下，苏州地区水平主横埋管深度不得小于1.5米），利用地下浅层土壤温度常年保持在8℃～15℃左右的特点，通过地下埋管内的介质循环与土壤进行闭式热交换达到供冷供热目的。
夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温；冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。
图1.地源热泵中央空调系统运行原理图
2.3冷/热负荷计算
1.室内设计参数
建筑类别
夏季
冬季
新风量
M3/h.人
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
住宅
25-28
55-65
18-22
40-50
45
2.冷/热负荷计算
根据《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ-2003）中提供的工程经验值,该设计中夏季冷负荷和冬季热负荷分别为:
序号
层数
面积
冷负荷KW
热负荷KW
1
1层
4542M2
272
272
2
2层
4435M2
266
266
3
3层
4518M2
271
272
2.4地源热泵空调系统设计
地源热泵是以地下土壤层为冷（热）源对建筑物进行供暖、供热水和空调供应的技术。
地源热泵全年运行工况稳定，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。
所以，地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地下水，又不会影响地面沉降。
本地源热泵系统采用地耦管系统作为热泵主机的冷热源，通过室外地埋管管网对空调房间夏季提供7℃冷冻水（冬季45℃的热水），再通过室内空调末端设备对每个房间进行制冷及供暖。
2.4.1、热泵机组的设计
（1）热泵机组的选型
热泵机组的选型一般原则有：
满足系统的设计负荷；系统的初投资与运行费用小。
根据以上的冷、热负荷,因此选择型号为天加满液式水源螺杆热泵机组三台。
表2热泵机组性能参数（空调工况）
设备型号
台数
冷负荷（KW）
耗电量（KW）
热负荷（KW）
耗电量（KW）
Psrhh-
1
932
154
980
201
机组标准运行工况：
制热工况：
地下环路出水8℃，用户侧进水40℃，出水45℃；
制冷工况：
地下环路进水25℃，出水30℃，用户侧进水12℃，出水7℃；
（2）热泵机组的运行方案
夏季制冷工况：
逐级开启水源热泵机组作为建筑物空调的冷源，提供7℃的冷冻水,对建筑物进行制冷（机组最大制冷量为966KW，完全满足空调的需求）
冬季供暖工况：
逐级开启水源热泵机组作为建筑物空调热源，提供45℃的热水,对建筑物进行制热（机组最大制热量为947KW，完全满足空调的需求）
过渡季节：
可用于正常的机组日常维护与保养。
2.4.2、室外地耦管系统设计
室外地耦管是地源热泵系统设计的关键，本工程的重点也是室外地耦管的设计与施工。
由于对苏州地区来说，以夏季空调为主，所以地下地耦管系统按夏季考虑，取最不利情况下的计算结果作为依据。
A、埋管形式：
地源热泵的地下埋管形式有竖直埋管和水平埋管两种形式，本工程中，考虑到苏州地区地下结构在100米深度可能出现强花岗岩石层，因此，为减少地埋管的钻孔陈本，该项目采用垂直埋管中的双U型管。
采用制作成型的U型管，可节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。
B、管材的选取
由于所有埋管均在建筑物基础下面，一旦将埋管埋入，就不可能进行维修或更换，这就要求保证埋管的化学性质稳定并且耐腐蚀。
根据地源热泵施工规范要求选择高密度聚乙烯PE100管。
额定承压能力1.6Mpa，导热系数0.42W/（m·k）。
C、地埋管管路负荷计算
夏季向土壤中排放的热量按下式计算：
其中：
——夏季向土壤排放的热量,KW；
——夏季设计总冷负荷，960KW；
——设计工况下水源热泵机组的制冷系数，6.28。
计算得：
;三套系统地埋换热量为3335KW.
冬季，室内供暖时从土壤中吸取的热量按下式计算：
其中：
——冬季从土壤中吸取的热量，KW；
——冬季设计总热负荷，540KW；
——设计工况下水源热泵机组的制热系数，取4.1。
计算得：
;三套系统地埋换热量为1225KW.
由于未提供该区域地质报告，根据经验实际，该区域在100米深度不适宜地埋管的施工，因此，埋管深度控制在95米；根据地源热泵埋管系统设计软件，设计如下：
根据现场情况，单系统成井151口井;该系统总共成井453口；井距不少于4米；埋管深度95米，布置地源埋管井在绿化空地下面。
竖井沿建筑物基础外2.5m处布置。
E、地埋管系统水流量计算
ⅰ、地耦管系统向土壤的散热量
由以上的计算知，夏季向地耦管向土壤中排放的热量为：
ⅱ、地耦管系统总流量
地耦管系统总流量等于热泵主机的冷却水流量，可由下列公式计算：
其中：
Q1’——热泵主机的散热量（等于向土壤排放的热量），KW；
M——热泵主机的冷却水流量，Kg/s；
T1-T2——冷却水进出口温差，取5℃；
Cp——水的定压比热容，为4.187KJ/kg.℃。
计算得到：
M=159.3Kg/s=575m3/h，即地埋管整体系统水循环量575m3/h。
2.4.3控制系统及机组维护
2.4.3.1控制系统简介
本控制系统是为中央空调专门开发的智能型控制系统。
控制系统是整个系统的心脏，具有安全、可靠、耐用的特点。
人性化的界面，“自动+手动”运行模式，给客户日常管理带来了极大的方便，且能够有效控制日常运行费用。
本控制系统的特点有：
a、温度传感器采用优质进口材料，检测温度可达250℃，完全满足工程要求。
b、控制器主要电子元器件采用美国或德国原装进口器件，工作稳定可靠，不受强电工作干扰。
系统采用三相电（交流380V）和单相电（交流220V）兼容方式，大功率设计，可适应用户不同的工作环境及更高的配件可选性。
c、当前工作状态采用液晶屏和多指示灯指示，直观明了，且可显示机组工作状态下的各种数据。
d、本系统充分考虑安全性，装配有高质量漏电保护系统和控制安全逻辑程序。
e、为适应不同用户要求，控制系统可按用户需求，实行定制。
2.4.3.2机组维护简介
1）.机组
为保证在最大负荷时，机组能正常运行而不出现故障损坏机组。
应定期进行检查。
检查时必须以这些条款为指导并结合制冷及电气经验进行，保证机组无故障运行。
2）.制冷系统
检查系统各供液管路上指示湿度的玻璃视镜，确认内部充满液体且湿度指示为干燥状态。
如果显示湿度较高或视镜内有气泡，即使机组内已充有足够的制冷剂，也应更换干燥过滤器芯。
3）.水系统
在某些地区，由于水质较硬会使冷凝器接垢，冷凝器将出现过高冷凝压力或蒸发器换热效果不佳，并导致故障停机或机组运行不经济，所以在空调进入机组容器之前必须进行水质的检查，如水质达不到空调用水的要求，需要进行水质处理，相关水处理可参照国家标准GB50050-1995《工业循环冷却水处理设计规范》中的规定，有需要的时候使用化学除垢剂或机械方法来清洗容器水侧。
4）.电控部件
该机组的电控部件应由有经验的工程师进行维修，在维护电控部件前必须了解电路图，了解冷水机组的运行原理，在维护、检修电气之前一定要使整个电控相近断电，保险断开或保护器跳开表明短路或过载。
在更换保险或重新启动压缩机前，必须查明故障并修理，电气组件不须专门维护，只需每月适当拧紧线接头。
5）.推荐保养周期
1000小时
2500小时
5000小时
20000小时
40000小时
转子轴承
○
电机
△
△
△
△
喷液控制阀
△
△
电磁阀
△
△
吸气过滤器
△
△
△
△
油过滤器
△
△
△
△
○
喷液管路过滤器
△
△
△
△
○
冷冻机油
○
○
注：
○更换△检查
三、经济性分析
按夏季制冷天数120天、每天运行12小时；冬季制热天数120天、每天运行12小时进行分析。
水价按照2.8元/吨、工业用电价按照0.8元/度、燃气价格按照3.2元/M3进行经济性分析比较：
通过计算可知：
每套地源热泵系统比风冷热泵系统每年可节约运行费用约25万元，节能率40.3％；
每套地源热泵系统比复合系统每年可节约运行费用约15万元，节能率28.3％；
同时，
地源热泵系统比风冷热泵系统每年节能标煤量约100吨；减少CO2的排放量270吨；
地源热泵系统比复合系统每年节能标煤量约70吨；减少CO2的排放量170吨；
系统投资回收年限情况为：
每套地源热泵系统比风冷热泵系统初投资高约70万元，投资回收年限3.07年；
每套地源热泵系统比复合系统初投资高约52万元，投资回收年限3.58年；
建议地源热泵系统可分区安装该系统。
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