水源热泵系统洗浴中心空调及热水设计方案含报价及运行分析.docx
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水源热泵系统洗浴中心空调及热水设计方案含报价及运行分析
水源热泵系统洗浴中心空调及热水设计方案（含报价及运行分析）
摘要：
xx洗浴中心工程，建筑面积1.5万平方米，通过咨询及理论分析，建议采用的空调形式为地下水地源热泵系统，初步估算投资为XX，经分析计算空调系统夏季运行费用为9.83元/平方米，冬季运行费用为14.88元/平方米。
第一章项目设计概况分析
一、项目概况
1.建筑概况介绍
xx洗浴中心项目位于白山市。
2.建筑形态分布
楼体：
洗浴中心；
层数：
共五层（地上三层地下两层）；
总建筑面积：
15000.00㎡；
3.建筑功能说明
4.建筑环境概况
4.1气候环境
白山市位于吉林长白山西侧，东经126°7'至128°18',北纬41°21'至42°48'。
根据气候条件可知该地区冬季采暖时间较长，空气湿度较小，在空调设计时，需着重考虑采暖情况下的热负荷需求。
4.2水文地质
根据本公司对白山的初步了解，项目地点的地下水水源可供热泵机组使用。
（最终以项目的水质勘查报告为准）
二、系统设计思路
1.地下水系统设计
根据目前地下水系统的主要设计参数要求，结合本工程实际情况，并按照相关工程技术规范对地下水系统进行设计，夏季空调的排热量为1196.2，热水系统吸热量为538.65，冬季总的吸热量为1245.21kW，室外要进行抽水量和回灌量、水温和水质试验。
地下水换热系统应根据水源水质条件采用直接或间接系统；
2.机房系统设计
根据已经确定的关键设备性能参数以及地下水式地源热泵系统的主要设计要素，计算系统内其他配套设备的性能参数，待方案确定后我公司会提供相关的图纸，进行深化设计，主旨在于提高机房内设备布置和管线连接的美观度、机房内各专业管线安装的合理性、便利性等。
3.末端系统设计
根据建筑物的功能特点，末端采用风机盘管系统，采用温控器对每个空调房间进行独立控制。
在水路设计过程中必须经过水力计算，采用同程管路连接方式，确保各支路水力平衡。
三、地源热泵系统简介
1.地源热泵的工作原理
“热泵”这一术语是借鉴“水泵”一词得来。
在自然环境中，水往低处流动，热向低温位传递。
而地表土壤是一个所含能量极其巨大的蓄能体，在土壤中因吸收太阳能以及其他形式的能量交换而储存了大量的低品位能源。
可以通过“热泵”对土壤中所含能量进行品位提升，满足制冷供热等建筑物环境控制要求。
水泵将水从低处送到高处利用。
而热泵可将低温位热能“泵送”（交换传递）到高温位提供利用。
其工作原理是，由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能。
在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位电能驱动，其蒸发器吸收的是低位热能，但热泵输出的热量是可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。
任何能源系统的设计均由建筑系统的需求决定。
经分析，本系统的需求包括夏季供
冷、冬季供热。
在地源热泵系统中，水源热泵机组承担着夏季供冷以及冬季供热的任务。
水源热泵机组是本系统的核心设备，其各项性能参数决定了系统其它设备的配置方法。
2.地源热泵系统构成
上图说明了地源热泵系统实现地能利用的具体流程，不同类型的地源热泵系统在此方面基本相同。
根据地能交换系统型式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统。
根据本项目的实际情况，其地能采集、利用系统采用了地下水地源热泵系统，与之相应的地源热泵系统则主要由地下水井（实现地能采集）、水源热泵机组（实现地能品位提升）和水－水换热设备（末端）组成。
3.
地源热泵效益分析
3.1、可再生能源利用技术
可再生能源利用技术地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了46％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的一种形式。
3.2、经济有效的节能技术
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，是很好的夏季冷源和冬季热源，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%，因此要节能和节省运行费用40%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。
3.3、环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上（发电污染物排放），与有机燃料供暖相比，相当于减少80％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。
该装置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。
3.4、一机多用，应用范围广
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、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅、住宅。
第二章中央空调系统设计
一、设计依据
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009
《供水管井技术规范》GB50296-99
《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010
《公共浴室给水排水设计规程》CECS108-2000
《地源热泵工程技术指南》徐伟译
《实用供热空调设计手册》第二版
《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇暖通空调·动力》
《业主提供的资料》
二、室外设计参数
参数名称
夏季参数
冬季参数
大气压力KPa
97.62
99.35
平均相对湿度%
78
68
夏季空调计算干球温度℃
30.5
夏季空调计算湿球温度℃
24.2
夏季空调计算日平均温度℃
25.9
冬季采暖计算温度℃
-23
冬季通风计算温度℃
-16
冬季空调计算温度℃
-26
三、室内设计参数
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012规定如下：
房间
夏季
冬季
备注
温度℃
风速m/s
相对湿度%
温度℃
风速m/s
相对湿度%
24-28
≤0.25~0.3
40%~60%
18-24
≤0.2
≥30%
四、末端负荷计算
1.洗浴中心空调系统
建筑物总空调冷、热负荷：
建筑面积：
15000㎡
总冷负荷：
（1200×85%）=1020KW
总热负荷：
（1050×85%）=892.5KW
备注：
考虑空调面积占建筑面积的比例为70%（住宅酒店类85%，办公商业80%），故机组选型及地下水井计算按照（1200×85%）=1020KW计算。
根据夏季制冷量及修正系数选取机组型号：
1200
制冷量=额定制冷量1032.2×修正系数1.05915=1093.24（kW）
机组EER=1032.2/178.18=5.79；机组COP=1182.0/246.28=4.8
2．洗浴中心热水系统
最高日热水量:
（甲方提供）
根据CECS108-2000公共浴室给水排水设计规程核算用水量:
最高日平均秒耗热量:
式中：
Qd——最高日平均秒耗热量（kW）
Qr——最高日热水量（
）
C——水的比热4.187（
）
tr——热水设计温度（
）=50
tL——冷水设计温度（
）=11
热泵机组的制热量:
式中：
Qg——热泵机组设计小时平均秒供热量（kW）
T1——热泵机组设计工作时间（h）。
T1应根据用水规律，低温热源情况和系统经济性等因素综合考虑确定，全日供水时，建议取11～20（h），定时供水时，由设计人员定。
k1——安全系数，可取1.05～1.10。
考虑到建筑内部有大容量蓄水池，因此按安全系数1.05及机组工作时间21小时计算得
；
由以上数据选取机组：
700
机组COP=4.8
设备性能修正（地下水制热式）：
使用侧出水温度50
，热源侧进水温度11
。
修正得：
制热量参数0.86758，输入功率参数1.07688。
五、水源侧系统设计
（注：
应甲方要求，本部分内容只提供系统水量要求）
1.水源侧系统选定
地下水换热系统是指与地下水进行热交换的地热能交换系统，分为直接地下水换
热系统和间接地下水换热系统。
直接地下水换热系统是由抽水井取出的地下水，经处理后直接流经水源热泵机组热交换后返回地下同一含水层的地下水换热系统。
间接地下水换热系统是由抽水井取出的地下水经中间换热器热交换后返回地下同一
含水层的地下水换热系统。
直接进人水源热泵机组的地下水水质应满足以下要求（引自《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019第7.3.3条条文说明）:
含砂量小于1/200000，pH值为6.5-8.5,CaO小于200mg/L，矿化度小于3g/L，CI一小于100mg/L,SO42一小于200mg/L,Fe2+小于lmg/L，H2S小于0.5mg/L。
当水质达不到要求时，应进行水处理。
经过处理后仍达不到规定时，应在地下水与水源热泵机组之间加设中间换热器。
对于腐蚀性及硬度高的水源，应设置抗腐蚀的不锈钢换热器或钦板换热器。
在使用海水时，建议在进人换热器前增加氯气处理装置以防止藻类在换热器内部滋生。
当水温不能满足水源热泵机组使用要求时，可通过混水或设置中间换热器进行调节，以满足机组对温度的要求。
经调研,本工程的地下水水质可以满足机组正常运行的水质要求,所以选择直接地下水地源热泵系统为系统提供冷热源。
2.水源水量确定
水源侧总水流量根据以上计算出的夏季最大排热量和冬季最大吸热量计算并与机组额定取水量比较，取其中较大值：
a.空调系统
（1）夏季水源水量
机组额定
（2）冬季水源水量
机组额定（7℃温差）
水源侧水流量Gˊ=Max{
、
}（m3/h）=114.94
b．热水系统
（1）热水系统水源水量按系统最大吸热量计算。
机组额定（7℃温差）
计算值（按5℃温差）
水源侧水流量Gˊ=92.65
（2）如用污水换热，设计污水源进出温度为
，中介水换热温度为
，因此
污水蓄水池按150
计算可供热水系统使用约3.8小时，将57
的11
加热到50
。
六、机房系统设计
1.主机选型方法
本方案采用一套集中供冷供热的中央空调系统以及一套专供洗浴热水的水源热泵机组。
其中空调系统夏季冷负荷为1020kW，冬季热负荷为892.5kW，选择1台型号为1200机组，机组制冷量1032.2kW，制热量1182.0kW。
主机设备末端侧夏季7/12℃的供回冷水，冬季45/40℃的供回热水，在建筑物内系统中循环；水源侧夏季12/23℃供回冷水温度，冬季11/6℃供回热水。
热水系统热负荷为680.4kW，选择1台型号为700机组，机组制热量689.5kW。
主机设备全年50℃的供应热水，进水由11℃自来水提供，在建筑物内系统中换热。
水源侧全年11/6℃供回热水。
2.主机选型方法
两套系统单独选型，由于洗浴中心主要热负荷是热水供应，因此单独选用一台热泵机组进行热水供应，系统运行独立，安全可靠。
洗浴中心内空调负荷另选一台热泵机组，可根据室外实际温度进行调节，不影响热水供应。
且热泵机组内有多台压缩机，可根据输出功率的负荷大小自动开启或关停压缩机，自动匹配负载可节约运行成本。
3.机房辅助设备的选型配置
3.1循环水泵的选型
1
2
3
3.1
3.1.1循环水泵流量计算
G=β1Gˊ（m3/h）
机组的负荷或地埋侧总水流量为：
Gˊ（m3/h），
取流量储备系数β1=1.2（2用1备）；β1=1.1（1用1备）
a.空调系统：
G=203.27（m3/h）
b.热水系统：
G=118.57（m3/h）
3.1.2循环水泵扬程的确定
H=β{∆P1+0.05*L*（1+K）+∆P2}
式中：
H——末端侧或地埋侧循环水泵扬程，mH2O；
β——扬程储备系数，一般β取1.1
∆P1——末端侧循环水泵取热泵机组蒸发器的水压降，mH2O；
地埋侧循环水泵取热泵机组冷凝器的水压降，mH2O；
∆P2——末端侧循环水泵取末端送风设备的水压降，mH2O；
地埋侧循环水泵取双U头的水压降，mH2O；
L——为最不利环路供回水管长度总和；
K——为最不利环路中局部阻力当量长度总和于该环路管道总长度的比值。
取K=0.1～0.2。
a.空调系统：
H=32mH2O
b.热水系统：
H=24mH2O
1
2
3
3.1
3.2补水泵的选型
《采暖空调循环水系统定压》05k210标准，补水泵扬程应保证补水压力比系统补水点压力高30~50KPa。
补水泵总小时流量宜为系统水容量的5%，不得超过10%。
3.3软化水箱的选型
软化宜设软化水箱，储存补水泵0.5~1h的水量。
3.4软水器的选型
软水器的处理水量应满足补水泵的小时流量要求
4.机房设备汇总表
（1）空调系统（不含水源侧设备）
序号
设备名称
规格参数
数量
备注
1
水源热泵机组
型号：
1200；
制冷量：
1032.2kW；制冷功率：
178.18kW；制热量1182.0kW；制热功率：
246.28
1
2
末端侧循环泵
流量：
200m3/h；扬程：
32mH2O；
功率：
30kW
2
一用一备
3
补水泵
流量：
10.4m3/h；扬程：
36mH2O；
功率：
3kW
2
一用一备
4
全自动软水器
流量：
12.5m3/h
1
5
软化水箱
2×2×2.5
1
6
旋流除砂器
（共用）
流量：
220m3/h
1
（1）热水系统（不含水源侧设备）
序号
设备名称
规格参数
数量
备注
1
水源热泵机组
型号：
700；
制热量：
689.5kW；制热功率：
143.66
1
2
末端侧循环泵
流量：
140m3/h；扬程：
10mH2O；
功率：
7.5kW
2
一用一备
3
混水用水泵
流量：
22.3m3/h；扬程：
10mH2O
功率：
3kW
2
一用一备
4
全自动软水器
流量：
20m3/h；
1
第三章地源热泵系统初投资估算
一、地源热泵中央空调系统初投资估算
1.空调系统
名称
单位
数量
单价（万元）
合价（万元）
备注
1.机房部分
水源热泵机组（空调）
台
1
57.6
57.6
末端侧循环泵系统（空调）
台
2
1.02
2.04
一用一备
补水泵系统（空调）
台
2
0.216
0.432
一用一备
全自动软水器（空调）
套
1
1.716
1.716
软化水箱（空调）
套
1
0.6
0.6
旋流除砂器（共用）
台
1
0.648
0.648
机房材料及安装
项
1
11.52
11.52
配电
项
1
7.2
7.2
2.合计
81.756
2.热水系统
名称
单位
数量
单价（万元）
合价（万元）
备注
1.机房部分
水源热泵机组（热水）
台
1
33.6
33.6
末端侧循环泵系统（热水）
台
2
0.372
0.744
一用一备
全自动软水器（热水）
套
1
1.2
1.2
混水用水泵（热水）
台
2
0.168
0.336
一用一备
机房材料及安装
项
1
7.68
7.68
配电
项
1
4.8
4.8
2．污水换热系统
套
1
36
36
可选
3.合计
84.36
二、报价说明
1、本报价仅为初报价，待甲方给出施工图纸再行调整；
2、本报价不包含空调末端，我方将空调冷水管引出到机房外墙1.5米；
3、本报价不包含室外系统（打井、潜水泵及管路），室外部分由甲方提供；
4、本报价不包含淋浴水箱之后的管道系统及水泵；
5、甲方需将电缆引我方机房配电柜，机房配电柜以及下闸口本报价已经包含。
第四章系统运行费用
一、计算参数
夏季电价1.0元/度；冬季电价0.5元/度。
设备平均负荷为设计负荷的比例分夏季和冬季来考虑，住宅酒店类夏季取55%，冬季取70%；办公商场类夏季取75%，冬季取70%。
夏季：
运行90天、每天运行12小时，每年制冷时间12×90=1080h；
冬季：
运行168天、每天运行12小时，采暖12×168天=2016h；
序号
设备名称
耗电功率（kW）
夏季工况
冬季工况
备注
1
水源热泵机组
178.18
246.28
以机组实际出力计
2
末端侧循环泵
30
30
3
补水泵
3
3
4
潜水泵
37
37
合计
248.18
316.28
二、设备电功率
1.空调系统
系统满负荷电功率估算表
注：
耗电量=机组满负荷功率*负荷系数*运行时间
运行费用=耗电量*电价
2.热水系统
用热泵机组将300
的11
自来水进水加热到50
所消耗的能量为：
所消耗的时间为：
所消耗电量为：
三、运行费用分析：
1.空调系统
运行费用分析表
工况名称
夏季工况
冬季工况
满负荷功率kw
248.18
316.28
考虑负荷系数后功率kw
136.50
221.40
运行时间h
1080
2016
耗电量kwh
147420
446342.4
年运行费用合计元
147420
223171.2
夏季运行费用9.83元/
，冬季运行费用14.88元/
2.热水系统
人均耗水量：
90
日耗水最大量：
300
每日客流量：
人均耗电量：
人均费用：
夏季≈0.88元/人；冬季≈0.44元/人
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