地源热泵方案设计.doc

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1、崇明岛办公楼地源热泵中央空调供热系统设计方案Xxxxxxxxxx2010-12-7目 录第一章 工程概况3一、项目概述3二、地源热泵技术在本项目中的应用3第二章 设计依据4一、国家相关设计规范和标准4二、室内外设计参数41、室外气象参数42、室内设计参数4第三章 负荷计算与分析5一、负荷计算及分析51、空调冷热负荷计算5二、负荷分析9第四章 地源热泵系统设计11一、地源热泵系统配置111、地源热泵机组选型112、附属设备选型123、系统用电量12二、地埋管系统配置131、地埋管长度计算132、全年冷热平衡的模拟校核143、埋管数量的最终确定14三、系统运行策略15四、室内空调形式及设备选型16

2、1、室内空调形式162、室内空调设备选型16第五章 经济性分析18一、初投资比较181、地源热泵系统初投资182、风冷热泵系统初投资20二、运行费用比较221、地源热泵系统年运行费用222、风冷热泵系统年运行费用223、投资回收期及使用寿命周期内的经济收益22第一章 工程概况一、项目概述本项目为山东某酒店项目，酒店为地上两层，建筑面积约为881平方米。空调要求夏季制冷，冬季供暖，。二、地源热泵技术在本项目中的应用在满足空调要求的基础上为响应国家节能减排的号召，拟采用在长期运营上更为节能的地源热泵系统作为本项目的冷热源。地源热泵系统（Ground-Source Heat Pump）是随全球能源危

3、机和环境问题出现，逐渐兴起的一项节能环保技术。地源热泵系统是以地表能为热源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统。地源热泵系统冬季供暖时，把地表中的热量“取”出来，供给室内采暖，同时向地下蓄存冷量，以备夏用；夏季制冷时，把室内热量取出来，释放到地表中，向地下蓄存热量，以备冬用，因此说地源热泵系统是可再生能源利用技术。地源热泵系统不存在对大气排热、拍冷的热污染和排烟、排尘、排水等污染，是真正的绿色能源。地源热泵是目前最流行的空调方式。与传统的空调相比具有更加节能、运行费用更低、运行工况更加稳定的优点，是实现可持续发展的绿色建筑的有效技术之一。本文就对地源热

4、泵系统设计进行详细阐述，并和传统的风冷热泵系统进行初投资和运行成本的综合比较。第二章 设计依据一、国家相关设计规范和标准采暖通风与空气调节设计规范 GB500192003；公共建筑节能设计标准 GB501892005；地源热泵系统工程技术规范 GB503662005；使用供热空调设计手册中国建筑工业出版社 第二版；地埋管地源热泵技术 高等教育出版社；水源地源水环热泵空调技术及应用 机械工业出版社；全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调动力；建筑给水排水设计手册中国建筑工业出版社 第二版；二、室内外设计参数1、室外气象参数夏季空调室外计算干球温度：34.8 夏季空调室外计算湿球温度：28.1冬季空

5、调室外计算干球温度：-4冬季空调室外计算相对湿度：79 %夏季通风室外计算干球温度：30.6 冬季通风室外计算干球温度：-1.1主导风向和风速：夏季 SSE， 2.4M/S；冬季 NNE，2.7M/S大气压力：夏季，1001.5hPa；冬季，1027.9hPa2、室内设计参数房间名称室内参数新风量夏季冬季%房间2626520230一次换气第三章 负荷计算与分析一、负荷计算及分析1、空调冷热负荷计算由于是初步设计，我们对空调冷热负荷进行估算，包括建筑维护结构的传热、照明及电气设备的发热、食物的散热、人体的散热、门窗渗透新风的热量等。上海属于夏热冬暖地区，以供冷为主，冬季采暖时间较短，这里对冷、热

6、负荷分别进行了估算。负荷估算详细见下表： 楼层房间空调面积冷指标热指标冷负荷热负荷（m2）（W/m2）(W/m2)(KW)(KW)1F产品展示厅4815012072005760总经理办公室4618015082806900总工程师办公室4718015084607050经营办公室1051801501890015750办公室3318015059404950门厅1031501501545015450走廊851501501275012750副总经理办公室691801501242010350副总经理办公室6818015012240102002F走廊2515015037503750接待室7018015012

7、60010500大办公室1522001803040027360财务室2218015039603300休息室2418015043203600经过估算可知，夏季峰值冷负荷156.7kW，冬季峰值热负荷137.8kW。二、负荷分析根据建筑使用功能及室外气象参数资料对全年的冷、热负荷进行分配和统计。营业时间暂8点至夜间9点考虑，设计日逐时负荷分配见下表：时间冷负荷（kW）热负荷（kW）08:00-09:0045949209:00-10:00475.2467.410:00-11:00486442.811:00-12:00513442.812:00-13:00513418.213:00-14:005403

8、93.614:00-15:0054036915:00-16:00513393.616:00-17:00486418.217:00-18:0034231118:00-19:0025522019:00-20:001139720:00-21:008970夏季制冷暂按165天计算，从5月至10月中旬；冬季制热暂按135天计算，从11月至3月中旬。我们把制冷、制热季节的负荷分别按照100%、75%、50%和25%四个区域，不同负荷区域所占运行时间的比例分别为：0.023、0.415、0.461、0.101。（制冷协会提供的经验值）则可以计算出全年的累计空调冷负荷为12439kWh，累计空调热负荷为867

9、0kWh。则可知：全年累计冷负荷为12439kWh，累计热负荷为8670kwh。累计冷热负荷的计算可以提供两个计算依据：1）地源热泵系统全年的冷热平衡；2）地源热泵系统全年的运行费用。第四章 地源热泵系统设计一、地源热泵系统配置1、地源热泵机组选型由负荷计算结果可知夏季冷负荷约为156.7kW，冬季热负荷为137.8kW，地源热泵机组按冬季负荷配置，若仅配置一台地源热泵机组则无备用机组，这不利于系统安全可靠性，拟按夏季负荷配置三台地源热泵机组，相互备用。根据以上分析可确定选择制冷量为59.5KW，制热量82.4KW的地源热泵机组三台,详细性能参数如下表：设备名称性能参数数量地源热泵机组制冷/热

10、量：59.5/82.4kW1WPWE240夏季：供回水温度：7/12冬季：供回水温度：45/40输入功率：夏季13.4kW，冬季18.0kW地源热泵机组制冷/热量：49/67kW2WPWE200夏季：供回水温度：7/12冬季：供回水温度：45/40输入功率：夏季11kW，冬季14.7kW按照本配置系统可提供的总制冷量为157.5kW，总制热量为216.4kW，完全可以满足建筑冷热负荷需求。2、附属设备选型设备名称性能参数数量备注地源侧循环泵流量：14m3/h4一用一备MHI-803扬程：35m输入功率：1.0kW负荷侧循环泵流量：14m3/h4一用一备MHI-803扬程：35m输入功率：1.0

11、kW全自动软水器流量：1m3/h1RT-1.0B功率：20W软水箱体积： 1000L1定压膨胀补水机组功率：0.8KW2YH-HX-2-303、系统用电量设备名称单台用电量（kW）数量合计用电量（kW）地源热泵机组13.4113.4地源热泵机组11222地源侧循环泵1.044负荷侧循环泵1.044合计78.8二、地埋管系统配置1、地埋管长度计算地源热泵系统夏季向大地放热量以及冬季向大地取热量分别按下式计算：式中，夏季向土壤排放的热量；夏季冷负荷；冬季从土壤吸收的热量；冬季热负荷；设计工况下地源热泵机组EER；设计工况下地源热泵机组COP根据以上计算公式可得按照所选地源热泵机组性能参数，地埋管系

12、统夏季放热量与冬季吸热量计算见下表：冷负荷（kW）热负荷（kW）机组EER机组COP夏季土壤吸热量（kW）冬季土壤放热量（kW）1581384.93.8648449根据以上计算结果，拟采用单U型埋管，管径De32，间距4米，夏季单位井深换热量取60W/m，冬季单位井深换热量取45W/m，井深80米。据此计算地埋管数量见下表：工况换热量（kW）单位井深换热量（W）埋管总长度（米）井孔数（口）制冷工况15860263433制热工况138453066382、全年冷热平衡的模拟校核为了确保地埋管系统的安全可靠性，我们取5%的安全系数，把地埋管井数量放至40口，并利用专业的地源热泵设计软件“地热之星”对

13、其15年连续运行状况进行模拟计算，结果如下图：由模拟计算可知地埋管系统冷热基本平衡，孔壁温度变化幅度较小，循环液最高平均温度32，最低平均温度为6。完全满足地源热泵工况要求。3、埋管数量的最终确定根据以上计算和模拟可知：本项目地埋管系统应钻孔40口，深度80米，孔径135mm，采用单U型埋管，管径De32，间距4米，占地面积约为640平方米。三、系统运行策略本项目采用地源热泵系统，其运行策略的制定应重点是能够满足全年不同系统的冷热负荷，并结合自控系统实现：由地源热泵系统夏季空调供冷，冬季空调供热；四、室内空调形式及设备选型1、室内空调形式室内空调形式：房间采用风机盘管加新风系统。2、室内空调设

14、备选型室内空调设备选型见下表：房间空调面积冷负荷风机盘管数量新风机组数量（m2）(kW)产品展示厅487200HFCF052新风机组YAH022总经理办公室468280HFCF063总工程师办公室478460HFCF063经营办公室10518900HFCF056办公室335940HFCF052门厅10315450HFCF054走廊8512750HFCF054副总经理办公室6912420HFCF063副总经理办公室6812240HFCF063新风机组YAH021走廊253750HFCF032接待室7012600HFCF063大办公室15230400HFCF068财务室223960HFCF061休

15、息室244320HFCF061合计3167.2539.79第五章 经济性分析本章节通过和传统的风冷热泵系统进行初投资及运行费用的比较，来分析地源热泵系统的经济性。一、初投资比较1、地源热泵系统初投资1）地埋管部分初投资序号项目数量单位单价(万元)合价（万元）01钻孔及垂直埋管40口0.41602水平管铺设1项3303土方开挖回填及外运1项11小计202）地源热泵机房部分初投资序号项目数量单位单价(万元)合价（万元）01常规地源热泵机组2台61202常规地源热泵机组1台6.513.503地源侧循环泵4台0.41.604负荷侧循环泵4台0.41.605全自动软水器1台1106软水箱1台1107定压

16、膨胀补水机组1台2208地源热泵机房自控系统1套121209机房部分安装1项4.54.5小计49.23）冷热源部分总投资序号项目数量单位合价（万元）01地埋管部分1项2002地源热泵机房部分1项49.2总计69.24）室内空调部分初投资序号项目数量单位单价(万元)合价（万元）01风机盘管45台0.2902新风机组YAH023台0.51.503室内部分安装1项1010小计20.2则地源热泵系统总的初投资为89.4万元2、风冷热泵系统初投资1）风冷热泵系统配置风冷热泵主机选型：设备名称性能台数风冷热泵机组制冷/热量：75/86kW2CSRAN-0602-B夏季：供回水温度：7/12冬季：供回水温度

17、：45/40输入功率：夏季19kW，冬季24kW附属设备选型：设备名称性能参数数量备注空调冷热水循环泵流量：50m3/h2一用一备DFG80-160/2/7.5扬程：32m输入功率：7.5kW热回收侧循环泵流量：16m3/h2一用一备DFG50-100/2/1.1扬程：10.8m输入功率：1.1kW全自动软水器流量：1m3/h1RT-1.0B功率：20W软水箱体积： 1000L1定压膨胀补水机组功率：0.8KW1YH-HX-2-302）风冷热泵系统初投资序号项目数量单位单价(万元)合价（万元）01常规风冷热泵机组2台8.717.602空调冷热水循环泵3台1303全自动软水器1台1104软水箱1

18、台1105定压膨胀补水机组1台2206地源热泵机房自控系统1套12807机房部分安装1项3030小计62.6加上室内空调部分，风冷热泵系统总造价为82.8万元。通过计算可知：1）地源热泵系统初投资为89.4万元；2）风冷热泵系统初投资为82.8万元；3）地源热泵系统初投资高6.6万元。二、运行费用比较1、地源热泵系统年运行费用根据负荷计算分析可知： 本项目全年累计冷负荷12439kWh，累计热负荷为8670kWh；根据系统配置可知：地源热泵机组制冷能效比为4.9，制热能效比为3.8；平均电价按2元/kWh计算。则可以计算出：1）地源热泵系统年耗电量为7538kWh；2）地源热泵系统年运行费用为

19、14.8万元。2、风冷热泵系统年运行费用根据负荷计算分析可知：本项目全年累计冷负荷12439kWh，累计热负荷为8670kWh；根据系统配置可知：风冷热泵机组制冷能效比为3.0，制热能效比为2.8；平均电价按2元/kWh计算。则可以计算出：1）风冷热泵系统年耗电量为8723kWh；2）风冷热泵系统年运行费用为17.4万元。3、投资回收期及使用寿命周期内的经济收益通过计算可知：1）地源热泵系统年运行费用为11.4万元；2）风冷热泵系统年运行费用为13.1万元；3）地源热泵系统每年节省运行费用2.6万元。则，采用地源热泵系统2年即可收回高出部分的投资，若系统的使用寿命按15年考虑，则在其使用寿命周期内可节约19.4万元。16 / 16