桩埋管地源热泵+蓄能空调系统设计研究及运行能耗分析.ppt
《桩埋管地源热泵+蓄能空调系统设计研究及运行能耗分析.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桩埋管地源热泵+蓄能空调系统设计研究及运行能耗分析.ppt(72页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、桩埋管地源热泵+蓄冰空调系统的设计及能耗分析南京城镇建筑设计咨询有限公司绿色建筑技术应用研究中心 2012.10 一、前一、前 言言一、前一、前 言言 地源热泵技术是目前较为成熟的供暖制冷技术,可冬天供热,夏天制冷,具有高效节能、环境污染小、运行稳定可靠、运行费用低等优点。与此同时,地埋管换热器较大的占地面积及钻井埋管高额的施工费用在一定程度上也制约了其广泛推广,特别是在寸土寸金的城市中心,建筑高度与建筑占地面积的比例越来越大,成为了采用这一节能技术的瓶颈。因此,利用结构桩埋管的换热器形式就显得尤为重要。一、前一、前 言言 对于广大南方地区而言,大部分情况下冷负荷大于热负荷,特别是对于有餐饮功
2、能的建筑,其夏季高峰冷负荷往往很大,如果按照冷负荷标准选择机组,则会导致机组的制热能力大大超出建筑物的热负荷需求,造成机组投资和运行浪费;若按照热负荷标准选择机组,则会出现夏季制冷量不足的现象。同时,夏季供电高峰时期的电力供应紧张情况时有发生,因此,冰蓄冷技术也倍受人们的关注。一、前 言 将桩基埋管的地源热泵与蓄冰空调相结合,冬季仅热泵工作,夏季热泵和冰蓄冷空调共同运行,不仅可以降低地埋管换热器的初投资,而且还可以实现地源热泵机组的间歇运行,有利于土壤温度场的有效恢复。同时,这种系统还具有削峰填谷的功能。在提倡节约型社会的今天,采用桩基埋管地源热泵与蓄冰空调相结合的系统,不但符合国家的节能减排
3、政策,也符合用户的根本利益。本文通过实际建成运行近两年的南京某广场空调系统为例,结合本文通过实际建成运行近两年的南京某广场空调系统为例,结合实际运行的各项参数介绍桩埋管地源热泵实际运行的各项参数介绍桩埋管地源热泵+蓄冰空调的设计并分析其蓄冰空调的设计并分析其运行能耗。运行能耗。二、工程概述二、工程概述2.1 工程情况:该项目为地产商开发的综合性写字楼建筑,位于南京河西新城区。该建筑地下2层,地上19层,地下12层为停车库及员工食堂,1层为物业管理用房及银行,24层为餐饮、娱乐,其他层为办公建筑。地上建筑面积49416m2,地下建筑面积21411m2,总建筑面积70827m2,总用地面积1380
4、0m2。分主楼与辅楼两个部分。主楼建筑面积45006.59m2,空调面积38223.56 m2。由于受到埋管等因素的限制,采用桩基埋管的地源热泵及蓄冰空调的建筑面积仅为14597.61m2,包括地下1层员工餐厅,1层物业用房、大堂,2层营业性餐厅及1619层办公用房。其他部位采用多联机空调系统。二、工程概述二、工程概述2.2 围护结构的建筑节能设计 建筑外围护结构采用外墙外保温系统,干挂石材,内贴30mm厚挤塑聚苯板于外墙上,外墙传热系数K值为0.79W/(m2K);外门窗采用断热铝合金型材,中空低辐射玻璃,K值达到了2.0W/(m2K);屋面铺设40mm厚挤塑聚苯板,K值为0.61W/(m2
5、K)。对容易产生热桥的部位做保温处理。同时还采用了立面窗栅上外遮阳技术。图:干挂石材外墙外保温系统示意图:铝合金窗立面示意二、工程概述2.3 空调末端情况 空调末端采用风机盘管+新风的方式,新风采用带冷媒的转轮热回收新风机以便回收排风能量。图:转轮热回收新风机原理系统示意二、工程概述2.4 地质情况 该项目场地位于南京河西地区,地貌为长江漫滩。根据野外钻探鉴别、现场原位测试及室内岩土试验成果综合分析,场地岩土层分布自上而下分别为:0.559.1m为杂填土、素填土、淤泥质粉质粘土、细砂;57.262.5m为粉质粘土混卵砾石,卵砾石含量约1520左右,粒径25cm大小不等;59.363.1m为强风
6、化泥岩、泥质粉砂岩;60.770.5m为中风化粉泥岩、中风化泥质粉砂岩。三、三、冷热负荷的确定三、三、冷热负荷的确定3.1 全年负荷的确定采用全年空调负荷分析软件,得出全年负荷如下图。三、三、冷热负荷的确定3.2 典型设计日逐时冷热负荷的确定 根据南京地区室外气象设计参数及业主对室内环境的要求,夏季设计最大冷负荷为1303.62kW,峰值热负荷为1007.76kW,各时段负荷分布如图1所示(18点以后考虑为加班负荷):三、三、冷热负荷的确定四、工程桩内埋管换热的研究四、工程桩内埋管换热的研究 地源热泵系统中,地下换热器常见的埋管方式为水平埋管式和垂直埋管式。长江三角洲大部分地区的浅层土是软土,
7、属第四纪沉积层,承载力差。该地区内高层建筑的基础普遍采用桩基,尤其以钻孔灌注桩居多。因此,地源热泵在有条件时宜采用工程桩内埋管的方式。该方式因此,地源热泵在有条件时宜采用工程桩内埋管的方式。该方式具有占地较少,换热能力高;减少钻孔和埋管费用低等优点。具有占地较少,换热能力高;减少钻孔和埋管费用低等优点。目前常用的桩内埋管有垂直埋管和螺旋埋管两种方式,根据调研,螺旋埋管受到起重机具和成品保护等因素的制约,在国内成功率较低。因此本项目采用的是灌注桩垂直埋管的方式。四、工程桩内埋管换热的研究 本工程在桩径800mm,钢筋笼内径700mm 的灌注桩内采用垂直埋管的形式,即埋入桩基的U型管一进一回形成环
8、路,通过桩与周围大地进行换热。lm以下地下土壤温度仅受年平均气温影响,不再受日平均气温影响,这对热泵运行非常有利。桩埋管地源热泵系统夏季在土壤中蓄热,冬季从土壤中取热,这样冬夏季循环使用,形成了绿色热泵技术。四、工程桩内埋管换热的研究 垂直桩埋管系统中存在的施工难点:(1)工期紧:要求施工进度追随桩基施工进度。(2)现场施工面不足:由于桩基施工全面铺开,土方堆放占用场地,大型机械进出较多,留有施工面小,难以开展大规模施工。(3)下管难度大:由于只能在钢筋笼内壁和混凝土导管之间下管,距离狭小,不易保证成功率。(4)成品保护:桩基施工都为大型机械开挖,对地埋管很容易造成损坏,特别是截桩施工,成品保
9、护工作任务艰巨。四、工程桩内埋管换热的研究 尽管桩内埋管存在一定的施工难度,但只要同桩基施工单位密切配合,严格按施工工艺要求去实施,还是可以保证较高的成功率的。在中心城区建筑楼层高,占地面积小,加之一般都有地下车库,在中心城区建筑楼层高,占地面积小,加之一般都有地下车库,所以采用工程桩内埋管是最适宜的方式。同时,还可以在保证换热器所以采用工程桩内埋管是最适宜的方式。同时,还可以在保证换热器间距的同时在土壤中补孔埋管,充分利用地下换热资源。间距的同时在土壤中补孔埋管,充分利用地下换热资源。五、地下换热器的换热性能测试五、地下换热器的换热性能测试 根据上述设计思路,我们委托南京工业大学暖通工程研究
10、所进行了为期2个月的实地测试,获得了HDPE管在不同布置方式、不同工况下与桩基的实际换热能力数据,为该广场地源热泵换热系统设计提供了依据。试验及其结果分成两部分:排热试验和取热试验。五、地下换热器的换热性能测试5.1地源热泵换热测试装置。测试装置有恒温加热水箱和风冷冷水机组、水泵、控制系统以及其他一些辅助仪表。对HDPE管材在灌注桩内以外径25mm,双U型布管的换热测试。5.2 排热试验 排热试验模拟夏季的运行工况,从房间中取出来的热量,通过HDPE管排向地下土壤,测试地埋管在夏天的散热能力。试验结果为116W/m。5.3 取热试验 取热试验是为了确定HDPE管从土壤中的取热能力。试验结果为8
11、5W/m 左右。五、地下换热器的换热性能测试5.5 综合取值的确定 根据试验数据,考虑到数据的稳定性,并参照国内外的土壤换热器的经验数据,最终确定:灌注桩内埋管灌注桩内埋管254254个、均深个、均深5454米米/口井口井,双双U U(DN25DN25)型埋管,夏型埋管,夏季放热季放热75w/m75w/m桩深,冬季吸热桩深,冬季吸热60w/m60w/m桩深。桩深。由于工期的原因,最终放弃了在土壤补孔,只实施了桩内埋管。由于工期的原因,最终放弃了在土壤补孔,只实施了桩内埋管。桩间距为桩间距为8.48.4米,施工成功率为米,施工成功率为98%98%。六、地源热泵+蓄能空调系统方案六、地源热泵+蓄能
12、空调系统方案6.1 方案原理图六、地源热泵+蓄能空调系统方案6.2 地源热泵主机设备 序号设备名称设备参数台数1三工况地源热泵机组制冰:372 kW/100 kW,制热:555 kW/149 kW,制冷:527 kW/113 kW12两工况地源热泵机组制热:585 kW/150 kW,制冷:577 kW/114 kW13冷热水循环水泵Q=100 m3/h,H=35 m,N=18.5 kW34乙二醇泵Q=100 m3/h,H=35 m,N=18.5 kW35换热循环水泵Q=120 m3/h,H=35 m,N=22 kW36冷却水泵Q=120 m3/h,H=26 m,N=18.5 kW3六、地源热
13、泵+蓄能空调系统方案6.3蓄冰装置 本系统按照主机优先模式进行设计。夏季采用2台带不完全冻结式导热塑料蓄冰盘管的1072kWh蓄冰槽储冷,每日夜间24:008:00共8小时的制冰周期内,三工况热泵主机全负荷运转制冰储存在储冰装置中。白天负荷高峰期,在主机供冷的同时,储冰装置参与融冰供冷。机房内还配套制冷板式换热器,夏季换热量553kW;冬季换热量438kW。六、地源热泵+蓄能空调系统方案6.3蓄冰装置 本系统采用的主机上游串联流程可以实现以下四种运行模式:(a)主机蓄冰模式;(b)融冰单独供冷模式;(c)主机单供冷模式;(d)主机与蓄冰装置联合供冷模式;应可能的优化运行策略,可以使空调供冷得到
14、最优化的分配,同时最大限度的降低运行电费。六、地源热泵+蓄能空调系统方案6.4其他辅助设备 另外设置2台冷却塔辅助冷却,冷却水量:150 m3/h.台,布置在主楼屋顶。作为夏季平衡岩土温度时使用。此外,机房还配套有冷却水板式换热器、末端定压装置、埋管定压装置、乙二醇补液定压装置等设备。六、地源热泵+蓄能空调系统方案6.5制冷机房布置 根据系统工艺要求,机房布置在地下二层。考虑蓄能装置的占地面积,机房建筑面积为520平方米。六、地源热泵+蓄能空调系统方案七、项目投资及运行情况 七、项目投资及运行情况 根据权威机构的低能耗建筑应用示范项目测评报告,实测能效评估该项目建筑节能率为65.31%。采用该
15、空调系统每年将节约用电286.403MWh,相当于节约标煤101.4吨,减排温室气体223吨(与常规空调相比)。同时夏季最高峰时可削峰248.860MWh。七、项目投资及运行情况 本项目工程决算价格为桩内埋管部分的费用为80万元;机房部分为320万元;末端部分为340万元,合计740万元,跟传统的多联机空调系统相比,初投资增加56万元;跟水冷螺杆机+燃气锅炉空调系统相比,初投资增加226万元。但由于采用工程桩内埋管的形式。省去埋管钻孔工作,直接节省工程费用95万元左右。七、项目投资及运行情况 该项目于2007年底施工图完成,2008年即被江苏省定为“可再生能源建筑应用、低能耗建筑示范项目”;2
16、009年底通过了住房和城乡建设部的节能工程检查。2010年11月竣工投入使用以来,管理规范,运行可靠,实测运行数据表明系统的各项性能指标均达到了原设计要求,并于2011年8月顺利了通过江苏省住建厅节能示范项目专项验收,运行能耗数据目前已同住建部能源监测点联网。2010年,该项目获得南京市优秀设计二等奖,江苏省城乡建设系统系统优秀勘测设计二等奖。七、项目投资及运行情况 江苏省住建厅节能示范项目专项验收该项目的验收报告及能耗测评报告七、项目投资及运行情况八、地源热泵机组的运行数据分析八、地源热泵机组的运行数据分析 该广场从2010年11月份投入运行以来,到2012年2月采暖期结束止,已经运行了一个
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 桩埋管 源热泵 蓄能 空调 系统 设计 研究 运行 能耗 分析
限制150内