一、工程概況
本工程為別墅地源熱泵中央空調(diào)工程,該工程使用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng),末端采用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組,每臺(tái)配置控制器單獨(dú)控制,空調(diào)主機(jī)提供夏季制冷,冬季制熱。
二、地源泵中央空調(diào)系統(tǒng)介紹
2.1、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)介紹
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是把熱交換器埋于地下,通過水在由高強(qiáng)度塑料管組成的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)行冷熱交換的目的。夏季通過機(jī)組將房間內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下,對(duì)房間進(jìn)行降溫。同時(shí)儲(chǔ)存熱量,以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉(zhuǎn)移到房間,對(duì)房間進(jìn)行供暖,同時(shí)儲(chǔ)存冷量,以備夏用,大地土壤提供了一個(gè)很好的免費(fèi)能量存貯源泉,這樣就實(shí)現(xiàn)了能量的季節(jié)轉(zhuǎn)換。
機(jī)組運(yùn)行過程:冬天熱泵中制冷劑正向流動(dòng),壓縮機(jī)排出的高溫高壓R22氣體進(jìn)入冷凝器向集水器中的水放出熱量,相變?yōu)楦邷馗邏旱囊后w,再經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w進(jìn)入蒸發(fā)器,從地下循環(huán)液中吸取低溫?zé)岷笙嘧優(yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡驼羝筮M(jìn)入壓縮機(jī)吸氣端,由壓縮機(jī)壓縮排出高溫高壓氣體完成一個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)往復(fù)將地下低溫?zé)崮?ldquo;搬運(yùn)”到集水器,從而不斷的向用戶提供45℃-50℃的熱水。
夏天熱泵中制冷劑逆向流動(dòng),與用戶換熱的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器從集水器中的低溫水(7-12℃)提取熱能,與地下循環(huán)液換熱的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠飨虻叵卵h(huán)液排放熱量,循環(huán)液中熱量再向地下低溫區(qū)排放,如此循環(huán)往復(fù)連續(xù)地向用戶提供7-12℃的冷水。
土壤熱交換器埋管形式:地下埋管換熱器主要有兩種形式,即水平埋管和垂直埋管。選擇哪種形式取決于現(xiàn)場(chǎng)可用地表面積、當(dāng)?shù)貛r土類型以及鉆孔費(fèi)用。盡管水平埋管通常是淺層埋管,可采用人工開挖,初投資比垂直埋管小些,但它的換熱性能比豎埋管小很多,并且往往受可利用土地面積的限制,所以在實(shí)際工程應(yīng)用中,一般都采用垂直埋管。
2.2、地源空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)
地源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)相比有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。
利用可再生能源:屬可再生能源利用技術(shù)
地源熱泵從常溫土壤或地表水(地下水)中吸熱或向其排熱,利用的是可再生的清潔能源,可持續(xù)使用。
高效節(jié)能,運(yùn)行費(fèi)用低:屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)
地源熱泵的冷熱源溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定,冬季比環(huán)境空氣溫度高,夏季比環(huán)境空氣溫度低,這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%,因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。另外,地能溫度較恒定的特性,使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。在制熱制冷時(shí),輸入1KW的電量可以得到5KW以上的制冷制熱量。運(yùn)行費(fèi)用每年每平方米僅為22——30元,比常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)低40%左右。
節(jié)水省地:1)以土壤(水)為冷熱源,向其放出熱量或吸收熱量,不消耗水資源,不會(huì)對(duì)其造成污染。2)省去了鍋爐房及附屬煤場(chǎng)、儲(chǔ)油房、冷卻塔等設(shè)施,機(jī)房面積大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng),節(jié)省建筑空間,也有利于建筑的美觀
(5)環(huán)境效益顯著
該裝置的運(yùn)行沒有任何污染,可以建造在居民區(qū)內(nèi),在供熱時(shí),沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地,不會(huì)產(chǎn)生城市熱島效應(yīng),對(duì)環(huán)境非常友好,是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。
(5) 運(yùn)行安全穩(wěn)定,可靠性高:地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中無燃燒設(shè)備,因此不可能產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣,也不存在丙烷氣體,因而也不會(huì)有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn),使用安全。燃油、燃?xì)忮仩t供暖,其燃燒產(chǎn)物對(duì)居住環(huán)境污染極重,影響人們的生命健康。由于土壤深處溫度非常恒定,主機(jī)吸熱或放熱不受外界氣候影響,運(yùn)行工況非常穩(wěn)定,優(yōu)于其它空調(diào)設(shè)備。不存在空氣源熱泵供熱不足,甚至不能制熱的問題。整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐-制冷機(jī)系統(tǒng)大大減少,保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。維修量極少,折舊費(fèi)和維修費(fèi)也都大大地低于傳統(tǒng)空調(diào)。
三、設(shè)計(jì)依據(jù)
1.甲方空調(diào)使用功能及使用要求;
2.甲方末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷要求;
3.匯中地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)及相關(guān)配置;
4.《北京市室外氣象參數(shù)》(1998版);
5.《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019-2003);
6.《通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50243-2002);
7.《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ 01-621-2005);
8.其它相關(guān)國(guó)家規(guī)范規(guī)定。
四、氣象條件及設(shè)計(jì)參數(shù)
空調(diào)設(shè)備 |
冷量(W) |
數(shù)量(臺(tái)) |
SSR-300 |
28778 |
1 |
風(fēng)機(jī)盤管FP-136 |
7200 |
1 |
風(fēng)機(jī)盤管FP-51 |
2700 |
5 |
風(fēng)機(jī)盤管FP-34 |
1800 |
2 |
風(fēng)機(jī)盤管FP-68 |
3600 |
1 |
風(fēng)機(jī)盤管FP-85 |
4500 |
1 |
本工程采用雙U地埋井,井深100米,支管管徑為DN32的PE管,一眼井四根,每延米的換熱量取在60W,共計(jì)需要地埋管井5孔,地埋井間距5米×5米。
地埋管技術(shù)介紹:
地埋管技術(shù)自50年代開始進(jìn)入民用建筑,70年代開始各種暖通空調(diào)專著多有研究論述,我公司是國(guó)內(nèi)較早涉足地埋管技術(shù)的專業(yè)空調(diào)廠家,我公司在充分利用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí),結(jié)合國(guó)內(nèi)特點(diǎn)以及公司自身優(yōu)勢(shì),開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、符合中國(guó)國(guó)情的地源熱泵機(jī)組,綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究成果,結(jié)合我公司多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)歸納如下:
1、埋管方式
一般分兩種環(huán)路系統(tǒng),即立埋式環(huán)路系統(tǒng)和平埋式環(huán)路系統(tǒng):
1)、立埋式環(huán)路系統(tǒng)
立埋式環(huán)路系統(tǒng)由深度可達(dá)200米的聚乙烯管環(huán)路組成,這些環(huán)路放在直徑100至150mm的垂直管孔中形成與土壤進(jìn)行熱交換。環(huán)路分兩種系統(tǒng)類型:并聯(lián)式系統(tǒng)和串聯(lián)式系統(tǒng)。并聯(lián)式系統(tǒng)所有管徑較小,管環(huán)長(zhǎng)度較短,所需水泵揚(yáng)程較低,可用較小的水泵,運(yùn)行費(fèi)用較少。
2)、平埋式環(huán)路系統(tǒng)
平埋式環(huán)路系統(tǒng)是將環(huán)路安放在深度約為1.20-1.80m的水平管溝內(nèi)。由于受地表溫度年波動(dòng)的影響,環(huán)路長(zhǎng)度需增加15%至30%。立埋式的管孔要用鉆井機(jī)械鉆孔,而平埋式的管溝只要用反向鏟開挖即可。平埋式系統(tǒng)通常安裝在有較大園地的住宅和場(chǎng)地很大的建筑物。
2、環(huán)路設(shè)計(jì)
1)、選用環(huán)路管材:通常選用DN32、DN50的聚乙烯和聚丙烯塑料管,其正常壽命是50年。
2)、管道的長(zhǎng)度。計(jì)算埋地環(huán)路長(zhǎng)度時(shí)必須考慮土壤的溫度、性質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)和管道的直徑、流速、熱阻等。在美國(guó)已為不少地區(qū)提供了立埋和平埋的每冷噸所需的環(huán)路管道長(zhǎng)度。我們?cè)谶@些方面也作了大量的工作,擁有自己的計(jì)算軟件。
3)、選擇環(huán)路管道內(nèi)的液體。因冬季運(yùn)行水溫較低,平埋式通常選用20%甲醇或20%丙二醇防凍溶液,豎埋式不受地表溫度影響因而可采用處理后的自來水。
4)、管內(nèi)的液體流速,為保證管內(nèi)流體處于紊流狀態(tài),選取管內(nèi)流速時(shí),應(yīng)是流體的雷諾數(shù)Re達(dá)到3000以上。
3、換熱參數(shù)
1)、為了避免熱短路,任何形式的換熱器都對(duì)換熱器之間的距離有一定要求,具體確定這個(gè)距離要考慮多方面的因素,最重要的是確定換熱器的運(yùn)行時(shí)間,對(duì)豎埋套管換熱器而言,換熱模型是以埋管為中心的圓柱面輻射狀向外傳熱,且這種傳熱是以時(shí)間為坐標(biāo)的不穩(wěn)定傳熱。影響單根豎管的換熱距離一般為3-5m。短時(shí)間和間歇運(yùn)行的換熱管間距在3m較合適,長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的間距在5m較合適。
2)、土壤熱物性試驗(yàn)結(jié)果表明:土沙混合比為1:2的混合物的導(dǎo)熱系數(shù)最大,為尋求最佳的回填材料提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);地源熱泵地埋換熱器的取熱過程的主要熱阻是土壤,取熱管的材料種類對(duì)取熱量大小影響不大。
五、地源中央空調(diào)系統(tǒng)能源利用方案及分析
5.1、本空調(diào)方案選用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng),同時(shí)作為整個(gè)建筑的夏季冷源、冬季熱源。
5.2、在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí),遵循節(jié)能、舒適、容量調(diào)節(jié)方便、噪音低、振動(dòng)小、,便于獨(dú)立計(jì)費(fèi)、控制,不破壞建筑外觀及室內(nèi)裝修的原則。
5.3、整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)理念:
本工程為地源熱泵中央空調(diào)工程,根據(jù)《北京民用建筑冷負(fù)荷估算指標(biāo)(寒冷地區(qū)A區(qū))》,選取負(fù)荷指標(biāo)??照{(diào)主機(jī)選用匯中地源熱泵機(jī)組SSR-300一臺(tái),機(jī)組額定制冷量為28778W,額定制冷功率為5244W,額定制熱量為35000W,額定制熱功率為8424W。
5.4、水力平衡設(shè)計(jì)
建筑高度不高,區(qū)域管路長(zhǎng)度較短,系統(tǒng)水環(huán)路宜采用異程式系統(tǒng)。
5.5、水系統(tǒng)處理設(shè)計(jì)
水過濾采用Y型過濾器,防止水系統(tǒng)堵塞和磨損。
5.6、消聲與隔振設(shè)計(jì)
為防止噪聲,振動(dòng)及煙氣污染室內(nèi)外環(huán)境,對(duì)有關(guān)污染源設(shè)如下控制措施:
1)噪聲的控制
凡對(duì)室內(nèi)外環(huán)境造成噪聲超標(biāo)污染的風(fēng)機(jī),空調(diào)機(jī),循環(huán)水泵均作消聲吸聲、隔聲處理,風(fēng)機(jī)等均選用高效率低噪聲半產(chǎn)品,空調(diào)機(jī)進(jìn)出口均采取消聲措施,管道穿過機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)處四周的縫隙,應(yīng)使用具有隔聲彈性材料填充密實(shí)。
2)振動(dòng)的控制
在天花或樓板上安裝的風(fēng)機(jī),水泵等均做減振基礎(chǔ),空調(diào)機(jī)設(shè)隔振墊??照{(diào)機(jī)、水泵的出入水管設(shè)可屈撓橡膠軟接頭,管道安裝采用減振支吊架。
5.7、空調(diào)系統(tǒng)的防火設(shè)計(jì)
所有風(fēng)管材料采用不燃型,所用保溫材料采用不燃或難燃型;
5.8、風(fēng)管及水管絕熱設(shè)計(jì)
1)風(fēng)管采用復(fù)合風(fēng)管,參數(shù)均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
2)管徑等于小于50者采用熱鍍鋅鋼管,大于50者采用焊接鋼管,凝水管采用鍍鋅鋼管,采用難燃B1級(jí)柔性泡沫橡塑管殼保溫材料,保溫厚度為6~15MM。熱水管室內(nèi)室外都需保溫,管徑小于等于DN25的保溫厚度為13MM,管徑大于DN32小于等于DN80的保溫厚度為15MM,管徑大于DN100的保溫厚度為19MM,保溫材料采用難燃B1級(jí)柔性泡沫橡塑管殼。