天津國(guó)際貿(mào)易與航運(yùn)服務(wù)區(qū)寫字樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、工程概況及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.工程概況

天津國(guó)際貿(mào)易與航運(yùn)服務(wù)醫(yī)寫字樓總建筑面積為23378.76平方米，其中地上建筑面積為21714.12平方米，地下建筑面積為1664.64平方米。地上13層，有大堂、咖啡茶座、保安監(jiān)控和辦公室等，地下1層，有變配電間、發(fā)電機(jī)房、泵房、庫(kù)房等。本項(xiàng)目擬采用熱泵系統(tǒng)為地上建筑提供冬季采暖和夏季制冷，地下建筑不考慮空調(diào)系統(tǒng)。

2.地源熱泵系統(tǒng)介紹

地源熱泵是一種利用地下淺層地能，將低位能向高位能轉(zhuǎn)移，以實(shí)現(xiàn)供熱制冷的高教節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。其利用地層在一定深度下一年四季溫度比較恒定，保持在15℃以上，且具有熱容量巨大、可以再生等特點(diǎn)，通過(guò)埋設(shè)在地下的換熱管與土壤進(jìn)行熱交換，冬季把土壤中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”，夏季把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋放到地下土壤中，此時(shí)地能為“冷源”，如下圖:

此外，冬季通過(guò)熱泵把大地中的熱量升高溫度后對(duì)建筑供熱，同時(shí)使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用，夏季通過(guò)熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對(duì)建筑物降溫，同時(shí)在大地中蓄存熱量以供冬季使用。在地源熱泵系統(tǒng)中，大地起到了蓄能器的作用，進(jìn)一步提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率?？梢源蟠鬁p少對(duì)化石燃料的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染，符合人類可持續(xù)發(fā)展的要求。地源熱泵系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的冷暖中央空調(diào)系統(tǒng)。

3.設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1 冬季采暖、夏季制冷面積:21714平方米;

3.2 設(shè)計(jì)負(fù)荷:

冬季:熱指標(biāo)估算為78.89W/M2，設(shè)計(jì)采暖負(fù)荷為1713KW+

夏季:冷指標(biāo)估算為116.28w/m2，設(shè)計(jì)制冷負(fù)荷為2525KW;

3.3空調(diào)使用時(shí)間:

夏季:120天;冬季:120天

4.方案綜述

根據(jù)項(xiàng)目的位置、建筑面積、水文地質(zhì)情況以及建設(shè)方提供的部分相關(guān)資料，擬采用“混合型的地源熱泵系統(tǒng)”為建筑提供冬季采暖和夏季制冷。

二、混合型的地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)方案綜述

在本方案中，采用混合型的地源熱泵系統(tǒng)為所有建筑提供冬季供暖和夏季制冷。熱泵機(jī)組按照夏季負(fù)荷進(jìn)行選擇，則也能夠滿足冬季采暖負(fù)荷;室外地埋換熱孔的數(shù)量按照冬季負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，夏季制冷時(shí)系統(tǒng)散熱不足的部分由冷卻塔來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充散熱。在夏季制冷實(shí)際運(yùn)行中，以地埋換熱孔散熱優(yōu)先運(yùn)行，冷卻塔進(jìn)行輔助散熱。

夏季制冷負(fù)荷為2525KW，選擇3臺(tái)GSHP-C1038D型熱泵機(jī)組。3臺(tái)總的制冷量為2796KW，總的制熱量為3123KW，可以滿足夏季制冷和冬季采暖負(fù)荷的需求。

2.冷、熱源方案

2.1 地源熱泵機(jī)組選型

3臺(tái)GSHP-C1038D型熱泵機(jī)組，其標(biāo)準(zhǔn)工況下性能參數(shù)如下:

注:在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，須按實(shí)際運(yùn)行工況與廠家進(jìn)行最終確定參數(shù)。

2.2 系統(tǒng)全年運(yùn)行方案

夏季3臺(tái)熱泵機(jī)組全部運(yùn)行，提供制冷，但根據(jù)負(fù)荷的變化，可以開(kāi)啟1臺(tái)或2臺(tái)機(jī)組，同時(shí)該2臺(tái)機(jī)組可以根據(jù)負(fù)荷的變化實(shí)現(xiàn)從10-100%的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，其中地埋換熱孔優(yōu)先運(yùn)行。

冬季2臺(tái)熱泵機(jī)組的制熱量為2082KW，而冬季采暖負(fù)荷為1713Kw，因此2臺(tái)熱泵機(jī)組運(yùn)行即可滿足采暖負(fù)荷需求，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷選擇開(kāi)啟1臺(tái)機(jī)組或2臺(tái)。

2.3 系統(tǒng)主要循環(huán)水泵

系統(tǒng)主要循環(huán)泵均采用屏蔽泵，該種泵具有運(yùn)行穩(wěn)定、噪音低、安全可靠性高等特點(diǎn)。

三、室外地埋管換熱系統(tǒng)及冷卻塔輔助散熱系統(tǒng)

1.地埋管的設(shè)計(jì)方法

地埋管的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)工區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行工況，計(jì)算地埋管的換熱量和滿足負(fù)荷要求所需求的換熱管的長(zhǎng)度。基于工區(qū)地下條件的多樣性，我公司在地埋管的設(shè)計(jì)上主要采取“現(xiàn)場(chǎng)工程，水文地質(zhì)條件分析+設(shè)計(jì)軟件”相結(jié)合的方法。

2.本方案地埋管換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

綜合分析項(xiàng)目區(qū)的地質(zhì)條件等因素，本項(xiàng)目地層單位鉆孔延長(zhǎng)米的換熱量夏季取55xv/m，冬季取45w/m。

按照冬季采暖負(fù)荷設(shè)計(jì)換熱孔的數(shù)量.本系統(tǒng)冬季的總熱負(fù)荷為1713KW，所需地埋管的最大數(shù)量為30625延長(zhǎng)米，若單個(gè)地埋換熱孔深選用125m，則換熱孔數(shù)量核算為245個(gè)，孔徑大于φ200mm。換熱孔布設(shè)在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)綠地、停車場(chǎng)等非建筑構(gòu)筑物下面，換熱孔口位于地面1.2m深以下，鉆孔完成后不會(huì)影響地面的正常使用。換熱孔間距5×5m，在本項(xiàng)目的室外空地最多可布設(shè)換熱孔383個(gè)左右，因此可以滿足布設(shè)換熱孔的需求。

3.冷卻塔輔助散熱系統(tǒng)

本項(xiàng)目夏季設(shè)計(jì)負(fù)荷為2525KW，考慮土壤的換熱能力、熱平衡的問(wèn)題以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等，初步設(shè)計(jì)夏季2臺(tái)熱泵機(jī)組與地埋換熱孔相連，另1臺(tái)熱泵機(jī)組直接與冷卻塔相連接，這樣一方面可以通過(guò)調(diào)整冷卻塔的運(yùn)行時(shí)間來(lái)解決熱平衡問(wèn)題，另一方面也提高了系統(tǒng)的能效率比。

因此，在本方案中，選擇2臺(tái)LDCM-N-125(或1臺(tái)LDCM-N-250)型冷卻塔進(jìn)行輔助散熱。

四、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

1.初投資估算

本工程初投資估算為567.1萬(wàn)元。

初投資估算說(shuō)明:本初投資估算為室外地埋管換熱系統(tǒng)、冷卻塔、熱泵機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的購(gòu)置和安裝，不含其它土建、電力電源引入費(fèi)用、機(jī)房軸線以外的熱媒(或冷媒)管道和室內(nèi)末端系統(tǒng)等二次系統(tǒng)等。

2.運(yùn)行費(fèi)用測(cè)算

冬季供暖費(fèi)用:本方案冬季供暖熱泵機(jī)組運(yùn)行電費(fèi)為36.24萬(wàn)元。

夏季制冷費(fèi)用:本方案夏季制冷熱泵機(jī)組運(yùn)行電費(fèi)為19.59萬(wàn)元。

熱泵機(jī)組壘年運(yùn)行電費(fèi):熱泵機(jī)組全年運(yùn)行電費(fèi)為55.83萬(wàn)元，折合25.7元/平方米。

五、方案結(jié)論

本方案的初投資和運(yùn)行費(fèi)用如下表，其中初投資主要為熱泵機(jī)房、地埋換熱孔以及冷卻塔等的費(fèi)用，具體見(jiàn)方案。運(yùn)行費(fèi)用為熱泵機(jī)組運(yùn)行電費(fèi)，不含循環(huán)水泵運(yùn)行電費(fèi)和管理費(fèi)用。