某部队办公楼地源热泵方案Word文档下载推荐.docx
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2.1.3《通风与空调工程施工质量检验规范》GB50243-2002;
2.2设计参数
2.2.1夏季室外计算参数:
空调计算干球温度34.8℃;
空调计算湿球温度26.7℃。
夏季最热月室外相对湿度73%。
2.2.2冬季室外计算参数:
空调计算干球温度-10℃;
冬季空调室外相对湿度54%。
2.2.3室内空气设计参数:
夏季空调室内设计温度:
25℃±
2℃;
冬季空调室内设计温度:
19℃±
2℃。
三、设计条件分析
3.1项目区地理、气候概况:
该项目位于XXX属暖温带大陆性季风气候。
四季分明,春季气温回升较快,多干旱;
夏季炎热多雨;
秋季天高气爽;
冬季漫长、寒冷、少雨雪。
年平均气温13.8度,一月最冷,平均气温-1.77℃,七月份最热,平均气温26.5℃,相对湿度为54.4%,最大冻土深度为450mm。
风向随季节变化,冬季多东北或西北风;
夏季多东南风。
年平均降水量623.1mm。
3.2项目区水文地质概况:
本项目位于山区,预计以岩石为主。
(以实际地质报告为准)
3.3地源热泵空调介绍
地球表面浅层(通常小于地下300米深,一般为50米左右)地热资源可以称之为地能,主要是指土壤、地下水、河流、湖泊等吸收太阳能与地热能而蕴藏的低品位能源。
地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了进入大气层中约47%的太阳能。
它不受地域、资源的限制,真正属量大面广,无处不在。
这种储存于地表浅层且近乎无限的可再生能源是天然、清洁、可循环利用的能源。
近几年发展起来的地源(水源)热泵就是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源,进行能量交换对建筑物供冷、供热。
地源(水源)热泵空调工作原理:
通过消耗部分高品位电能,驱动压缩机通过制冷剂的相变和热交换设备,冬季,吸收水和土壤中的低品位能源,供给室内采暖;
夏季,把室内的热量取出来,释放至水中或土壤中。
简单地说,地源(水源)热泵是利用地下常温土壤和水温相对稳定的特性,通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水,采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热量向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。
蒸汽压缩式制冷、制热是技术上最成熟、应用最普遍的设备,称之为热泵。
它由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等四个主要部分组成,工质循环于其中。
当设备运行时,压缩机吸入来自蒸发器内的蒸气,蒸气经压缩后成为高温高压气体,接着进入冷凝器释放热量而成为高压的液体,然后经过节流机构膨胀,大部分成为低压液体,一小部分变成了低压蒸气,两者一并进入蒸发器,在蒸发器中液体吸取热量而汽化,再为压缩机所吸入,从而实现工质的一个循环。
蒸发器为制冷端,冷凝器为制热端(两端能量守恒,均为自然能源)。
夏季在冷凝器端供应大量的低品位的冷源(地能16℃左右),在蒸发器端输出7℃左右的冷水供风机盘管降低室内气温。
冬季在蒸发器端供应大量的低品位的热源(地能16℃左右),在冷凝器端输出40℃左右的热水供风机盘管升高室内气温。
两端是自然能源的转化,实现转化任务的压缩机耗的是高品位的电能。
COP一般为3-7。
土壤源热泵结构示意图
《自然能源地下蓄能空调》其基本原理:
利用大自然季节的变化,将夏季的炎热和太阳能蓄存,在冬季时对建筑物供暖;
同样,将冬季的寒冷蓄存,在夏季时对建筑物供冷。
其蓄热、蓄冷的载体选择了地下土壤。
其能量转换的设备选择了热泵。
地下土壤具有恒温、保温、热容量大、空间无限等特点,让土壤平衡上述大自然季节的变化,使其对于建筑物反季节应用。
由于构思和原理不同,使地下蓄能空调和地源(水源)热泵空调在技术路线、工艺设备、投资等方面发生了很大变化,地下蓄能空调明显优于地源(水源)热泵空调。
地下蓄能空调的着眼点是充分或完全使用局部的自然能源作为建筑物供冷、供热的冷热源,反季节循环使用,真正做到了天然、环保、二氧化碳零排放、可持续发展的目标。
3.5冷热源的选择
3.5.1空气源
该项目区四季分明,冬、夏季室内外温差大(极端气温-16℃~42℃),热泵设备工况差,空气源不具备蓄能性,节能效果不明显,空气源的室外机必须暴露在室外与小区环境及周边环境不协调,因此不具备合理性。
3.5.2地表水源
虽然该项目区附近有湖有河,但湖水及河水受季节影响较大,取水深度不稳定,再加之湖河冬季结冰,水温受气温影响较大,热泵提取能源的温差较小。
采用地表水做冷热源也不具备合理性。
3.5.3土壤(地)、地下水源
根据地质常规资料,该区域地下(3.5m以下)的土壤及水温稳定在15.5~16.5℃,不受气温的影响。
与人们生活最适温度(22~24℃)仅相差7℃左右,且取之不尽,用之不竭,是最佳的冷热源。
因此,本设计的冷热源取地源或地下水源。
取之地源:
不用考虑水质对设备的影响,也不用考虑长期使用后地下水位及水质的变化,土壤源又是最好的地下蓄能载体。
经过几个供冷暖周期的循环,蓄能效果显现,运行效果和节能效果会显著提高。
从长期使用和运行费用考察是最佳选择。
设计时要考虑垂直地埋管的深度及能量交换的形式(单u、双u),热泵交换与蓄能的缓冲配合及反季节蓄能效果的总体平衡计算。
在满足功能的前提下,尽量降低初始投资。
取之水源:
结合水文地质条件及初始地埋管钻井情况,确定取水量、水质和井位布局,注意水循环利用(水景、绿化等)和最终回灌形式。
取之水源初始投资较低,但水质、地下水位和蓄能功能不稳定,从设备使用寿命和长期运行费用考虑,该设计不如地源蓄能设计合理。
3.6末端设计
房间设计采用卧式暗装风机盘管,在末端采用三速开关进行高、中、低档风量调节,也可以使用智能温控开关,从而达到节能的效果。
如果考虑分户计量,内机需配置水流量计和电动二通阀,也可考虑风机盘管接电表间接换算供冷热负荷。
超薄型设计(低于25cm),适用于楼层高度较低的建筑。
建筑设计时,应考虑供水、回水、结露水、生活热水管道及机房空间的预留;
层高设计时,可以考虑风机盘管的局部装修。
房间送风方式采用侧送下回方式,这种送风方式可满足装修要求,并且人员处于回流区,没有吹风感,具有良好的送风效果,人体舒适感强,是目前中央空调常用的送风方式。
四、方案设计
本方案设计由室外地下地埋管作为本项目的冷热源、热泵作为本项目的冷热能及生活热水的转化器、风机盘管和生活热水龙头作为室内空气调节和生活热水的末端三部分组成。
方案的结构示意见下图:
4.1空调设计
4.1.1空调形式
为了便于物业管理及合理利用土壤资源,采用地源(水源)热泵全热回收机组,户用独立机组、独立地埋管;
可实现一机三用:
冬季供暖、夏季供冷、常年24小时供热水(出水温度45~55℃)。
4.1.2系统负荷设计
本工程冷负荷概算指标为100w/㎡,按3500㎡计算,则冷热负荷为100w/㎡×
3500㎡=350kw。
本工程热负荷概算指标为80w/㎡,按3500㎡计算,则冷热负荷为80w/㎡×
3500㎡=280kw。
(因办公楼具体的保温措施及门窗形式等需确认后再进行调整冷热负荷概算指标,现选用冷负荷概算指标为100w/㎡,根据空调设计规范选取。
此冷热负荷概算指标后期可以调整)。
4.1.3空调系统设计
①主机设备:
采用LESR-BG2-100.1用地源(水源)热泵全热回收机组(水水型),额定制冷量354.4kw,额定制热量342.7kw电源:
380V/3N-50Hz。
②末端设备:
用侧送风风机盘管。
③冷热源系统:
垂直地埋管,每井按PEф32双U埋管,交换量按90w/m计算,埋管深度约100米,换热井为40口,每井深度约100米。
④智能控制:
机组容量根据负荷状况进行智能调节,使机组运行容量与实际负荷相匹配。
生活热水优先供应。
4.1.4运行管理
夏季运行90天,冬季运行120天,每天间歇运行6小时,各系统满负荷运行率取70%计,电费为0.73/kw.h,能效比按照1:
4计算。
夏季:
6.9元/㎡。
冬季:
7.35元/㎡。
4.1.5投资费用
序号
名称
容量
投资估算(万元)
备注
1
换热井
40口
50
2
热泵机组
29
3
机房附件
4
机房安装
5
空调末端系统
10
6
其他辅助材料
7
机房配电系统
总投资
102
注:
1、以上投资只是估算值,仅作为参考;
2、总投资根据制冷负荷进行选取,待确定办公楼结构、保温及门窗后再进行调整,制冷负荷;
3、以上投资估算不包括土建部分;
五、方案对比
如果采用空气源中央空调,制冷总负荷为350kw,制热负荷为280kw,按照其空气源中央空调夏季能效比为3左右,冬季为2左右,(空气源空调能效比随外界温度变化很大,夏季制冷时,当室外温度比较热,能效比比较低;
冬季制冷时,室外温度越低,能效比越低,有时接近1),按照夏季运行90天,冬季运行120天,每天间歇运行6小时,各系统满负荷运行率取70%计,电费为0.73/kw.h。
夏季9.2元/㎡。
14.7元/㎡。
从以上对比数据显示,地源中央空调运行费用低,节能最明显。
5.1
地源热泵空调系统的特点
地源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势。
5.1.1
利用可再生能源:
属可再生能源利用技术
地源热泵从常温土壤或地表水(地下水)中吸热或向其排热,利用的是可再生的清洁能源,可持续使用。
5.1.2
高效节能,运行费用低:
经济有效的节能技术
,地源热泵的冷热源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,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。
在制热制冷时,输入1KW的电量可以得到5KW以上的制冷制热量。
运行费用每年每平方米仅为15——18元,比常规中央空调系统低40%左右。
5.1.3节水省地:
1)以土壤为冷热源,向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源,不会对其造成污染。
2)省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施,机房面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。
5.1.4
环境效益显著
该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,在供热时,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,不会产生城市热岛效应,对环境非常友好,是理想的绿色环保产品。
5.1.5
运行安全稳定,可靠性高
地源热泵系统在运行中无燃烧设备,因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气,也不存在丙烷气体,因而也不会有发生爆炸的危险,使用安全。
燃油、燃气锅炉供暖,其燃烧产物对居住环境污染极重,影响人们的生命健康。
由于土壤深处温度非常恒定,主机吸热或放热不受外界气候影响,运行工况非常稳定,优于其它空调设备。
不存在空气源热泵供热不足,甚至不能制热的问题。
整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。
维修量极少,折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。
5.1.6一机两用,应用范围广
地源热泵系统可供暖、制冷,一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。
可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于住宅的采暖、供冷。
加上热回收装置,夏季可得到免费的生活热水,即一机三功效。
5.1.7自动运行
地源热泵机组由于工况稳定,所以可以设计简单系统,部件较少,机组运行简单可靠,维护费低;
自动控制程度高,可无人值守;
此外,机组使用寿命长,均在20年以上。
5.2
地源空调系统的社会效益
在我国的一些发达城市,夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。
特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用,给大气环境造成了极大的污染,对人们的健康形成了威胁。
因此,建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。
传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。
对于夏季制冷的建筑来说,随着空气热泵空调的普及,空调的实际使用效果正在逐年下降,这是因为空调装机容量的增加,空调局部热岛效应交叉干扰的结果。
天气越炎热,室外的温度越高,空调负荷也越大,而此时空调机向室外散热时,传热温差越小,空调机的运转效率就越低,设备也越费电。
也就是说,除了燃煤供暖给环境造成污染之外,空调机同样会造成大气污染。
另一方面,我国大部分地区冬冷夏热,夏天大量地使用风冷空调,造成某些大城市供电紧张,形成电荒,为了确保不会造成断电等问题出现,有些城市夏天限制用电量。
另外,因为部分地区没有暖气供应,冬天使用电炉取暖,造成电力供应紧张。
地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能,另外1/4左右来自电力输入,从而减少一次性的矿物能源消耗;
不向室外排冷、热风,减少城市热岛效应。
对环境非常友好。
地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。
冬季向建筑物供热,夏季又可供冷。
可广泛应用于各类建筑中,如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。
随着21现在,我国对建筑节能的要求越来越高。
减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染,降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务。
特别是近几年来,大中城市为改善大气环境,大力推广使用包括可再生能源的清洁能源。
随着人们生活水平的提高,建筑物不仅要满足冬季采暖的要求,而且需要夏季空调降温,地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷,还可供生活热水,一机多用。
一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。
系统紧凑,省去了锅炉房,避免危险源,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。
地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率,因此具有高效节能的优点。
地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40~60%,节能50%左右。
另外,地源温度恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。
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