天津國際貿易與航運服務區寫字樓地源熱泵空調系統設計

一、工程概況及系統簡介

1.工程概況

天津國際貿易與航運服務醫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、保安監控和辦公室等，地下1層，有變配電間、發電機房、泵房、庫房等。本項目擬采用熱泵系統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系統。

2.地源熱泵系統介紹

地源熱泵是一種利用地下淺層地能，將低位能向高位能轉移，以實現供熱制冷的高教節能空調系統。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，通過埋設在地下的換熱管與土壤進行熱交換，冬季把土壤中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”，夏季把室內熱量取出來，釋放到地下土壤中，此時地能為“冷源”，如下圖:

此外，冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用，夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。在地源熱泵系統中，大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調系統全年的能源利用效率。可以大大減少對化石燃料的消耗，減少對環境的污染，符合人類可持續發展的要求。地源熱泵系統是一種高效、節能、環保的冷暖中央空調系統。

3.設計依據

3.1 冬季采暖、夏季制冷面積:21714平方米;

3.2 設計負荷:

冬季:熱指標估算為78.89W/M2，設計采暖負荷為1713KW+

夏季:冷指標估算為116.28w/m2，設計制冷負荷為2525KW;

3.3空調使用時間:

夏季:120天;冬季:120天

4.方案綜述

根據項目的位置、建筑面積、水文地質情況以及建設方提供的部分相關資料，擬采用“混合型的地源熱泵系統”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設計

1.系統方案綜述

在本方案中，采用混合型的地源熱泵系統為所有建筑提供冬季供暖和夏季制冷。熱泵機組按照夏季負荷進行選擇，則也能夠滿足冬季采暖負荷;室外地埋換熱孔的數量按照冬季負荷進行設計，夏季制冷時系統散熱不足的部分由冷卻塔來進行補充散熱。在夏季制冷實際運行中，以地埋換熱孔散熱優先運行，冷卻塔進行輔助散熱。

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

2.冷、熱源方案

2.1 地源熱泵機組選型

3臺GSHP-C1038D型熱泵機組，其標準工況下性能參數如下:

注:在進行施工圖設計時，須按實際運行工況與廠家進行最終確定參數。

2.2 系統全年運行方案

夏季3臺熱泵機組全部運行，提供制冷，但根據負荷的變化，可以開啟1臺或2臺機組，同時該2臺機組可以根據負荷的變化實現從10-100%的無級調節，其中地埋換熱孔優先運行。

冬季2臺熱泵機組的制熱量為2082KW，而冬季采暖負荷為1713Kw，因此2臺熱泵機組運行即可滿足采暖負荷需求，同時可以根據實際運行負荷選擇開啟1臺機組或2臺。

2.3 系統主要循環水泵

系統主要循環泵均采用屏蔽泵，該種泵具有運行穩定、噪音低、安全可靠性高等特點。

三、室外地埋管換熱系統及冷卻塔輔助散熱系統

1.地埋管的設計方法

地埋管的設計主要是針對工區的地質、水文地質條件，結合系統運行工況，計算地埋管的換熱量和滿足負荷要求所需求的換熱管的長度。基于工區地下條件的多樣性，我公司在地埋管的設計上主要采取“現場工程，水文地質條件分析+設計軟件”相結合的方法。

2.本方案地埋管換熱系統的設計

綜合分析項目區的地質條件等因素，本項目地層單位鉆孔延長米的換熱量夏季取55xv/m，冬季取45w/m。

按照冬季采暖負荷設計換熱孔的數量.本系統冬季的總熱負荷為1713KW，所需地埋管的最大數量為30625延長米，若單個地埋換熱孔深選用125m，則換熱孔數量核算為245個，孔徑大于φ200mm。換熱孔布設在項目區內綠地、停車場等非建筑構筑物下面，換熱孔口位于地面1.2m深以下，鉆孔完成后不會影響地面的正常使用。換熱孔間距5×5m，在本項目的室外空地最多可布設換熱孔383個左右，因此可以滿足布設換熱孔的需求。

3.冷卻塔輔助散熱系統

本項目夏季設計負荷為2525KW，考慮土壤的換熱能力、熱平衡的問題以及系統運行的經濟性等，初步設計夏季2臺熱泵機組與地埋換熱孔相連，另1臺熱泵機組直接與冷卻塔相連接，這樣一方面可以通過調整冷卻塔的運行時間來解決熱平衡問題，另一方面也提高了系統的能效率比。

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

四、經濟技術分析

1.初投資估算

本工程初投資估算為567.1萬元。

初投資估算說明:本初投資估算為室外地埋管換熱系統、冷卻塔、熱泵機房內設備的購置和安裝，不含其它土建、電力電源引入費用、機房軸線以外的熱媒(或冷媒)管道和室內末端系統等二次系統等。

2.運行費用測算

冬季供暖費用:本方案冬季供暖熱泵機組運行電費為36.24萬元。

夏季制冷費用:本方案夏季制冷熱泵機組運行電費為19.59萬元。

熱泵機組壘年運行電費:熱泵機組全年運行電費為55.83萬元，折合25.7元/平方米。

五、方案結論

本方案的初投資和運行費用如下表，其中初投資主要為熱泵機房、地埋換熱孔以及冷卻塔等的費用，具體見方案。運行費用為熱泵機組運行電費，不含循環水泵運行電費和管理費用。