一、工程概况
本工程为别墅地源热泵中央空调工程,该工程使用地源热泵中央空调系统,末端采用风机盘管机组,每台配置控制器单独控制,空调主机提供夏季制冷,冬季制热。
二、地源泵中央空调系统介绍
2.1、地源热泵空调系统介绍
地源热泵空调系统是把热交换器埋于地下,通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动,从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下,对房间进行降温。同时储存热量,以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间,对房间进行供暖,同时储存冷量,以备夏用,大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉,这样就实现了能量的季节转换。
机组运行过程:冬天热泵中制冷剂正向流动,压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量,相变为高温高压的液体,再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器,从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端,由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器,从而不断的向用户提供45℃-50℃的热水。
夏天热泵中制冷剂逆向流动,与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水(7-12℃)提取热能,与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量,循环液中热量再向地下低温区排放,如此循环往复连续地向用户提供7-12℃的冷水。
土壤热交换器埋管形式:地下埋管换热器主要有两种形式,即水平埋管和垂直埋管。选择哪种形式取决于现场可用地表面积、当地岩土类型以及钻孔费用。尽管水平埋管通常是浅层埋管,可采用人工开挖,初投资比垂直埋管小些,但它的换热性能比竖埋管小很多,并且往往受可利用土地面积的限制,所以在实际工程应用中,一般都采用垂直埋管。
2.2、地源空调系统的特点
地源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势。
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。
高效节能,运行费用低:属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22——30元,比常规中央空调系统低40%左右。
节水省地:1)以土壤(水)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)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) 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。
三、设计依据
1.甲方空调使用功能及使用要求;
2.甲方末端系统设计冷热负荷要求;
3.汇中地源热泵系统技术参数及相关配置;
4.《北京市室外气象参数》(1998版);
5.《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003);
6.《通风与空调工程施工及验收规范》(GB50243-2002);
7.《公共建筑节能设计标准》(DBJ 01-621-2005);
8.其它相关国家规范规定。
四、气象条件及设计参数
空调设备 |
冷量(W) |
数量(台) |
SSR-300 |
28778 |
1 |
风机盘管FP-136 |
7200 |
1 |
风机盘管FP-51 |
2700 |
5 |
风机盘管FP-34 |
1800 |
2 |
风机盘管FP-68 |
3600 |
1 |
风机盘管FP-85 |
4500 |
1 |
本工程采用双U地埋井,井深100米,支管管径为DN32的PE管,一眼井四根,每延米的换热量取在60W,共计需要地埋管井5孔,地埋井间距5米×5米。
地埋管技术介绍:
地埋管技术自50年代开始进入民用建筑,70年代开始各种暖通空调专著多有研究论述,我公司是国内较早涉足地埋管技术的专业空调厂家,我公司在充分利用国外先进技术的同时,结合国内特点以及公司自身优势,开发出具有自主知识产权的、符合中国国情的地源热泵机组,综合国内外现有研究成果,结合我公司多年的工程实践经验归纳如下:
1、埋管方式
一般分两种环路系统,即立埋式环路系统和平埋式环路系统:
1)、立埋式环路系统
立埋式环路系统由深度可达200米的聚乙烯管环路组成,这些环路放在直径100至150mm的垂直管孔中形成与土壤进行热交换。环路分两种系统类型:并联式系统和串联式系统。并联式系统所有管径较小,管环长度较短,所需水泵扬程较低,可用较小的水泵,运行费用较少。
2)、平埋式环路系统
平埋式环路系统是将环路安放在深度约为1.20-1.80m的水平管沟内。由于受地表温度年波动的影响,环路长度需增加15%至30%。立埋式的管孔要用钻井机械钻孔,而平埋式的管沟只要用反向铲开挖即可。平埋式系统通常安装在有较大园地的住宅和场地很大的建筑物。
2、环路设计
1)、选用环路管材:通常选用DN32、DN50的聚乙烯和聚丙烯塑料管,其正常寿命是50年。
2)、管道的长度。计算埋地环路长度时必须考虑土壤的温度、性质、导热系数和管道的直径、流速、热阻等。在美国已为不少地区提供了立埋和平埋的每冷吨所需的环路管道长度。我们在这些方面也作了大量的工作,拥有自己的计算软件。
3)、选择环路管道内的液体。因冬季运行水温较低,平埋式通常选用20%甲醇或20%丙二醇防冻溶液,竖埋式不受地表温度影响因而可采用处理后的自来水。
4)、管内的液体流速,为保证管内流体处于紊流状态,选取管内流速时,应是流体的雷诺数Re达到3000以上。
3、换热参数
1)、为了避免热短路,任何形式的换热器都对换热器之间的距离有一定要求,具体确定这个距离要考虑多方面的因素,最重要的是确定换热器的运行时间,对竖埋套管换热器而言,换热模型是以埋管为中心的圆柱面辐射状向外传热,且这种传热是以时间为坐标的不稳定传热。影响单根竖管的换热距离一般为3-5m。短时间和间歇运行的换热管间距在3m较合适,长时间连续运行的间距在5m较合适。
2)、土壤热物性试验结果表明:土沙混合比为1:2的混合物的导热系数最大,为寻求最佳的回填材料提供了基础数据;地源热泵地埋换热器的取热过程的主要热阻是土壤,取热管的材料种类对取热量大小影响不大。
五、地源中央空调系统能源利用方案及分析
5.1、本空调方案选用地源热泵中央空调系统,同时作为整个建筑的夏季冷源、冬季热源。
5.2、在进行空调系统方案设计时,遵循节能、舒适、容量调节方便、噪音低、振动小、,便于独立计费、控制,不破坏建筑外观及室内装修的原则。
5.3、整个空调系统方案设计理念:
本工程为地源热泵中央空调工程,根据《北京民用建筑冷负荷估算指标(寒冷地区A区)》,选取负荷指标。空调主机选用汇中地源热泵机组SSR-300一台,机组额定制冷量为28778W,额定制冷功率为5244W,额定制热量为35000W,额定制热功率为8424W。
5.4、水力平衡设计
建筑高度不高,区域管路长度较短,系统水环路宜采用异程式系统。
5.5、水系统处理设计
水过滤采用Y型过滤器,防止水系统堵塞和磨损。
5.6、消声与隔振设计
为防止噪声,振动及烟气污染室内外环境,对有关污染源设如下控制措施:
1)噪声的控制
凡对室内外环境造成噪声超标污染的风机,空调机,循环水泵均作消声吸声、隔声处理,风机等均选用高效率低噪声半产品,空调机进出口均采取消声措施,管道穿过机房围护结构处四周的缝隙,应使用具有隔声弹性材料填充密实。
2)振动的控制
在天花或楼板上安装的风机,水泵等均做减振基础,空调机设隔振垫。空调机、水泵的出入水管设可屈挠橡胶软接头,管道安装采用减振支吊架。
5.7、空调系统的防火设计
所有风管材料采用不燃型,所用保温材料采用不燃或难燃型;
5.8、风管及水管绝热设计
1)风管采用复合风管,参数均为国家标准。
2)管径等于小于50者采用热镀锌钢管,大于50者采用焊接钢管,凝水管采用镀锌钢管,采用难燃B1级柔性泡沫橡塑管壳保温材料,保温厚度为6~15MM。热水管室内室外都需保温,管径小于等于DN25的保温厚度为13MM,管径大于DN32小于等于DN80的保温厚度为15MM,管径大于DN100的保温厚度为19MM,保温材料采用难燃B1级柔性泡沫橡塑管壳。