宁波市嘉乐企业办公楼地源热泵系统

1. 工程概况：

   宁波市嘉乐企业办公楼位于宁波市鄞州古林镇陈横楼村嘉乐工业园区，地处鄞县大道与机场路交叉处。属于公建类建筑，总建筑面积3.247万m2，其中本工程示范面积为1.1万m2。结构体系为砖墙及组合窗，主要用途为办公、展示厅会议、客房等，采用地源热泵系统来提供制冷、供热。其中一层为大厅及大小会客厅。三层为企业产品展示厅，六层为客房部分。其余楼层为各企业行政办公室。2005年8月至2006年12月完成了整个地源热泵空调系统工程的建设并调试运转。
                  
    2. 空调系统设计

    (1)  空调系统的冷热负荷
     大楼总冷负荷为960KW，热负荷约为580KW。

    (2)  系统方案综述
    本工程采用地源热泵垂直埋管＋冷却塔辅助系统。
    室外：嘉乐企业办公楼位于鄞县大道古林段附近，该地区土壤垂直分布基本上可划分为4层：粘土层、淤泥层、砾石层和基岩层。该地区土层较复杂，可适合采用垂直地埋管地源热泵系统，根据宁波地区其他地源热泵工程经验，钻孔深度可达到40～70米。水文条件属于山区盆地集水。水系补给水源为四明山水系及天然降水。可利用的河道水域面积为6500M2，水面深度为1.5—2.5米，夏季河水温度为26～30℃，冬季河水温度为4～8℃。经计算，本工程共需钻孔250个，设计孔深50米，管井设置D32的U型高压PE管。考虑本工程实际情况，在建筑物周边的绿化带及道路地带钻孔。地耦孔间距约为4.5m×5m，水平管设计采用同程回路设计。
    地埋管中的冷却水通过集分水器汇集后，进入各楼层，供应二～八楼层的VKC系列水水机组及一层PH、PS水空机组，当夏季冷却水温高于32℃时，启动冷却塔辅助散热，地埋管起过冷作用，冬季完全使用地埋管。
    室内：二～八楼层夏季VKC机组产生7/12℃的冷冻水，供应风机盘管制冷，一部分被冷却水系统带入地埋管中，散热到土壤中。冬季VKC机组产生45/40℃的温水供应风机盘管制热，冷却水通过地埋管从土壤吸热。一层冷却水直接进入PH、PS水空机组，由压缩机循环产生冷热风供各房间空调使用。
   （3）系统运行
   （一）
     地源介质在冬季作为热泵供暖的热源和夏季制冷的冷源。即在冬季，把地源介质中的热量“吸取“出来，提高循环介质温度后，供人采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地源介质中去，由地源介质将其储存。
    机组提取地下水中的低位能量并将其聚变为高位能量，然后输送给冷暖水循环系统(用户末端)。整个系统仅消耗电能，无任何污染。主机占地面积比传统方式大大减少，可放置在地下室等空间。
    与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具有明显的优势。锅炉供热只能将90~98%的电能或70~90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量，由于地源热泵的制冷、制热系数可达4.5~5，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50~60%。
   （二）夏季制冷系统
    为节约投资，夏季高峰期在设计地下换热孔数满足系统夏季基础负荷的换热量的同时采用原有系统的冷却塔辅助散热，冷却塔调峰负荷约为总负荷的30%左右。
   （三）冬季制热系统
    冬季制热时能量由地埋系统提供。
                  
   （4）系统原理图：

                  
    (2) 技术经济分析：
     因宁波地区地质情况较适合地源热泵系统，并结合夏季辅助冷却塔做辅助散热，应用地源热泵成本较低。
     大楼一层房间以会议室为主，考虑同时使用率不高，采用地源热泵分散式系统，机组为PS、PH系列，每个房间可独立控制房间主机的启停。二层以上办公、展示功能为主，故设计采用地源热泵集中式系统，机组为VKC系列，末端加风机盘管。
    冷热源系统考虑采用冷却塔做夏季辅助散热，一来节约大楼空调总造价，节省占地空间，二来平衡全年的土壤吸热及散热量。（宁波地区冷负荷约1.5～2倍于热负荷，故向土壤排热量远大于土壤吸热量），三来夏季使用过程中，以使用地源侧为主，当地源侧回水温度高于32℃，开启冷却塔做辅助散热，地源侧过冷作用，
    (3)可再生能源建筑应用部分增量成本概算（包括计算基准）：
     地源热泵系统成本主要包含三部分：室外换热系统，机组及室内安装部分。
     本工程共钻孔250个，每孔50米深。
     机组部分包括VKC080机组10台，VKC040机组2台，PH04机组4台，PH05机组2台，PH07机组3台，PH09机组7台，PS07机组6台，PS09机组3台。

     地源热泵系统增量成本主要为地埋施工费用，末端系统和常规中央空调基本一样，不考虑其他因素。、

      4、节能预测分析，谨供参考：
      (一)计算依据
       制冷期150天，制热期90天，空调冷负荷960KW，热负荷为580KW。
       大楼空调运行时间为每天8小时。 
       电费按1.0元/度。
       因室内末端及水泵耗电量相同，且耗电量较小，故本次运行费用计算仅计算主机部分。
       建筑物各负荷比例的天数(参考)：
                   
                   
         负荷率分布表
         负荷百分数  夏季运行天数   冬季运行天数
         25%              25             20
         50%              50             30
         75%              50             30
         100%             25             10

                   
        （二）地源热泵系统运行费用
          夏季制冷功率为215KW，冬季制热功率为163KW。
          项目计算过程结果
          夏季水源热泵
          机组负荷率100%25天25天×8小时×215KW×100%43000
          负荷率75%50天50天×8小时×215KW×75%64500
          负荷率50%50天50天×8小时×215KW×50%43000
          负荷率25%25天25天×8小时×215KW×25%10750
          合计150天161250
                         
          冬季水源热泵
          机组负荷率100%20天20天×8小时×163KW×100%26080
          负荷率75%30天30天×8小时×163KW×75%29340
          负荷率50%30天30天×8小时×163KW×50%19560
          负荷率25%10天10天×8小时×163KW×25%3260
          合计90天78240
          全年运行费用240天239490

         （三）运行效果监测
         项目2006年12月投入运行，至今效果良好，各房间室内温度可达到24℃以上，大厅内温度也能达到20℃以上。较低的运行费用让业主对系统满意。
                   
         （四）项目设计特点
          楼层之间可实现单独控制，计费简便。