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淺談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
論文關鍵詞：地源熱泵 地埋管 地下埋管換熱器
論文摘要：土壤源熱泵是一項新興的節能環保的空調技術。本文介紹了天津與航運服務區寫字樓地源熱泵空調系統的設計，提出了設計中應注意的問題，并對該的運行情況進行了分析和
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區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l3層，有大堂、咖啡茶座、保安監控和辦公室等，地下l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效節能空調系統。其利用地層在一定深度下一年四季溫度比較恒定，保持在l5℃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l713Kw；
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：l20天；冬季：120天
4．方案綜述
根據項目的位置、建筑面積、水文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
35GsHP—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l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l0—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l713KW，因此2臺熱泵機組運行即可滿足采暖負荷需求，間時可以根據實際運行負荷選擇開啟l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、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55w／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，
孔徑大干200mm。換熱孔布設在項目區內綠地、停車場等非構筑物下面，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：fL383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一125(或l臺LDcM—N-250)型冷卻塔進行輔助散熱。
四 經濟技術分析
1、初估算
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l9．59萬元。
熱泵機組全年運行電費：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費用。
特注：初投資和運行費用的測算，與建筑供暖和制冷負荷的選取直接相關。同時，實際運行費用受使用情況的影響，由于建成后的系統由自己維護管理，若使用量較少，其運行費用必然會降低。因此，這里的計算僅供參考。
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