地源熱泵系統(tǒng)在辦公建筑中的應(yīng)用

1、地源熱泵系統(tǒng)在辦公建筑中的應(yīng)用摘要：本文主要介紹了淺層地?zé)崮苓@一新型清潔能源的發(fā)展歷程和 研究現(xiàn)狀，對其工作原理以及高效節(jié)能、綠 色環(huán)保無污染等優(yōu)越 性進(jìn)行分析，通過對地源熱泵的系統(tǒng)選型設(shè)計并和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn) 行全方位對比，詳細(xì)闡述了 示范工程應(yīng)用實例和應(yīng)用中的良好經(jīng) 濟(jì)效益和社會效益。關(guān)鍵詞：地源熱泵 淺層地?zé)崮?地埋孔系統(tǒng)監(jiān)測 清潔能源 能效 比概述我國能源存儲量有限，各種資源短缺而且實際利用效率較低，環(huán)境污染不斷加劇。 特別是近幾年的霧霾日益嚴(yán)重，國家開始大力開展大氣污染防治工作和藍(lán)天保衛(wèi) 戰(zhàn)。嚴(yán)峻的事實表明，中國要走可持續(xù)發(fā)展道路，節(jié)約能源和利用可再生能源刻 不容緩。國家也相繼出臺有關(guān)

2、政策，鼓勵倡導(dǎo)開發(fā)利用新型清潔能源。 河北省地 礦局第一地質(zhì)大隊積極響應(yīng)國家節(jié)能減排、 綠色發(fā)展政策，根據(jù)省、市強(qiáng)力推進(jìn) 大氣污染防治實施意見，于2017年年初拆除了黃粱夢生產(chǎn)基地取暖鍋爐。由于 邯鄲市集中供熱未覆蓋到基地，而且使用費用也太高，基地200多員工即將面臨 無暖可取的狀況，大隊領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)新思路，開始著手進(jìn)行基地取暖（制冷）改造工程。、工程概況本工程位于邯鄲市西北部，西臨107國道，北臨青蘭高速，交通十分便利。屬暖 溫帶半干旱半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫135C，年日照2600小時，年平均風(fēng)速2.7m/s。最大季節(jié)性凍土深度46cm。該工程占地面積共58263m2， 其中辦公樓、宿

3、舍樓和職工食堂建筑面積 4700m2共161間。根據(jù)現(xiàn)場房屋布局 和地質(zhì)條件，設(shè)計采用地源熱泵+落地式風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)。三、地源熱泵發(fā)展歷程和工作原理1、地源熱泵發(fā)展歷程地源熱泵”的概念，最早在1912年由瑞士的專家提出，而這項技術(shù)的提出應(yīng)用 始于英、美兩國，上世紀(jì)60年代進(jìn)入中國，但由于經(jīng)濟(jì)原因發(fā)展緩慢，近些年 隨著我國對節(jié)能減排工作的不斷加強(qiáng)， 已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，設(shè)備廠家不斷 增多，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，大型示范工程也越來越多，整個技術(shù)體系已經(jīng)十分成熟。 到2020年我國地源熱 泵裝機(jī)容量可以占到全球裝機(jī)總量的 50%。2、地源熱泵工作原理地源熱泵遵循逆卡諾原理，是一種能量提升裝置，即工作

4、時消耗很小一部分電能， 從低溫土壤環(huán)境中吸收大量的低溫?zé)幔?通過壓縮做功輸出高熱能，從而將不能直 接利用的低溫?zé)峄厥绽闷饋怼?冬季，熱泵機(jī)組從地源中吸收熱量，向建筑物供 暖；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中， 實現(xiàn)建筑物供暖或制 冷。地源熱泵主要由 壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥四部分組成。丄 trTXT四、地源熱泵系統(tǒng)選型設(shè)計1、工程負(fù)荷確定本建筑為居民建筑，初步設(shè)計階段采用負(fù)荷指標(biāo)法進(jìn)行系統(tǒng)冷熱負(fù)荷的估算。建筑面積5000平米 以下取標(biāo)準(zhǔn)上限，因此冷負(fù)荷指標(biāo)取 110w/m2，熱 負(fù)荷 指標(biāo)取100w/m2。建第面積冷戾荷（kw）1由于所有房間同時使用幾率不大，考慮同時使

5、用系數(shù)的冬夏季負(fù)荷如下:負(fù)荷（Kw）同時使用系數(shù)實際員荷（kw）亶季冷負(fù)荷引70-65336冬季熱負(fù)荷4700,63296算。選用2臺模塊式渦旋地源泵機(jī)地埋管系統(tǒng)設(shè)計負(fù)荷按冬季和夏季較大者計 組，互為備用 機(jī)。主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)為：2、孔數(shù)確定豎埋管管長計算公式：L=Q1 *1000/A其中L:豎井埋管總長Q1:夏季向土壤排放熱量A:夏季每米鉆孔的散熱量Q1 = Q1X1+1/COP1根據(jù)實際工況，按最大散熱量計算 L=336* （ 1+1/5.1）*1000/50=8037米確定豎井?dāng)?shù)計算公式：N=L/H 其中N:豎井個數(shù)H:豎井深度L:豎井埋管總長邯鄲地區(qū)屬于五類地區(qū)，設(shè)計孔深一般取120米

6、，雙U孔數(shù)N=8037米/120米=67 口。因施工區(qū)域場地面積受限，本項目采用了10個高效套管換熱器。高效套管的換熱量是雙U的2.5倍。因此10個高效套管換熱器相當(dāng)于25個雙U換熱器。 所以本項目實際設(shè)計10個高效套管地埋孔和42個雙U地埋孔。3、地埋管布置根據(jù)實際地形采用矩形布孔，42個雙U地埋孑L,兩孔間距5米，分5 排,每排 8孔。所需場地面積為:35米*20米=700m2。10個高效套管地埋孔， 兩孔間距 7米，分2排，每排5孔。所需場地面積為:28米*7米=196m2。實際占地共896m2 。 同時布置了 6個監(jiān)測孔，用以監(jiān)測地溫變化規(guī)律。五、地源熱泵系統(tǒng)施工安裝 整個施工分為地埋

7、側(cè)、室內(nèi)末端、機(jī)房、控制室四部分。根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)工 程技術(shù)規(guī)范，地埋側(cè)施工工藝為：放線一鉆機(jī)定位一施鉆一試 壓一下管一回填 水平連一試壓一回填。熱泵機(jī)組安裝工藝流程為：設(shè)備基礎(chǔ)驗收 一設(shè)備進(jìn)場一 設(shè)備安裝就位一找正找平。整個空調(diào)系統(tǒng)安裝完畢后開始管道沖洗，然后對整 個系統(tǒng)管道進(jìn)行系統(tǒng)打壓試 驗，穩(wěn)壓10分鐘，壓力下降值不大于0.02MPa。六、地源熱泵和傳統(tǒng)空調(diào)經(jīng)濟(jì)性對比分析1、地源熱泵模式運(yùn)行成本本項目冷負(fù)荷336kw，熱負(fù)荷296kw;空調(diào)系統(tǒng)夏季供冷100天；冬季供熱120 天。地源熱泵機(jī)組每天運(yùn)行24小時，白天平均開機(jī)率0.3,夜間平均開機(jī)率0.5。 邯鄲市居民生活峰電價0.5583

8、,谷電價0.3583,峰電8時到21時，谷電21時到 次日8時。夏季運(yùn)行成本分析峰電時段單位kwh成本S1=f1/( n 1*cop1)=0.5583/(0.95*4.3)=0.13元/kwhS1-地源熱泵每kwh的輸出功率的運(yùn)行成本f1-峰電電價0.5883元/kwh n -管網(wǎng)及水泵的輸配效率，取95%cop1-主機(jī)效能比，夏季取4.3谷電時段單位kwh成本S2=f2/( n 2*cop2)=0.3583/0.95*4.3) =0.088 元/kwh夏季運(yùn)行成本S3=S1*W冷*T 冷*t 峰 +S2*W冷*T 冷*t 谷=0.137*336*100*13*0.3+0.088*336*10

9、0*11*0.5=34214 元夏季運(yùn)行成本34214元/4700m2 =7.3元/m2S2-地源熱泵每kwh的輸出功率的運(yùn)行成本 f2-谷電電價0.5883元/kwh n2-管網(wǎng)及水泵的輸配效率，取95%cop2-主機(jī)效能比，夏季取 4.3冬季運(yùn)行成本分析峰電時段單位 kwh 成本S4=f1/( n 1*cop1)=0.5583/(0.95*4.5)=0.1元/kwh谷電時段單位 kwh 成本 S5=f2/( n 2*cop2)=0.3583/0.95*4.5)=0.084元/kwh冬季運(yùn)行成本s6=s4*w 熱*T 熱 t 峰+S5*W熱*T 熱*t 谷=0.13*296*120*13*0

10、.5+0.084*296*120*11*0.5=46424 元冬季運(yùn)行成本46424元/4700m2=9.8元/m2全年運(yùn)行成本預(yù)計共80638元，全年運(yùn)行費用 平均80638/4700=17.1元/m22、普通空調(diào)運(yùn)行費用夏季運(yùn)行成本分析：S 夏=W *H*T*D*F *S=1.2*11*100*0.52*0.65*161=71831 元S夏：夏季運(yùn)行成本W(wǎng):功率H:每天運(yùn)行時間T:運(yùn)行天數(shù)D:每度電費F:運(yùn)行份額S空調(diào)數(shù)量冬季運(yùn)行成本分析：S冬=W1*H1*T1*D*F1 *S=1.7*11*120*0.52*0.66*161=123992 元W1:功率H1:冬季每天運(yùn)行時間T1:冬季運(yùn)行

11、天數(shù)D:每度電費F1冬季運(yùn)行份額S空調(diào)數(shù)量全年費用合計：71831+123992=195823元全年節(jié)省電費：195823-80638=115185元七、監(jiān)測系統(tǒng)地溫場溫度監(jiān)測以 2 月份監(jiān)測數(shù)據(jù)為例換熱孔（工作孔）地溫監(jiān)測：雙 U工作孔在2月平均溫度降低0.30 T，溫度變 化平穩(wěn)，幅度小。高效地埋管工作孔 2月平均溫度降低6C,變幅較 大，分析 原因有兩方面： 1 、高效地埋管換熱能力強(qiáng)，對地溫場影響較大； 2、在供熱能力 達(dá)到情況 下，高效主機(jī)作為備用機(jī)，間歇時間相對較長，導(dǎo)致地溫變幅較大。換熱孔孔間地溫監(jiān)測：雙 U孔間監(jiān)測，距離工作孔3.54m, 2月平均溫度降低 03C，初步說明雙U

12、地埋管換熱器在工作時影響半徑大于 3.54m。高效孔間監(jiān) 測，距離工作孔4.95m, 2月平均溫度降低0.4C，與高效工作孔溫度變化比 較, 變幅輕微，初步說明高效地埋管換熱器在工作時影響半徑處于 4.95m 附近。距離雙 U 地埋管鉆孔較遠(yuǎn)的地方設(shè)計一個監(jiān)測 孔，監(jiān)測地溫場的影響半徑，該 監(jiān)測孔距離工作孔5m，地溫監(jiān)測變幅0.07C。距離套管式地埋井工 作孔較遠(yuǎn)的 地方設(shè)計一個監(jiān)測孔，監(jiān)測地溫場的影響半徑，該監(jiān)測孔距離工作孔7m，地溫監(jiān)測變幅 0.07 C 。溫度傳感器精度 0.08C 。除去傳感器精度干擾，可認(rèn)為雙 U 地埋管換熱器工作時影響半徑小于 5m，高效地埋管換熱器在工作時影響半徑小 于 7m 。八、結(jié)束語綜上所述 ,本次地源熱泵系統(tǒng)冬季供暖，夏季制冷，一機(jī)兩用，真正做到了“零能耗、零排放、零污染 ”。在全市大氣污染綜合治理工作中率先打造了邯鄲市地源 熱泵系統(tǒng)應(yīng)用示范工程。 不僅解決了廣大職工的生產(chǎn)生活條件， 而且產(chǎn)生了很好 的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，經(jīng)測算每年可節(jié)約電費約 30萬元，減少燃煤 310噸， 減少C02排放