北京某辦公樓中央空調(diào)設(shè)計(jì)案例

1、 目 錄、北京薩斯特能源技術(shù)有限公司介紹3、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)型式簡(jiǎn)介3、項(xiàng)目簡(jiǎn)介4一、項(xiàng)目概況4二、設(shè)計(jì)范圍4、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案5北京某公司北京某公司中央空調(diào)方案可行性研究中央空調(diào)方案可行性研究二二 零零 零零 九九 年年 十十 月月舒適節(jié)能 相得益彰2目目 錄錄第一部分、第一部分、 熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介.3一、水源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn) .3二、地源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn) .4第二部分、項(xiàng)目簡(jiǎn)介第二部分、項(xiàng)目簡(jiǎn)介.5一、項(xiàng)目概況 .5二、設(shè)計(jì)理念 .5第三部分、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三部分、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì).5一、設(shè)計(jì)依據(jù) .5二、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù) .6三、系統(tǒng)原理 .6四、末端設(shè)計(jì) .9五、機(jī)房設(shè)計(jì) .9六、冷熱源設(shè)計(jì)

2、.10七、投資匯總 .11第四部分、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析第四部分、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析.11一、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用 .12二、年投資分析 .13舒適節(jié)能 相得益彰3第一部分、第一部分、 熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、水源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)一、水源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)水源熱泵是一種利用地球淺層水源，吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。地球淺層水源溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵機(jī)組工作原理就是冬季從水源中提取能量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗 1kW 的能量，用戶可以得到 4kW 以上的熱量。水源熱泵機(jī)組的

3、優(yōu)、缺點(diǎn)：1) 水源熱泵可利用的水體溫度冬季為 10-15，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為 15-20，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率提高。據(jù)美國(guó)環(huán)保署 EPA 估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，平均來說可以節(jié)約用戶 3040的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。2) 運(yùn)行穩(wěn)定可靠：水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。是很好的熱泵熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問題。3) 地下水含

4、有各種礦物質(zhì)、化學(xué)元素、對(duì)熱泵機(jī)組換熱器形成腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象，影響機(jī)組的使用壽命，同時(shí)由于機(jī)組結(jié)垢影響換熱量，考慮設(shè)計(jì)余量，增加初投資。4) 隨著全世界淡水資源的緊缺，作為儲(chǔ)備資源的地下水體，多數(shù)國(guó)家都限制其開發(fā)利用。5) 用后尾水的回灌問題增加部分運(yùn)行費(fèi)用。6) 水井循環(huán)泵通常為潛水泵，潛水泵工作環(huán)境惡劣，維護(hù)量大，同時(shí)水井也要定期維護(hù)。舒適節(jié)能 相得益彰47) 抽取地下水會(huì)產(chǎn)生一定水資源費(fèi)。8) 長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，長(zhǎng)期抽取地下水會(huì)產(chǎn)生地表下沉、污染地下淡水及相關(guān)政策風(fēng)險(xiǎn)。二、地源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)二、地源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是通過深埋在地下土壤中的地埋管與地下土壤進(jìn)行冷熱交換，并通過地源熱泵機(jī)

5、組把這部分熱量供給室內(nèi)。該系統(tǒng)充分利用了地下土壤常年溫度保持恒定的特點(diǎn)，是目前所有空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中最節(jié)能的系統(tǒng)，也是環(huán)保、節(jié)能、 “零”污染、 “零”排放的一種空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵機(jī)組的優(yōu)、缺點(diǎn)：1)地源熱泵機(jī)組可以說是吸取水源熱泵機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)水源熱泵室外水井系統(tǒng)回灌困難、維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高，壽命短等這一系列弊端的改進(jìn)后，所形成另一優(yōu)良系統(tǒng)。它不但有水源熱泵系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還有效、巧妙地克服了水源熱泵的弊端。2)節(jié)能：地源熱泵能效比（COP 值；EER 值）高達(dá) 5.0 以上；空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)中央空調(diào)可降低 40%-70%，是目前最節(jié)能的系統(tǒng)形式。3) 運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠：不受環(huán)境氣溫的影

6、響；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，省去風(fēng)冷冷凝器，冷卻塔等部件的維護(hù)工作，可穩(wěn)定持續(xù)地供冷供熱。熱泵已有幾十年的歷史，其機(jī)組在國(guó)外已有 70 多年的用戶使用體驗(yàn)。被證明確是高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品。機(jī)組使用壽命長(zhǎng)達(dá) 25 年，地埋系統(tǒng)則至少可保證 50 年的使用壽命。4) 環(huán)保：系統(tǒng)全部為閉式循環(huán)；對(duì)大氣及環(huán)境無任何污染，而且對(duì)能源消耗極低，屬于綠色環(huán)保型裝置，符合目前我國(guó)能源、環(huán)保的基本政策。5) 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是目前發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的技術(shù)先進(jìn)的、綠色節(jié)能空調(diào)系統(tǒng),屬于高檔空調(diào)系統(tǒng)。6) 地源熱泵系統(tǒng)在管理上更能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)，由于該機(jī)的自動(dòng)控制水平高，服務(wù)臺(tái)上就可控制，操作方便，控制精確，節(jié)能顯著，同時(shí)又可大大節(jié)省

7、操作人員，基本上可實(shí)現(xiàn)無人值守。7) 初投資受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件影響較大，初投資一般偏高。舒適節(jié)能 相得益彰5第二部分、項(xiàng)目簡(jiǎn)介第二部分、項(xiàng)目簡(jiǎn)介一、項(xiàng)目概況一、項(xiàng)目概況本項(xiàng)目為北京某公司辦公樓中央空調(diào)工程，其中現(xiàn)有辦公樓面積 12000 平方米，熱力站則采用節(jié)能、環(huán)保地源或水源熱泵系統(tǒng)?？照{(diào)負(fù)荷夏季取 90W/m2，冬季取 60W/m2，空調(diào)冷負(fù)荷 1080kw，熱負(fù)荷720kw。負(fù)荷采用指標(biāo)法暫時(shí)估算，詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)算校正。二、設(shè)計(jì)理念二、設(shè)計(jì)理念根據(jù)本項(xiàng)目使用特點(diǎn)，工作期間辦公樓空調(diào)運(yùn)行，所以冬季空調(diào)負(fù)荷較小，地埋系統(tǒng)夏季豁度較大，地埋系統(tǒng)可按冬季設(shè)計(jì)，可以減少系統(tǒng)容量，降低初投資。第三部分、空

8、調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三部分、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)依據(jù)一、設(shè)計(jì)依據(jù)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50019-2003） ；公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)；給水用聚乙烯（PE）管材 （GB/T13633） ；地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范 （GB50366-2005）簡(jiǎn)明空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)地源熱泵工程技術(shù)指南 ，徐偉譯Installation Guide(IGSHPA-2005)； 2000 Design and Installation Standards(IGSHPA- 2005)；Grouting Procedures for GHP Systems(IGSHPA-2005)；Soil a

9、nd Rock Classification Field Manual(IGSHPA-2005)；Grouting for Vertical GHP Systems(IGSHPA-2005)；舒適節(jié)能 相得益彰6 業(yè)主提供初步資料等二、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)二、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)2.12.1 室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室外氣象參數(shù)：大氣壓力： 100125pa空調(diào)室外計(jì)算干球溫度： 33.2 空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度： 26.4 平均風(fēng)速： 1.9m/s 冬季室外氣象參數(shù)大氣壓力： 102391pa空調(diào)計(jì)算溫度： -12空調(diào)室外計(jì)算相對(duì)濕度： 45%平均風(fēng)速： 2.8m/s2. 2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)室內(nèi)設(shè)計(jì)

10、參數(shù)夏 季冬 季噪 音 參 數(shù)房 間 名溫度（）溫度（）(db)辦 公 間24-2720-2240衛(wèi) 生 間26-2816-1845三、三、系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理3.1 地源熱泵系統(tǒng)原理地源熱泵系統(tǒng)原理舒適節(jié)能 相得益彰7地源熱泵系統(tǒng)原理圖地源熱泵系統(tǒng)原理圖3.2 水源熱泵系統(tǒng)原理水源熱泵系統(tǒng)原理舒適節(jié)能 相得益彰8水源熱泵系統(tǒng)原理圖水源熱泵系統(tǒng)原理圖3.3 兩種系統(tǒng)差異兩種系統(tǒng)差異1、相同點(diǎn)：壓縮機(jī)工作原理相同，均符合“卡諾循環(huán)”和“逆卡諾循環(huán)”原理；逆卡諾循環(huán)冷機(jī)的制冷系數(shù)為：2112122TTTQQQAQ 要實(shí)逆現(xiàn)卡諾循環(huán)，必須有高溫和低溫兩個(gè)熱源 逆卡諾循環(huán)的效率只與高、低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)，

11、而與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。 提高效率的途徑是降低高溫?zé)嵩吹臏囟然蛱岣叩蜏責(zé)嵩吹臏囟取?、不同點(diǎn)：源側(cè)溫度不同，即 T1 不同，夏季：地源熱泵冷卻側(cè)溫度 T1為 1823，而水源熱泵為 1520。3、能效比：?jiǎn)渭兛紤]源側(cè)水溫，水源熱泵系統(tǒng)比地源熱泵能效比高，考慮舒適節(jié)能 相得益彰9水源熱泵系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕的影響，水源熱泵機(jī)組與地源熱泵機(jī)組效率相當(dāng)。四、末端四、末端設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)4.14.1 室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算及末端設(shè)備選型室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算及末端設(shè)備選型辦公樓 12000 平方米，按 40 平方米/間估算，需要 300 臺(tái) FP-8.0 風(fēng)機(jī)盤管。4.24.2 末端投資估算末端投資估算序號(hào)序號(hào)設(shè)備名稱、型號(hào)設(shè)備名稱、型號(hào)單

12、單 位位數(shù)數(shù) 量量單價(jià)（元）單價(jià)（元）合價(jià)（萬元）合價(jià)（萬元）1風(fēng)機(jī)盤管 FP-8.0臺(tái)3001000302水系統(tǒng)及安裝套1300000303風(fēng)系統(tǒng)及安裝套120000020末端系統(tǒng)初投資合計(jì)（萬元）末端系統(tǒng)初投資合計(jì)（萬元）8080五、機(jī)房設(shè)計(jì)五、機(jī)房設(shè)計(jì) 5.15.1 地源熱泵系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備選型地源熱泵系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備選型序號(hào)序號(hào)設(shè)備名稱、型號(hào)設(shè)備名稱、型號(hào)性性 能能 參參 數(shù)數(shù)單位單位數(shù)量數(shù)量單價(jià)（元）單價(jià)（元）合價(jià)（萬元）合價(jià)（萬元）1水-水式地源熱泵機(jī)組制冷量：1080kw；制冷功率：175kw；制熱量：720kw；制熱功率：160kw；臺(tái)1700000702地埋側(cè)循環(huán)水泵流量：300m3

13、/h；揚(yáng)程：20m；功率：30kw（一用一備）臺(tái)21500033負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵流量：180m3/h；揚(yáng)程：32m；功率：22kw（一用一備）臺(tái)21000024全自動(dòng)軟水器處理水量：1m3/h臺(tái)11000015負(fù)荷側(cè)膨脹水箱V=1 m3/h套150000.56地埋側(cè)膨脹水箱V=1 m3/h套150000.5舒適節(jié)能 相得益彰107閥、軟接、溫度計(jì)、壓力表、鋼管等輔助材料套1100000108機(jī)房設(shè)備、系統(tǒng)安裝套1500005機(jī)房系統(tǒng)初投資合計(jì)（萬元）機(jī)房系統(tǒng)初投資合計(jì)（萬元）9292注：機(jī)房設(shè)備用電最大用電量為注：機(jī)房設(shè)備用電最大用電量為 200kw。5.25.2 水源熱泵系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備選型水源熱

14、泵系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備選型序號(hào)序號(hào)設(shè)備名稱、型號(hào)設(shè)備名稱、型號(hào)性性 能能 參參 數(shù)數(shù)單位單位數(shù)量數(shù)量單價(jià)（元）單價(jià)（元）合價(jià)（萬元）合價(jià)（萬元）1水源冷熱泵機(jī)組制冷量：1200kw；制冷功率：192kw；制熱量：800kw；制熱功率：176kw；臺(tái)1750000752循環(huán)水泵流量：180m3/h；揚(yáng)程：32m；功率：22kw（一用一備）臺(tái)21000023全自動(dòng)軟水器處理水量：1m3/h臺(tái)11000014膨脹水箱V=1 m3/h套150000.55旋流除沙器套1150001.56閥、軟接、溫度計(jì)、壓力表、鋼管等輔助材料套110000107機(jī)房設(shè)備、系統(tǒng)安裝套1500005機(jī)房系統(tǒng)初投資合計(jì)（萬元）機(jī)房系

15、統(tǒng)初投資合計(jì)（萬元）9595注：機(jī)房設(shè)備用電最大用電量為注：機(jī)房設(shè)備用電最大用電量為 230kw（含潛水泵）（含潛水泵） 。六、冷熱源設(shè)計(jì)六、冷熱源設(shè)計(jì)6.16.1 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)冷、熱源為室外地埋換熱器。通過深埋在地下土壤中的 PE 管與地下土壤進(jìn)行冷熱交換，并通過地源熱泵機(jī)組把這部分冷熱量供給室內(nèi)。每個(gè)孔內(nèi)埋設(shè)一對(duì) U 型地耦管，所有的地耦管通過水平集、分管匯集，通過循環(huán)水泵進(jìn)入熱泵機(jī)組，形成一個(gè)閉式系統(tǒng)。地耦管內(nèi)充注中間介質(zhì)水作為冷熱載體，中間介質(zhì)在埋于土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，夏季通過土壤熱交換器向土壤散熱，冬季通過土壤熱交換器從土壤中吸熱，從而實(shí)現(xiàn)與土壤進(jìn)行

16、熱交舒適節(jié)能 相得益彰11換的目的。該系統(tǒng)充分利用了地下土壤常年溫度保持恒定的特點(diǎn)，是目前所有空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中最節(jié)能的系統(tǒng)，也是環(huán)保、節(jié)能、 “零”污染、 “零”排放的一種空調(diào)系統(tǒng)。地埋系統(tǒng)包括埋地?fù)Q熱器及附件，循環(huán)水泵、補(bǔ)液器、過濾器、回填材料等設(shè)備。地埋管采用 DN32 規(guī)格的專用聚乙烯塑料管材。根據(jù)負(fù)荷量計(jì)算以及地質(zhì)勘查資料，本工程需打 140 個(gè)深度為 100 米的地耦管孔，雙 U 型下管。地埋換熱系統(tǒng)初投資估算：序序號(hào)號(hào)材料名稱材料名稱規(guī)格型號(hào)規(guī)格型號(hào)單位單位數(shù)量數(shù)量單價(jià)單價(jià)( (元元) )合價(jià)合價(jià)( (萬元萬元) )1打井130m1400050702PE 管 32m64000851.4

17、3PE 管63200m40001564PE 管件、土方等套1500005地埋換熱器部分初投資（萬元）地埋換熱器部分初投資（萬元）132.4132.46.26.2 水源熱泵系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)地埋換熱系統(tǒng)初投資估算：序序號(hào)號(hào)項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱單位單位數(shù)量數(shù)量單價(jià)單價(jià)( (萬元萬元) )合價(jià)合價(jià)( (萬元萬元) )1水井（打井、下管、成井、下泵、井室）2 抽 4 灌口610602室外管線（直埋管、開挖、回填等）m12123配電m33地埋換熱器部分初投資（萬元）地埋換熱器部分初投資（萬元）7575七、投資匯總七、投資匯總系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類末端投資末端投資（萬元）（萬元）機(jī)房投資機(jī)房投資（萬元）（萬元）冷、熱

18、源投資冷、熱源投資（萬元）（萬元）合計(jì)合計(jì)（萬元）（萬元）地源熱泵系統(tǒng)8092132304水源熱泵系統(tǒng)809575250舒適節(jié)能 相得益彰12第四部分、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析第四部分、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析地源熱泵系統(tǒng)是最近幾年快速發(fā)展的節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)，在工程實(shí)際應(yīng)用中都獲得了很好的節(jié)能效果，下面通過詳細(xì)計(jì)算，分析采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用，分析比較其節(jié)能性。計(jì)算條件：電價(jià)：0.5 元/kw.h。夏季運(yùn)行 120 天，運(yùn)行時(shí)間為每天 8 小時(shí)。冬季運(yùn)行 120 天運(yùn)行時(shí)間為每天 12 小時(shí)。夏季冷負(fù)荷分布：根據(jù) ARI 及國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)負(fù)荷，夏季空調(diào)系統(tǒng) 70%以上的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，冷負(fù)荷為設(shè)計(jì)

19、負(fù)荷的 50%以下。每日按 8 小時(shí)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算部分，夏季制冷期為 120 天，共 960h，空調(diào)負(fù)荷率如下：34h 約為 88%，189h 約為 62.5%，497h 約為 40%，240h 約為 15%，折合為滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為：3488%18963%149740%24015%=384h；冬季負(fù)荷計(jì)算時(shí)已考慮氣候等影響，故僅考慮使用系數(shù) 0.85。一、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用一、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算說明計(jì)算說明運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用夏季功率 175kw+55kw,相當(dāng)于滿負(fù)荷運(yùn)行運(yùn)行 384 小時(shí)，使用系數(shù) 0.85，電費(fèi) 0.5 元/度。(175+55)*384*0.5=4.44.4 萬萬冬季功率 160kw+55kw,使用系數(shù) 0.85，電費(fèi) 0.5 元/度。(160+55)*120*12*0.85*0.5=13.213.2 萬萬地源熱泵系統(tǒng)合計(jì)（萬元合計(jì)（萬元/ /年）年）17.