223 地源热泵空调在谋地下商业建筑中设计运用系统（终稿）.doc

地源热泵空调在某地下商业建筑中设计运用浙江省建筑设计研究院 施春燕 姚国梁摘要：本文分析了浙江某地下商业建筑的特点，对三种冷热源空调方式进行了经济分析比较，并介绍了地 源热泵系统在本项目中的设计运用关键词：地下建筑可再生能源地源热泵系统0引言随着我国经济的发展，対能源的需求不断增加，対可再生能源的利用开发被提到了议事日程上， 国家柑继出台《中华人民共和国节约能源法》、《民用建筑节能管理规定》、《建设部建筑节能十五”计 划纲要沢《地源热泵系统工程技术规范》等一系列法规、政策、并安排专项资金提供财政补贴，大力 提倡和鼓励可再生、可持续发展能源的发展利用地源热泵系统是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400m深）作为冷热源，进行能量转换的 供冷、供热系统它是以传热介质为载体，通过热泵机组的运行，冬季将土壤的热能传递转移到需供 暖的建筑物内部，夏季乂可以将建筑物内热量，传递转移到地球浅部地层中去它充分利用了地下十. 壤常年温度相对稳定的特点，捉髙了系统运行效率，是高效、节能、环保的一种空调系统本文通过 浙江某地下商业建筑项目，分析探讨了地源热泵系统的运用及与其它空调冷热源方案的比较1工程概况本工程地下中央商务区位 于中央花园的下方（见图1）。

工 程总建筑面积为56390m2,曲也下 2层其中地下一层主要为精品 商业街及地下机械停车库，地下 二层主要为停车库及设备辅助 用房，并设有4个人防区建设 地屈于冬冷夏热地区到本工程四周有较大的绿 化区域，有充足的室外面积用于 埋设地埋管，具备采用地源热泵 系统先天条件2空调负荷特性图1中央商务区基础设施工程地下室总体平面图本工程空调主要用于地下 一层的商业街，上部覆盖大于1.5m的绿化带，具有建筑围护结构负荷小、负荷强度变化小、间断运行、负荷的持续性不高、冬暖夏 凉、商场人员较多、夏季冷负荷高、而冬季热负荷小、新风负荷较大等特点空调使用而积约为1」 万|『，按当地气候参数，夏天空调年使用120d,冬季年使用90d,碌 按13小吋运行计算山HDY-SMAD 暖通空调负荷计算软件算得本项目夏季最大冷负荷为1600kW,冬季最大热负荷为500kWo无生活热 水负荷根据全年动态负荷计算的结果，夏季总冷量累计为1560000kWh,冬季总热昴累计为 390000kWh,见表 1表1全年动态负荷表月份1月2月3月4M5月6月7月9月10月11月12M合计热负荷（kWh）1706251300004062500048750390000冷负荷（kWh）780004160004940004420001300001560000山于夏季的总冷量和冬季的总热最相差悬殊，本项目以冬季的需热量来选择供热方式，血夏季供 冷主耍采用高效的水冷式冷水机纽方式来解决。

3空调冷热源选择3.1冷热源方案比较空调冷热源的选择,在空调设计中占有举足轻重的地位，不仅关系到项目的建设成本,还关系到 系统的日常运行成本因此，根据项目的特点、合理地选择空调冷热源就显得尤为重要，有必要对工 程项目进行多方案经济分析比较，选择最佳方案以下对三种冷热源的方案进行分析比较：方案一：地源热泵+水冷冷水机纽，该方案需设置冷冻机房，无锅炉房，消防安全性较好使用 可再生能源，需要有约35001『敷设地埋管的场地方案二：燃气锅炉+水冷冷水机纽，该方案需要设置冷冻机房及锅炉房，需设置锅炉烟囱，锅炉 为内需设置消防设施、防爆设施消耗不可再生能源-天然气方案三：风冷热泵+水冷冷水机组，该方案需设置冷冻机房,无锅炉房,消防安全性好，风冷热 泵运行受室外温度影响较大，冬季低温吋机组能效较差3. 2 一次初投资分析三个方案的冷热源初投资见表2表2冷热源初投资比较项目地源热泵+水冷冷水机组 （方案一）燃气锅炉+水冷冷水机组 （方案二）风冷热泵+水冷冷水机组 （方案三）备注型号数量总价 （万 元）型号数量总价 （万 元）型号数 量总价（万 元）水冷冷 水机组550kW N:105kW2台2X28.5800kW N:IO8kW2台2X38550kW N:IO5kW2台2 X2&5合资地源热 泵机组50ORWN:108kWI台25.8000000合资风冷热 泵机组000000600kW N:l7lkW1台77.4合资燃气锅 炉带换 热器000500kW N:L5kW1台22000合资循环水泵Q:I00n?/h H:32mN:15kW3介3X1.7Q: 140m3/h H: 32mN:18.5kW2台2X1.9Q:100m3/h H: 32rnN:15kW3台3X1.7合资供热水 泵000Q:50m3/h H: 26mN:7.5kW1台1 X1.0000合资地源侧 水泵Q:130m3/h H:32mN:18.5kW2台2X1.9000000合诜1 备1用冷却水 泵Q:150m3/li H:28rnN:l8.5kW2台2X1.9Q:200n?/h H: 28m N:22kW2台2X2.23Q:150n?/hH:28mN:l8.5kW2台2X1.9合资国 产冷却塔Q:150nr7hN:4.0kW2台2X4Q:200nr7hN:5・5kW2台2X6Q:150n?/hN:4.0kW1台2X4合资及设 囱助 烟辅备000不锈钢复合型1套10000含消防 设施智能控 制系统1套221套221套22合资燃气増 容费7.8财政补 贴费1」7jni250 元/m2・55万元钻孔及 埋管Dn32/PEI0050 元/m17000m8500000124个 孔总计155.50.159.06173.3.43. 3年运行费用分析三个方案的年运行费用见表3。

表3年运行费用比较项目地源热泵+水冷冷水机组 （方案一）燃气锅炉+水冷冷水机组 （方案二）风冷热泵+水冷冷水机组 （方案三）耗电量kWh运行费（万元）耗气乗3 m耗电量kWh总价 （力•元）耗电量 kWh运行费（力元）夏季制冷主机28670227.38030000028.6533000031.52冬季供热主机847838.095026795317.3418720017.88水泵（冬、夏）10851710.361032529.8690480&64冷却塔101090.97151631.49101090.97年维护费（万元）3.505.006.00全年运行费用（力元）50.3062.3465.01能源费用按：电费按：0.955元/kWh,燃气按：3.45元/Nn?天然气热值按88OOkcal/Nm33.4经济性比较三个方案的一次投资和年运行费用综合见表4表4 一次投资和年运行费用综合空调冷热源方案一次投资（万元）年运行费用（万元）方案一：地源热泵+水冷冷水机组155.5050.30方案二：燃气锅炉+水冷冷水机纽.159.0662.34方案三：风冷热泵+水冷冷水机纽.173.3465.01根据以上三个方案比较可知，方案一的一次投资及日常运行费用均最低、方案二其次、方案三垠高,从经济分析及能源的合理利用來看，本项目采用方案一的配置具有较明显的优势。

因此，本工程的冷 热源采用水冷冷水机组+地源热泵机纽的方案4地源热泵系统设计4.1地质勘测报告分析根据实地勘察报告，地质状况见表5表5地质状况及几种典型岩土体热物性地层标咼（m）岩土层名称湿密度kg/m几种典型岩土体热物性⑴导热系数W/（m - k）扩 散 率10-6in7s密 度kg/m0~20淤泥(62%)1670-20、25淤泥质粘土（含水量57%）1750致密粘土（含水量5%）1.0〜1. 40.5广0.711925-25^50粘土（含水量43%）1780轻质粘土（含水量5%）0.55 90.651285-50^55粉质粘土夹砂层（含水量27%）1990致密砂土（含水量5%）2. 1、2. 31. 10~1.621952L 八 L-00 "00细砂、粉质粘 （含水量33%）1880轻质砂土（含水量7%）0.9、1.90.64~1.391285-65-70圆砾2000砂岩2. T3.50. 75~1.272570注：地层标高収勘杏地段平均值根据本项目的地质勘测报告，地下约70m以上均为粘土土质，无坚硬岩石，方便地埋管施工，且 地下水丰富，土壤均处于饱和状态，土壤的导热系数及热扩散均较好。

当地年平均气温16.2C,根据 研究农明，地下浅农层土壤全年恒定温度18C左右项日周边场地开阔，有充足的地埋管施工空间4. 2地源换热器的设计4. 2.1地埋管负荷无论从空调冷、热负荷及全年动态负荷來看,该工程全年的总冷最远大于总热量，为保持土壤的 热平衡及降低初投资，应以冬季负荷为依据设置地埋管地源热泵系统，即，冬季热负荷全部山地埋管 及地源热泵空调机纽•承担，夏季空调冷负荷山地源热泵空调机纽.（地埋管散热）及水冷冷水机纽（冷 却塔散热）共同承担按冬季负荷选择地源热泵空调机组，冬季制热量为500kW,负荷侧进出水温45/50C，地源侧进 水温10/5C,对应的制热系数为4.6；夏季制冷量为483kW,负荷侧进出水温12/7C，地源侧进出水温 30/35C,对应的制冷系数为5.2根据文献⑵则地埋管系统最大释热量：空调冷负荷（1 + 1/COP） +工输送热损+工水泵释热~ 594kW地埋管系统最大吸热彊：空调热负荷（1-1/COP） +刀输送热损-刀水泵释热=40lkW4. 2.2地埋管的形式及布置山于当地冬季气温较暖，根据气象资料无冻土层，循环液采用水为介质尤须添加防冻液n根据 地质勘测报告情况，综合考虑各种因素，本项目地源换热系统设计为垂直U形地埋管系统。

山于项 目周边场地较开阔，有较充足的地埋管施工空间，经分析测算采用Dn32的单U形地埋管系统，钻孔 孔径取150mm,井间距5mX5m,管路布置采用并联多环路同程系统，山于埋管紧邻机另，通过水力计 算⑶，最不利环路水阻可控制在3加以内，因此，设置单级分集配器，共6个并联环路，为了达到各 环路水利平。