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浅谈天津国际贸易与航运服务区写字楼地源热泵空调系统设计
论文关键词：地源热泵 地埋管 地下埋管换热器
论文摘要：土壤源热泵是一项新兴的节能环保的空调技术。本文介绍了天津与航运服务区写字楼地源热泵空调系统的设计，提出了设计中应注意的问题，并对该的运行情况进行了分析和
一．工程概况及系统简介
1．工程概况
天津国际贸易与航运服务区写字楼总建筑面积为23378．76平方米，其中地上建筑面积为21714．12平方米，地下建筑面积为1664．64平方米。地上l3层，有大堂、咖啡茶座、保安监控和办公室等，地下l层，有变配电间、发电机房、泵房、库房等。本项目拟采用热泵系统为地上建筑提供冬季采暖和夏季制冷，地下建筑不考虑空调系统。
2．地源热泵系统介绍
地源热泵是一种利用地下浅层地能，将低位能向高位能转移，以实现供热制冷的高效节能空调系统。其利用地层在一定深度下一年四季温度比较恒定，保持在l5℃以上，且具有热容量巨大、可以再生等特点，通过埋设在地下的换热管与土壤进行热交换，冬季把土壤中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下土壤中，此时地能为“冷源”，如下图：
此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。在地源热泵系统中，大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。可以大大减少对化石燃料的消耗，减少对的污染，符合人类可持续发展的要求。地源热泵系统是一种高效、节能、环保的冷暖中央空调系统。
3．设计依据
3．1冬季采暖、夏季制冷面积：21714平方米；
3．2设计负荷：
冬季：热指标估算为78．89W／M2，设计采暖负荷为l713Kw；
夏季：冷指标估算为116．28W／m2，设计制冷负荷为2525KW；
3．3空调使用时间：夏季：l20天；冬季：120天
4．方案综述
根据项目的位置、建筑面积、水文情况以及建设方提供的部分相关资料，拟采用“混合型的地源热泵系统”为建筑提供冬季采暖和夏季制冷。
二 混合型的地源热泵系统设计
1、系统方案综述
在本方案中，采用混合型的地源热泵系统为所有建筑提供冬季供暖和夏季制冷。热泵机组按照夏季负荷进行选择，则也能够满足冬季采暖负荷；室外地埋换热孔的数量按照冬季负荷进行设计，夏季制冷时系统散热不足的部分由冷却塔来进行补充散热。在夏季制冷实际运行中，以地埋换热孔散热优先运行，冷却塔进行辅助散热。
夏季制冷负荷为2525Kw，选择3台GSHP—C1038D型热泵机组。3台总的制冷量为2796KW，总的制热量为3123KW，可以满足夏季制冷和冬季采暖负荷的需求。
2、冷、热源方案
2．1、地源热泵机组选型
35GsHP—C1038D型热泵机组，其标准工况下性能参数如下：
注：在进行施工图设计时，须按实际运行工况与厂家进行最终确定参数。
2．2、系统全年运行方案
夏季3台热泵机组全部运行，提供制冷，但根据负荷的变化，可以开启l台或2台机组，同时该2台机组可以根据负荷的变化实现从l0—100％的无级调节，其中地埋换热孔优先运行。
冬季2台热泵机组的制热量为2082KW，而冬季采暖负荷为l713KW，因此2台热泵机组运行即可满足采暖负荷需求，间时可以根据实际运行负荷选择开启l台机组或2台。
2．3、系统主要循环水泵
系统主要循环泵均采用屏蔽泵，该种泵具有运行稳定、噪音低、安全可靠性高等特点。
三．室外地埋管换热系统及冷却塔辅助散热系统
1、地埋管的设计方法
地埋管的设计主要是针对工区的、水文地质条件，结合系统运行工况，计算地埋管的换热量和满足负荷要求所需求的换热管的长度。基于工区地下条件的多样性，我公司在地埋管的设计上主要采取“现场工程、水文地质条件分析+设计软件”相结合的方法。
2、本方案地埋管换热系统的设计
综合分析项目区的地质条件等因素，本项目地层单位钻孔延长米的换热量夏季取55w／m，冬季取45w／m。
按照冬季采暖负荷设计换热孔的数量，本系统冬季的总热负荷为1713KW，所需地埋管的最大数量为30625延长米，若单个地埋换热孔深选用125m，则换热孔数量核算为245个，
孔径大干200mm。换热孔布设在项目区内绿地、停车场等非构筑物下面，换热孔口位于地面1．2m深以下，钻孔完成后不会影响地面的正常使用。换热孔间距5×5m，在本项目的室外空地最多可布设换热：fL383个左右，因此可以满足布设换热孔的需求。
3 、冷却塔辅助散热系统
本项目夏季设计负荷为2525KW，考虑土壤的换热能力、热平衡的问题以及系统运行的性等，初步设计夏季2台热泵机组与地埋换热孔相连，另1台热泵机组直接与冷却塔相连接，这样一方面可以通过调整冷却塔的运行时间来解决热平衡问题，另一方面也提高了系统的能效率比。
因此，在本方案中，选择2台LDCM—N一125(或l台LDcM—N-250)型冷却塔进行辅助散热。
四 经济技术分析
1、初估算
本工程初投资估算为567．1万元。
初投资估算说明：本初投资估算为室外地埋管换热系统、冷却塔、热泵机房内设备的购置和安装、不含其它土建、电源引入费用、机房轴线以外的热媒(或冷媒)管道和室内末端系统等二次系统等。
2、运行费用测算
冬季供暖费用：本方案冬季供暖热泵机组运行电费为36．24万元。
夏季制冷费用：本方案夏季制冷热泵机组运行电费为l9．59万元。
热泵机组全年运行电费：热泵机组全年运行电费为55．83万元，折合25．7元／平方米。
五、方案结论
本方案的初投资和运行费用如下表，其中初投资主要为热泵机房、地埋换热孔以及冷却塔等的费用，具体见方案。运行费用为热泵机组运行电费，不含循环水泵运行电费和费用。
特注：初投资和运行费用的测算，与建筑供暖和制冷负荷的选取直接相关。同时，实际运行费用受使用情况的影响，由于建成后的系统由自己维护管理，若使用量较少，其运行费用必然会降低。因此，这里的计算仅供参考。
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