水源热泵埋管计算.ppt

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1、,地源热泵培训,政策支持,国土资源部副部长汪民在全国浅层地热能和地热资源管理工作会议上表示，今后五年内，我国将在建筑领域加大对地下200米以内的浅层地热能的开发利用，进一步促进节能减排。作为节能减排的新兴产业，浅层地热能资源开发利用正在加速。截至2009年6月，中国应用浅层地热能供暖制冷的 建筑项目共2236个，建筑面积近8000万平方米，其中80%集中在京津冀辽等华北和东北南部地区。去年中国通过开发利用浅层地热能，实现二氧化碳减排 1987万吨。,政策支持,财政部、住房城乡建设部将组织开展可再生能源建筑 应用城市示范工作，根据可再生能源建筑应用城市示范实施方案，对纳入示范的城市，中央财政将予

2、以专项补助。资金补助基准为每个示范城市5000万元，最高不超过8000万元。在今后2年内新增可再生能源建筑应 用面积应具备一定的规模，其中：地级市应用面积不低于200万平方米，或应用比例不低于30%；直辖市、副省级城市应用面积不低于300万平方米；并将优 先支持已出台促进可再生能源建筑应用政策法规的城市。新增可再生能源建筑应用面积计算公式为：新增可再生能源建筑应用面积=太阳能热水系统建筑应用面积0.5+地源热泵系统建筑应用面积1+太阳能供热制冷系统建筑应用面积1.5+太阳能与地源热泵结合系统建筑应用面积1.5。地源热泵包括土壤源热泵、淡水源热泵、海水源热泵、污水源热泵等技术。,政策支持,最高1

3、800万元补贴示范县财政部将以县为单位，实施农村地区可再生能源建筑应用的示范推广，引导农村住宅、农村中小学等公共建筑应用清洁、可再生能源。每个示范县补助资金总额最高不超过1800万元。2009年 农村可再生能源建筑应用补助标准为：地源热泵技术应用60元/平方米 中央财政将核定的补助资金一次性拨付到省，由省级财政按规定拨付到示范县，示范 县负责将补助资金落实到具体项目。,政策支持,可再生能源示范城市首批通过的有北京、上海、天津、钦州、唐山、南京、武汉、洛阳、重庆、宁波、合肥、德州、威海、鹤壁、襄樊、铜陵、太原、株洲、珠海、深圳，西宁、建德、铜陵（增补），福州，新余，等25 个城市。2010 年二

4、批可再生能源示范城市包括银川市、扬州市、涟水市、承德市、南宁市、柳州市、青岛市、烟台市、黄山、芜湖、萍乡市，贵阳，丽江等18 个城市。2011年第三批可再生能源示范城市包括桂林、许昌、日照、池州、六安、泉州、无锡、潍坊、安阳等。,政策支持陕西省,陕西省节约能源条例规定：建筑物新建、改建、扩建，既有建筑节能改造的设计和施工，优先利用地热能、太阳能等可再生能源。陕西省节能检测检查中心，下设专门的地源热泵推广办公室，旨在加大对地源热泵技 术的推广应用。2008年陕西省建设厅就将地源热泵列为重点推广项目。以陕建发2007165号文件 指出：推动可再生能源的应用，推进可再生能源与建筑一体化的科研、开发和

5、建设。加大开发利用可再生能源的力度，重点做好太阳能、地源热泵、热电冷三联供技术。陕西省土木建筑学会关于促进我省地源热泵空调技术发展的建议 在新建公共及民用建筑中，符合使用条件的，优先考虑使用可再生能源；西安市2011年规划建成地源热泵系统达600万平方米。,陕西地质特点,陕西省位于黄河中游,地处中国内陆腹地,是中国大西北的门户,是连接中国东、中部地区和西北、西南的交通枢纽。总面积20.56万平方公里。陕西省境内山原起伏,地形复杂。基本特征是:南北高,中间低。由北向南形成3个各具特色的自然区:北部是陕北黄土高原,中部是关中平原,南部是秦巴山区。陕北黄土高原约占全省总面积的45%。关中平原西起宝鸡

6、,东至潼关,约占全省总面积的19%。陕南秦巴山地区,包括秦岭、巴山和汉江谷地,约占全省土地总面积的36%。巴山位于本省最南部。,陕西地质特点-3个区域适合的地源热泵,陕南汉中盆地、秦巴山地区在陕西省的陕南汉中盆地湖积平原地区,地下水埋深只有56 m,渗透系数在5070 m/d范围内,单井安全涌水量在100 m3/h以上,非常适合做水源热泵空调工程;在秦岭、巴山地区,多属于岩石结构,打井十分困难,不适于采用地源热泵。关中平原地区在关中平原渭河流域的西安等地,地下水比较丰富。对于渗透系数10m/d的地区,也比较适合采用水源热泵空调。不适合水源热泵模式的关中平原地区黄土覆盖层比较厚,埋管打孔容易,地

7、下U形管换热器造价比较低,比较适合做地源热泵系统;陕北黄土高原地区干旱少雨,地下水贫乏,不适合做地下水水源热泵空调工程。陕北非流砂地区的黄土高原适合做地源热泵,但系统冬夏负荷严重不均,要考虑冬夏季地下取热、放热平衡的问题。,陕西地质特点-西安,西安地处渭河平原,渭河平原西起宝鸡,东到潼关,位于渭河北山与秦岭之间,它属于黄土高原(Loess Plateau)地貌。渭河平原的黄土高原土壤松软、厚度达200300 m,水位2040 m,平均导热系数约1.5W/(mK),利于热扩散,打孔、埋管容易,非常适合做土壤源热泵空调系统。,陕西地质特点-供水水文地质情况,举例,地产公司节能型采暖空调系统建议,根

8、据在建项目基本上可归类：别墅公寓住宅、酒店大型商业物业管理模式可归类：自管外包,地产公司节能型采暖空调系统建议,现在国家提倡节能建筑及节能采暖空调系统，但初投资略有增加，建议贵公司采用物业自管的方式，可增加物业公司利润，做到业主和物业公司双赢。,别墅,建议利用别墅前后花园采用地埋管的方式：系统优点：地埋管系统不需要后期维护，物业管理简单；采暖制冷可通过一台机组完成；运行费用低；,别墅,推荐方案一水冷多联式地源热泵机组优点：室内为氟利昂系统，北方地区冬季别墅无人居住时，不需要防冻处理；压缩机采用数码变流量方式，部分负荷效率高，是两种节能方式的完美结合。,推荐方案二水水式地源热泵小型机组 末端系统

9、采用风机盘管，冬季可使用地板采暖供热。优点：能够利用余热回收功能，夏季免费提供卫生用水。,别墅,推荐方案二水水式地源热泵小型机组缺点：春秋季节没有制热制冷需求而有生活热水需要时，系统控制复杂，不利于家庭用户使用。北方冬季需要考虑防冻以免冻坏风机盘管。,别墅,推荐方案三水空气型地源热泵机组优点：全空气系统，室内系统不需要防冻考虑。缺点：室内部分是风道送风，受到建筑结构限制，风道无法穿梁，造成室内机数量过多。,别墅,英伦风格的高尔夫大盘由独栋式双拼别墅和独栋式别墅组成，优化了空间的灵动性和居住的舒适性；拥有270景观视野和360采光；下沉式庭院设计。高尔夫小镇位于团泊新城松江高尔夫球场内，独享35

10、00亩的温润果岭、阳光和自然氧。,别墅-案例,天津团泊高尔夫小镇,本工程为3号楼双拼别墅，地上二层，半地下一层，层高地上3.3米，半地下3米，面积1060m2。空调冷负荷172.06KW。室内送风为顶送顶回和侧送顶回。埋管：打孔24口，深度100米,冬季地源出水温度13.5度。去年冬天运行费用为12元/M2。,别墅-案例,天津团泊高尔夫小镇,地埋管图,别墅-案例,天津团泊高尔夫小镇,公寓住宅、酒店、大型商业,根据项目所在地的具体情况可采用地源、水源、地表水热泵等形式，通常情况下这类建筑面积较大，如果小区内绿化面积能满足地藕管换热器所需的地表面积，建议采用地埋管方式制冷制热；如果项目所在地地下水

11、丰富，建议采用地下水热泵系统；在华东、华南等地表水丰富的地区，可采用地表水（江河湖）热泵系统，但要考虑吸入口防堵等问题。,机组形式：1、当建筑面积超过10万平米时，一般使用离心热泵，单台制冷量可达到7MW，可以减少主机数量，减少机房面积，节省机房总投资；2、当建筑面积少于10万平米时，一般使用螺杆热泵；3、如果考虑运行收费方便，取消机房，可考虑采用分散式热泵系统，即水水式、水空气式、水冷多联式热泵系统。,公寓住宅、酒店、大型商业,举例：运行费用分析,工程概况：本建筑面积为27000m2，是作为工商银行办公建筑,结构形式为框架结构。根据建筑物的使用要求和室内外的气象条件情况，建筑物的夏季设计冷负

12、荷80w/m2，冬季设计热负荷60w/m2。,1、利用土壤源热泵系统解决夏季制冷、冬季供暖。系统夏季供回水温度7/12，冬季供回水温度45/40。,冬季总热负荷：27000601620KW,夏季总冷负荷：27000802160KW,本项目选用McQuay地源热泵螺杆机组WPS300.2C两台，单台制冷量为1077.4KW，单台制热量为1027.3KW。计算负荷：冬季热负荷：2055KW 夏季冷负荷：2155KW,系统设计,2、土壤换热器设计 据系统排热量与吸热量的计算结果，并考虑机组运行工况的要求和当地的大地温度，初步确定换热器夏季的进口最高温度30，冬季换热器出口最低温度10，在此条件下确定

13、土壤换热器的基本内容。,系统设计,根据系统的热平衡与土壤源换热器的热力计算结果，结合当地的地质条件，初步确定换热器的总进深为41000延米，垂直埋管164000延米。水平埋管根据换热器的平面布置来确定。,系统设计,1、排热量计算 冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可由下述公司计算：,地埋管部分计算,其中,夏季向土壤排放的热量，KW,夏季设计总冷负荷，KW,冬季从土壤吸收的热量，kW,冬季设计总热负荷，kW,COP 设备的平均能效比，本项目设备可取,COP1=7.05，COP2=4.84,COP1 设计工况下水源热泵机组的制冷系数,COP2 设计工况下水源热泵机

14、组的供热系数,地埋管部分计算,夏季土壤放热量：2155（11/7.05）=2460KW冬季土壤吸热量：2055（11/4.84）=1630KW,根据公式（1）、（2）计算其夏季的排热量和冬季的吸热量如下：,地埋管部分计算,2、竖井埋管管长 根据计算，夏季地下换热器的散热量大于冬季的吸热量需求，因此计算地下换热器时全部以夏季工况选取。根据空调夏季的总吸热量2460KW。双U埋管，埋管深度在100米左右，孔径为160mm180mm。孔与孔间距为4米，现考虑到系统的水力平衡等因素，本项目的地下埋管环路设计采用同程式。地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地

15、下温度、传热系数等。本工程利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，我们取夏季60W/m（井深），冬季50W/m（井深）。,地埋管部分计算,具体计算公式如下：,L=Q2*1000/60=2460*1000/60=41000m 其中：L竖井埋管深度，m Q2夏季向土壤排放的热量，KW 分母“60”是夏季每m井深吸热量，W/m L=41000(米）,地埋管部分计算,冬季校核：L=Q1*1000/50=1630*1000/50=32600m其中：L竖井埋管深度，m Q1冬季从土壤吸收的热量，KW 分母“50”是冬季每m井深散热量，W/m L=32600(米）,地埋

16、管部分计算,3、确定竖井数目及间距 根据当地地质状况，竖井打100米。根据下式计算竖井数目：其中 N竖井总数，口 L竖井埋管深度，m H竖井深度，m N=410 口（夏季）N=326 口（冬季）,地埋管部分计算,由上述计算结果可得，冬季和夏季埋管数量不同，按夏季负荷情况埋管，这样埋管井数为410口，井间距4米，菱形布置，每口井占地面积为13平方米。埋管总占地面积为5330平方米。,地埋管部分计算,4、主机的选择,根据建筑物估算的冷、热负荷结果，本工程选用二台WPS300.2C型地源热泵机组。机组设有2个相对的制冷回路，2个回路系统相对独立，又相互联系，互相备用，以保证系统的可靠性。机组主要性能

17、参数：制冷量/输入功率：1077.4kw/152.8kw；制热量/输入功率：1027.3kw/212.3kw；机组重量：10907kg 机组尺寸：长3743mm 宽1741mm 高 2278mm,地埋管部分计算,能耗分析计算,一、计算依据,1、每年制热4个月120天，平均每天工作10小时共计1200小时2每年制冷4个月120天，平均每天工作10小时共计1200小时3、约定电价0.7625元/KW.H计算4、房间空调使用率约定为0.85、设备满负荷运行系数：0.6,计算依据：,能耗分析计算,二、水源热泵机房运行费用,夏季：2155kw10小时120天0.80.61241280kw=4469GJ夏

18、季运行费用：446930134070元（13.4万元）冬季：2055kw10小时120天0.80.61183680kw=4261GJ冬季运行费用：426147.3201545元（20.2万元）,全年总运行费用总计为33.56万元。,注：本计算中未包含水泵等辅机运行费用,能耗分析计算,三、集中供热冷水机组运行费用,夏季：2155kw10小时120天0.80.66819840kw=4469GJ夏季运行费用：446940.7181888元（18.2万元）冬季：30元/平方米冬季运行费用：27000平米30810000元（81万元）,全年总运行费用总计为99.2万元。,注：本计算中未包含水泵等辅机运行

19、费用,能耗分析计算,理论运行成本对比,夏季制冷：节约费用20%冬季制热时，运行费用相当于电锅炉、燃汽、燃油的30%左右,投资估算,地源热泵系统方案投资估算,单位：万元,集中供热冷水机组,单位：万元,投资估算,初投资比较,由以上计算可以看出采用地源热泵系统和市政集中供热常规空调制冷系统，初投资基本相当，运行费用方面，地源热泵每年可节省约60万元。地源热泵机组使用寿命可高达25年。,结论,案例分析,总建筑面积为100000。包括商业，办公楼，配套服务楼，商业、办公楼建筑结构形式为框架剪力墙结构，配套服务楼建筑结构形式为框架结构。,设计负荷,依据：商场4万m2；写字楼6万m2设计负荷：,方案水源热泵

20、,水源热泵冷负荷：9600KW；热负荷：5400KW需井水量：夏季：750T/H；（井水温度15/26）冬季：930T/H;(井水温度11/6）按每口井出水量80T/H估算，考虑当地地下条件，需设置12口出水井，18口回灌井，共计30口井，80米深。主机选型：5台510RT螺杆热泵机组,运行费用分析,电价：0.47元/度，波谷电价为基础电价的40%，波谷时间段为12:30-14:30/17:30-18:30/23:00-07:00；电力无增容费；集中供热费：30元/m2；市政热力入口费：40元/m2；制冷期：90天 采暖期：150天,工程项目投资概算：,运行费用分析,运行费用分析,示范增量成本

21、概算常规投资概算,示范增量成本概算为：热泵投资概算-常规投资概算=110万元单位面积增量成本为：（热泵投资概算-常规投资概算）/项目建筑面积=11元/。,水源热泵能耗,常规供冷、暖方式能耗,案例分析结论,示范增量成本概算为：热泵投资概算-常规投资概算=110万元单位面积增量成本为：（热泵投资概算-常规投资概算）/项目建筑面积=11元/。投资回收期：投资回收期=示范增量成本/(常规能源年运行费用-地源热泵年运行费用)=110万元/（350.3万元-182.3万元）=0.65年 一次能源节能率：一次节能率=（常规能源系统一次能源消耗量-可再生能源系统一次能源消耗量）/常规能源系统的一次能源消耗量100=（1207吨标煤-544吨标煤）/1207吨标煤*100%=55%采用水源热泵方式供冷、暖比常规城市热力供热+冷水机组制冷每年约节约折合标煤663吨。节约1841666kwh电量，减排二氧化碳1737060公斤，二氧化硫5636公斤，氮氧化物4906公斤。,Thanks,姚建勋高级工程师高级能源审计师国际地源热泵协会会员国际地源热泵协会认证安装师TEL:010-65884838-343麦克维尔全国统一热线：95105363麦克维尔中国网站：,