地下水源热泵设计方案.docx

地下水源热泵中央空调

一、工程概况
1.1地理概况
烟台地处北纬 36.04度，东经120.20度。属亚热带季风气候，气候温和湿润，四季分明；日照充足。冬夏较长，春秋较短。全年平均气温约为12.2℃，年无霜期300天左右。
1.2工程内容及范围
考虑到节能、环保、减排的能源需求，决定采用地下水源热泵中央空调系统，解决整个小区的空调需求。

1.3 地下水源热泵介绍
地下水源热泵系统，是指以地下水作为空调系统的冷/热源，通过水源热泵机组，给建筑物提供冷/热量的空调系统，下图是地下水源热泵系统原理图。系统主要由地下水源井系统、水源热泵主机、室内管网系统等三部分组成。

二、系统设计方案
2.1设计依据
1、主要设计规范、标准
（1） 《地源热泵系统工程技术规范》 (GB 50366-2005)
（2） 《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ-2003）
（3） 《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242－2002）
（4） 《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-95)
（5） 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JCJ134-2001)
（6） 《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB 50300-2001）
（7） 《建筑设计防火规范》 （GBJ16-87）
（8） 《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》 （CJJ101—2004）
（9） 其他必需的规范、规程
2、设计基础资料
（1） 民用建筑暖通空调设计技术措施；

（3） 室外空气的空调设计参数：表1 室外设计参数
冬季室外计算干球温度（℃）
冬季室外计算相对湿度（%）
夏季室外计算干球温度（℃）
夏季室外计算湿球温度（℃）
夏季日平均干球温度（℃）
夏季平均较差（℃）
-6
65
29
26
27.2
3.5
（4） 甲方提供的建筑图纸；
2.2冷、热负荷计算
2.2.1室内空调冷、热负荷的计算
1、 室内设计参数（表2 室内设计参数）
建筑类别
夏 季
冬 季
新风量
M3/h.人
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
机房
25-28
55-70
18-20
40-50
15
食堂
25-28
55-70
16-18
40-50
25
活动中心
25-28
55-70
16-18
40-50
30
2.冷、热负荷的计算
根据设计院设计，

2.3系统设计
根据GB50366－2005《地源热泵系统工程技术规范》的定义，地源热泵系统是指以土壤或地下水、地表水为低温热源，由水源热泵机组、地能采集系统、室内系统和控制系统组成的供热空调系统。根据地能采集系统形式不同，地源热泵系统分地埋管、地下水和地表水三种形式。众所周知，地层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度。在夏季，地下的温度要比地面空气温度低，而在冬季却比地面空气温度高。地源热泵正是利用大地的这个特点，通过热泵主机与土壤或地下水交换热量。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。所以，地源热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，在冬天，热泵机组将地下水的热量抽出，然后通过系统导入建筑物内，同时蓄存冷量，以备夏用；在夏天，热量从建筑物内抽出，通过系统排入地下水，同时蓄存热量，以备冬用。地源热泵一年四季均能可靠的提供高品质的冷暖空气，为我们营造一个非常舒适的室内环境。
本地源热泵系统采用地下水系统作为热泵主机的冷热源，建立集中能源站，通过室外管网对每栋建筑物夏季提供7℃冷冻水（冬季60℃的热水），再通过室内管网，末端采用风机盘管或其它热交换装置对每个房间进行制冷及供暖。

2.3.1、热泵机组的设计
（1）热泵机组的选型
热泵机组的选型一般原则有：满足系统的设计负荷；系统的初投资与运行费用小。本设计中选择使用天加满液式水源螺杆热泵机组为实现制冷、供暖，同时选用多台机组联机运行，其在满足系统的设计负荷的同时，彼此互为备用，提高机组利用率。

TWSF0150.1BW1×1台

TWSF0335.2BW1×1台
TWSF0195.2BW1×1台

TWSF0335.2BW1×2台

天加134a满液式水源螺杆热泵机组性能参数（空调工况）
设备型号
冷负荷(KW)
耗电量（KW）
热负荷(KW)
耗电量（KW）
TWSF0150.1BW1
525
87

TWSF0195.2BW1
679
112
640
181
TWSF0335.2BW1
1183
195
1115
318
注：
制热工况：水源侧进水15℃，出水7℃，用户侧进水60℃，出水55℃；
制冷工况：水源侧进水29℃，出水18℃，用户侧进水12℃，出水7℃；
则：
大专教学楼二区三层机房选用天加满液式水源螺杆热泵机组一台，型号为TWSF0150.1BW1；总制冷量为525KW；设计要求制冷量为498.4KW，完全满足使用。
学生活动中心选用天加满液式水源螺杆热泵机组两台，型号分别为TWSF0335.2BW1×1台和TWSF0195.2BW1×1台；总制冷量为1872KW，总制热量为1755KW；设计要求制冷量为1291.3KW，总制热量为1728.3KW，完全满足使用。
第二食堂选用天加满液式水源螺杆热泵机组两台，型号为TWSF0335.2BW1；总制冷量为2366KW，总制热量为2230KW；设计要求制冷量为1443.6KW，总制热量为2181KW，完全满足使用。

对于以地下水最为冷热源的热泵机组来说，必须遵守以下基本原则：
1）.地下水出水量务必满足根据空调负荷相关公式推导得出的要求流量，且供水稳定持续。
2）.需要通过详尽的地质勘查，确定地下水的水质情况；必要时候，应使用板式热交换器进行水井水和建筑循环水热交换；
3）.在寒冷季节，井水侧和系统侧的循环水路管道应做好防冻保温；
4）.对于地下水系统的投资效益比，在较大建筑物上的应用比小的建筑物好，因为地下水供回井的投资并不随系统容量的增加而呈线性上升；
5）.水源热泵机组的进水温度取决于深井水的水温，深井水的水温随着区域的不同而存在着差异性。因此，对于以地下水做为冷热源的水源热泵机组来说，必须确认机组的标准运行工况；同时，根据实际的水温情况，进行变工况参数的修正后，重新校核机组的选型工作。

1）、搜集设计资料和现场勘察
现场勘查资料是设计的基础与依据，正确可靠的资料是保证地下水系统设计质量的先决条件。现场勘查不仅是收集资料的补充手段,也是管井设计前期工作的重要步骤。其目的是了解和核对现有水文地质及其它现场资料，初步选择井位及酝酿系统布置方案,按设计任务提出进一步水文地质要求或其他现场工作要求.
2）、根据含水层的埋藏条件、厚度、岩性、水力状况及施工条件,初步确定管井的型式、构造及取水设备型式。同时根据地下水位、流向、补给条件和地形地物情况,考虑井群布置方案.
3）、按理论公式或经验公式确定管井的出水量和水位下降值,并在此基础上结合技术要求、设备和施工条件,确定取水设备。同时应考虑井群互阻影响,必要时应进行井群互阻计算,确定管井数目、井距、井群布置方案。此外,须设置一定数量的备用井。
4）、水源水的水质直接影响水源热泵机组的使用寿命和运行效率。对水源水水质的基本要求是：清澈、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。通过对水质的考察以确定水源水是否可以直接进入或进行何种处理方法后水源热泵机组，或者通过采用专用换热器进行中间换热。
主要水质指标考核依据如下：
序号
项目名称
单位
允许值
1
含砂量
—
＜1/200000
2
混浊度
mg/L
＜10
3
pH值
—
6.5~8.5
4
Ca2+、Mg2+含量
mg/L
＜200
5
Fe2+含量
mg/L
＜0.5
6
Cl－含量
mg/L
＜100
7
SO42－含量
mg/L
＜200
8
H2S含量
mg/L
＜0.5
9
硅酸含量
mg/L
＜175
10
Mg2+和SiO32-含量乘积
mg/L
＜15000
11
游离氯含量
mg/L
0.5~1.0
12
矿化度
mg/L
＜350
13
油污含量
mg/L
＜5

根据供冷和供热工况下，系统的最大放热量和最大吸热量来计算井水流量。在冬季和夏季需要的地下水水量，实际上应与系统选择的水源热泵性能、地下水温度、建筑物内循环水温度、冷热水负荷，以及换热器的形式有关。在计算流量时，可以采用下面公式进行计算：

式中： ——供冷/热所需要地下水量（m3/h）；
——设计工况下换热器换热量（kW），
——水的密度（kg/m3）
——水的比热，可取4.187kJ/kg.℃
——进入热泵主机的地下水温度（℃）
——离开热泵主机的地下水温度（℃）
则：

大专教学楼二区三层机房要求水流量为：

学生活动中心要求水流量为：

第二食堂要求水流量为：

现地下水设计单井抽取量为80吨/小时，因此，地下水井设计方案初步如下：
大专教学楼二区三层机房为：一抽一回；
学生活动中心为：两抽三回；
第二食堂为：三抽四回；
该系统地下水源井总计：六口抽水井；八口回水井

a. 回灌水的水质。对于回灌水的水质，要求是优于或等于原地下水水质，回灌后不会引起区域性地下水水质污染。实质上，地下水经过水源热泵机组或板式换热器后，只是交换了热量，水质几乎没有发生变化，回灌不会引起地下水污染。
b. 回灌类型。根据工程场地的实际情况，可采用地面渗入补给、诱导补给及注入补给。注入式回灌一般利用管井进行，常采用无压（自流）、负压（真空）及加压（正压）回灌等方法。无压自流回灌适用于含水层渗透性好、井中有回灌水位和静止水位差。真空负压回灌适用于地下水位埋藏深（静水位埋深在10米以下）、含水层渗透性好。加压回灌适用于地下水位高、透水性差的地层。对于抽灌两用井，为防止井间互相干扰，应控制合理井距。
c. 回灌井数量。按照国家标准，回灌井的数量与抽水井的数量不得低于2：1；即一口抽水井，必须设置不少于两口回灌井。特殊地质结构层的地区，透水率高、回灌效果好的水源井，可以按照2：3的比例进行抽灌井的配置。
d. 回灌量。回灌量的大小与水文地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关，其中水文地质条件是影响回灌量的主要因素。一般来说，出水量大的井回灌量也大。在基岩裂隙含水层和熔岩含水层中回灌，回灌水位和单位回灌量变化都不大；在砾卵石含水层中，回灌量一般为单位出水量的80％以上；在粗砂含水层中，回灌量是出水量的50％～70％；在细砂含水层中，回灌量是出水量的30％～50％。采灌比是确定抽灌井数的主要依据。
回扬。为预防和处理管井堵塞，主要采取回扬的方法。回扬是指在回灌井中开泵抽排水中堵塞物。每口回灌井回扬次数和回扬持续时间，主要由含水层颗粒大小和渗透性而定。实验证实，在几次回灌之间进行回扬，与连续回灌不进行回扬，前者能恢复回灌水位，保证回灌井正常工作。
ⅰ、控制系统简介控制系统是整个系统的心脏，具有安全、可靠、耐用的特点。人性化的界面，“自动+手动”运行模式，给客户日常管理带来了极大的方便，且能够有效控制日常运行费用。本控制系统特点有：
ⅱ、水源热泵机组可根据回水温度控制压缩机启停，逐节开启主机，达到节能的目的；

三、项目经济性分析报告
1.日常用电按照0.8元/度计算，夏季制冷天数90天，冬季采暖天数100天，每天工作时间8小时，潜水泵功率30KW统计：
制冷季节运行费用为：
大专教学楼二区三层机房：（87KW＋30KW×0.6）×8×90×0.8元＝60，480元 负荷系统数0.95 单位面积制冷费用为：29.6元/M2
学生活动中心：（112KW＋195KW＋30KW×2）×8×90×0.8元＝211，392元 负荷系统数0.69 单位面积制冷费用为：14.31元/M2
第二食堂：（195KW×2＋30KW×3）×8×90×0.8元＝276，480元 负荷系统数0.60 单位面积制冷费用为：13.24元/M2

制热季节运行费用为：
学生活动中心：（181KW＋318KW＋30KW×2）×8×100×0.8元＝357，760元 负荷系统数0.98 单位面积制冷费用为：34.41元/M2
第二食堂：（318KW×2＋30KW×3）×8×100×0.8元＝464，640元 负荷系统数0.98 单位面积制冷费用为：36.34元/M2

四．南京天加（TICA）空调设备有限公司介绍

南京天加空调设备有限公司为专业生产TICA牌空调制冷产品的中英合资企业。
英方股东为英国天加环球投资有限公司，中方股东为年产值九十多亿元的中国著名上市公司华东电子集团股份有限公司（股票号码：0727 华东科技）。天加空调设备有限公司于1999年成立后便开始正式生产组合式空气处理机组、螺杆式机组、新风机组、风冷冷热水机组等，已有多年生产历史，为各地的重点工程和项目提供了高品质产品，受到用户的好评，许多用户在使用我们的产品后对产品的性能非常满意，再次向我们定货。我们产品通过机械工业通用机械产品检测所与国家压缩机制冷设备质量监督检验中心检验，并在2004年顺利取得生产许可证。
天加公司将发展成为拥有自身技术特色及自主知识产权、制造高质量稳定的产品，并以客户为中心的服务型企业。到目前为止，天加公司已经拥有两家生产基地——南京工厂、天津工厂，以及全国四十多个销售网点和售后服务点。
天加公司进入一个全新的发展时代，规范化的管理和世界水准的制造等级使产品的质量得以保证，领先的技术更使我们有信心制造一流的中央空调设备。天加公司奉行质量第一的原则，以制造高品质空调为己任，不断改进生产技术和产品设计，着力研究和开发新产品，在中国拥有多项专利，并注重产品可靠性、稳定性和耐久性实验，产品主要部件采用国际著名品牌。天加空调可广泛应用于饭店、写字楼、商场、纺织、电子、医院、电信、餐厅、公寓、娱乐场所、体育场馆等各类型建筑和行业。天加公司特别强调以人为本、公司规范理念、经营信条和个人品德，在公司迅速发展的同时，我们更注意企业自身素质的提高与管理的完善。我们需要聚集一大批德才兼备的精干之才，共同抓住当今千截难逢历史机遇去实现我们共同的理想和事业。

五、满液式水源螺杆热泵机组(TWSF)特点
天加TWSF系列螺杆水源热泵机组的特点是系统设计简洁稳定，运行高效节能。这个特点体现在满液式换热器最新技术的运用与先进的R134a/R22半封闭式双螺杆压缩机配合微电脑控制技术的结合。
1. 技术先进、运行稳定
机组使用高品质的进口R134a/R22专用半封闭双螺杆压缩机，该压缩机运动部件只有三个，可靠性极高，从而保证了压缩机的稳定运行；水源（地下水、土壤等）的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，从而不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题；此外，优良的系统设计（多机头多回路技术），先进的自动拉油技术确保各运动部件的良好润滑，都使得机组运行更可靠、稳定。
1) 多机头多回路技术

天加满液式水源螺杆热泵机组采用多机头多回路的技术，根据用户冷量的需求，在一台机组上选用两台或三台压缩机。每台压缩机具有完全独立的工质回路，各系统具有独立的：冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀。如上图所示。机组具有以下优势：
a．运行可靠：各压缩机具有独立的制冷剂回路，各压缩机之间不需要复杂的油平衡管路，彻底解决压缩机油不平衡的问题。
b．备用性强，便于维护：机组具有两个到三个独立的制冷剂系统，一个系统维护的时候其余的压缩机可以正常运行，系统备用性强，便于维护。无需选择备用机组。
c．高效节能：多机头具有无与伦比的部分负荷性能，运行费用低，IPLV可以达到7.1以上。
2) 天加独创的自动拉油技术

满液式水源螺杆热泵机组运行过程中，正常情况下，蒸发器液面上有约0.1%的浮油，通过引射泵引射到压缩机当中，维持一个动态的平衡。这种回油设计是可靠的。但是当空调负荷变化频繁，尤其是环境温度，末端负荷发生剧烈变化时，有可能导致正常的回油功能发生紊乱，导致压缩机的油槽缺油。由于蒸发器的温度低，大量的润滑油将积存在液面上，如果不及时将油拉回到压缩机，压缩机可能会缺油会很容易损坏。
天加公司独创了自动拉油的程序：当压缩机的油槽里的油位过低，油位传感器触发报警信号，并激发自动拉油的程序，通过对电子膨胀阀的控制，在短短的几秒钟内将润滑油吸入压缩机，从而确保压缩机稳定可靠运行。
2. 油分高效、以油带油技术
机组采用满液式机组专用压缩机，结合使用内外螺纹高效强化满液式蒸发器，高效二次内置油分离器，使机组有很强的适用性和更高的效率。

天加水源螺杆热泵机组拥有两级油分离器：一个是压缩机内置油分，一个是内置在冷凝器内部的二次油分。压缩机的排气两级油分后，效率到达99.9%，还有0.1%的油进入蒸发器，为实现机组连续运行，需要将0.1%的油引射回到压缩机，天加满液式螺杆热泵机组，采用技术国际领先，并经特殊设计的引射泵，用二次油分分离出来的高压油将蒸发器中0.1%的油引射到压缩机吸气管。这就是天加独创的用油来引射油的回油技术。见上图所示。
3. 选择灵活
R134a和R22两种冷媒供选择，通过各种压缩机的搭配运用，可以提供从100～950RT的各种机型供用户选择，其中必有一种可以满足用户的需要。我们还可以按照用户的需要特别定制。
4. 节能
螺杆压缩机有部分负荷功能，通过多机头配置、高效满液式蒸发器与PLC控制技术配合，机组采用无级能量调节，无论是满负荷或部分负荷均可达到最佳能效比，显著降低用户运行费用；在标准制热工况下，机组热水最高出水温度58℃（R22机组），65℃（R134a机组，请联系天加公司），出水温度的提高，可减少设备投资，提高系统运行效率，减小室内侧设备选型容量。
5. 安全、可靠
机组提供从制冷剂系统、电系统到水系统的完备保护，完全保护机组安全正常地运行。（压缩机电机过热、过电流、相序异常、油位过低、油压差过大、排温过高、高压、低压、冰点、断流）等安全保护。
6. 方便操作
机组采用先进的PLC控制技术，全自动运行。根据用户的要求可实现多机联控以及与楼宇自控系统方便的连接。由于采用的智能自动控制，机组的运行相当简单，用户可以通过操作面板、用户自己的控制器、以太网络、有线或无线网络，随时与机组进行信息交流，了解机组的运行状态，对机组进行实时监控。
7. 功能齐全
机组不仅能满足夏季供冷、冬季供暖的需要，还可以解决生活或工艺用水的供应问题，充分发挥了一机多用的功能。也可以增加中间换热器利用河水、湖水或海水，甚至可以利用工业废水和地热的尾水。

六、天加公司地下水源热泵案例
序号
项目名称
项目面积
地址
分公司
水源模式
主机型号
竣工日期
1
德国汉跋集团苏州技纺有限公司
6000M2
苏州
苏州分公司
工业污水
TWSF0195.1BH1-N
2007
2
哈尔滨机械研究所
3000 m2
哈尔滨
哈尔滨分公司
污水源
TESD090.1BH2
2007
3
南昌力高（香港）国际会所
5000 m2
南昌
南昌分公司
地下水
TESD195.1BW2
2006
4
河南奥斯卡假日酒店
15000 m2
焦作
郑州分公司
地下水
TESD210.1/TESD405.2
2006
5
沈阳春晖工艺品厂
6800 m2
沈阳
沈阳分公司
地下水
TESD150.1BH2
2006
6
沈阳红太阳制药有限公司
32000 m2
沈阳
沈阳分公司
地下水
TESD465.2BH2 2台
2007
7
沈阳大东区交警支队
8800 m2
沈阳
沈阳分公司
地下水
TESD125.1BH2 2台
2007
8
沈阳市鑫淼宾馆
4500 m2
沈阳
沈阳分公司
地下水
TESD150.1BH2/TESD030.1BH2
2007
9
河南新乡市新星剧场
15000 m2
郑州
郑州分公司
地下水
TESD275.2×2台
2007
10
河南长垣县明秀苑大酒店
7200 m2
郑州
郑州分公司
地下水
TESD255.2BH2
2006
11
河南省滑县人民医院
30000 m2
郑州
郑州分公司
地下水
TESD405.2BH2×3台
2006
12
北京百安居装饰建材有限公司
18000 m2
北京
北京分公司
地下水
TWSF500.2R1
2007
13
葫芦岛宏跃集团综合开发有限公司
8000 m2
辽宁
－
地下水
TESD230.2BH2
2006
14
台湾东森购物广场
6200 m2
台湾
－
地下水
TESD220.1BH2
2007
15
沈阳鞍山新阳光商业广场
60000 m2
鞍山
沈阳分公司
地下水
TESD420.2BW2
2008
16
世纪新南方灯饰城
18000 m2
天津
天津分公司
地下水
TWSF0480.2BH2
2007
17
兰州宝丰大厦
80000 m2
兰州
西安分公司
地下水
TWSF480.2BH2×3/TESD080.1BH2
2007
18
徐州沛县华佗医院
15000 m2
徐州
南京分公司
地下水
TWSF205.1BW2/ TWSF265.1BW2
2008
19
江苏泗县润阳宾馆
6800 m2
泗县
南京分公司
地下水
TESD125.1BW2×2台
2008-2009
20
南昌吉安市人民医院
6500 m2
南昌
南昌分公司
地下水
TESD195.1BW2R
2008