宁波某别墅地源热泵系统设计方案.doc
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1、中央空调、地板采暖、生活热水三联供系统XXX别墅地源热泵节能系统方案宁波XX设备工程有限公司联系人:电话:传真:日期:2009-12-XX企业简介宁波XXX设备工程有限公司是一家杰出的建筑系统配套产品服务商,专为高档别墅、公寓、宾馆、办公楼、工厂、大型公共场所等提供成套空调、供热、新风、除尘、水处理、智能化楼宇系统的设计及施工,专业解决方案涵盖咨询、设计、销售、施工以及售后服务等各项,为用户提供最完整的一站式系统服务。专业的精神,领先的技术,严谨的作风以及诚信的服务是鼎泰人一直遵循的准则,为您营造舒适、节能、健康、环保和安全的室内居住环境是鼎泰人给您的承诺。XXX有实力、有能力、竭尽全力地把科
2、技精品奉献给用户,把诚实诚信奉献给用户,并愿与各界同仁、朋友携手共进、资源共享、共创伟业!目 录一、地源热泵系统简介2二、工程概况7三、系统设计8四、地源热泵地埋设计10五、地面采暖系统介绍14六、地源热泵系统与常规系统的比较分析16七、XXX商用中央空调售后服务承诺17八、企 业 简 介20九、XXX施工规范21十、主要工程案例25十一、企业证书26十二、美国XXX三联供地源热泵报价汇总30一、地源热泵系统简介11 地源热泵系统运行原理地球表面土壤深度5-10m以下温度稳定且约等于当地全年平均温度,地表浅层是一个巨大的太阳能和地核热能收集器同时也是热能的储存器, 新型地(水)源节能中央空调是
3、充分利用了这一特点,利用土壤常年恒定温度的环境进行热量交换,达到室内一年四季如春的环境。 冬季:当机组在制热模式时,就从土壤/水中吸收热量,通过压缩机和热交换器把大地的热量集中,并以较高的温度释放到室内。 夏季:当机组在制冷模式时,就从土壤/水中提取冷量,通过压缩机和热交换器把大地的热量集中,并入室内,同时将室内的热量排放到土壤/水中,达到空调的目的。热交换示意图热热冷冷热热热冷夏 季 暖冷暖暖 暖暖暖冬 季冷冷12 地源热泵系统特点:1、可再生性: 地源热泵系统是一种利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖制冷空调系统,地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地表土壤和水
4、体是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量);它又是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡,地源热泵系统技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实。2、高效节能: 地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22,温度比环境空气温度高,热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高;土壤或水体温度夏季为18-32,温度比环境空气温度低,制冷系统冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率大大提高,可以节约30-40%的供热制冷空调的运行费用,1KW的电
5、能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。13 美国XXX地源热泵机组运行原理XXX地源热泵系统一机三用,一套系统就能解决别墅制冷、制热、生活热水三种需求,“一机在手,冷暖无忧”。地源热泵机组制冷采暖原理及控制理论:利用土壤储存的巨大能量源,根据土壤冬暖夏凉的特性,在地下布地藕换热管,通过热泵机组这个桥梁,来达到对室内外能量的转移,解决室内的制冷、制热问题;机组内部系统含双冷凝器,通过机组内部构件将水路进行切换,使得机组能灵活的进行热水、空调功能的相互转换,同时生活热水不会与冷却水以及冷冻水发生串通而污染生活热水。夏季生活热水热量来源于对室内余热的热回收,基本不耗用能源;冬季生活热水热量来源
6、于地下土壤,热泵机组将低位热能提升为高位热能。14地源热泵用于别墅的优点141 一机多用:地源热泵系统可供暖、空调制冷,还可提供生活热水及冬季地板采暖的热源,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统,特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物。地源热泵有着明显的优点。小型的地源热泵更适合于别墅、会所及公寓采暖、空调。142 舒适性:a、出风与房间温差小,出风柔和 b、水的热容性好,房间温度恒定 c、温度场均匀d、室内空气湿度好 e、新风处理容易143 节能性:地源热泵系统比风冷热泵冷水机组节能40%以上,比冷媒一拖多系统节能25% 以上,建筑用电大户就是空调用电,若采用地源热泵系
7、统,相应地可以减小建筑用电容量,变相地减少增容费。 144 环保性:EPA(美国环境保护机构)确认每安装一台90千瓦的地热空调;减少的温室废气量相当于公路上行驶的12辆汽车的废气排放量;环境(我们呼吸的空气)更加清新,相当种植了6,000平米的树木145 环保性与环境和谐统一性:每栋别墅都是建筑设计师的精心创意 怎容许这样的大煞风景?地源热泵中央空调主机可随意放置在车库、杂物间、储藏室,没有室外机,令建筑与环境更加和谐,地源热泵系统没有风冷系统室外机带来的固有的不和谐的环境噪音。二、工程概况21 工程概况该别墅是位于宁波市,总建筑面积为290M2,空调面积约150M2,地暖面积170M2。本方
8、案是初步根据甲方提供平面图纸对别墅制冷、地暖、生活热水进行系统性设计。本方案地源系统的主要能源为地能,辅助能源为电能,采用地源热泵带热回收系统。地下换热器采用土壤源垂直埋管换热器。本方案根据国际国内先进经验,依照节能、环保、舒适、健康的原则进行设计。22 设计依据2.2.1设计规范依据1) 采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)2) 通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-20023) 地源热泵系统工程技术规范(GB50366-2005)4) 埋地聚乙烯给水管工程技术规程CJJ101-20045) 民用建筑节能设计规程DB13(J)24-20006) 地面辐射供暖技术规程
9、JGJ142-20047) 业主提供的图纸2.2.2宁波气象资料1)位置:北纬29.86,东经121.562)空调室外气象参数夏季冬季大气压;1005.8 hPa夏季室外干球温度34.5夏季湿球温度28.5日平均温度30.2相对湿度83%大气压;1025.4 hPa冬季室外空调计算温度-3计算相对湿度78%平均风速2.9米/秒平均风速4.4米/秒2.2.3 设计范围对该别墅一至三层的制冷、地板采暖及生活热水系统进行设计。三、系统设计3.1空调末端选型根据别墅的功能,主要采用冷负荷指标进行选择,配置末端风机盘管8台,具体配置表格如下:冷量配置表空调使用区域空调使用面积单位制冷量总制冷量每平方冷量
10、室内机型号单位平方(W)(W)(W)台一层客厅3473907390217 FP-1361餐厅2958405840201 FP-1021厨房1129002900264 FP-511二层男孩房2248304830220 FP-851女儿房1329002900223 FP-511三层主卧1842004200233 FP-681更衣室、主卫1322002200169 FP-341书房1029002900290 FP-511合计15033160221 83.2 地暖系统设计房间热负荷按照地面辐射供暖技术规程(JGJ142-2004)3.3.2条规定“计算全面地暖辐射供暖系统的热负荷时,室内计算温度的取值
11、应比对流采暖系统的室内计算温度第2度,或去对流采暖系统计算热负荷的90-95,我们以降低2度计算”。低温热水地面辐射供暖系统的供回水温度应由计算确定,民用建筑供水温度宜采用35-50度,不应超过60度,供、回水温差宜小于或等于10度。根据此项目的实际情况,设计上应尽力考虑满足业主使用的舒适性,因此在项目设计上卫生间的热负荷按照每平米150设计,其它房间按照每平米120计算。3.3 生活热水设计3.3.1 生活热水机组选型本方案设计1台小精灵空气源热水器容积为300L的机组,水温55,采用中央热水循环系统,当管路水温低于设定温度时,自动启动保持水温恒定。3.3.2 热水系统工作原理用XXX三联供
12、机组制热提供生活热水,夏季利用热回收功能,使用中央空调时回收废热制取生活热水完全免费,过渡季节开启小精灵热水器制热模式也是制取热水所有方式中最省钱的方式。3.3.3中央热水系统优点A、实现即时热水供应,无需等待;B、实现多头同时供水,超大流量;C、温度持久恒定,不存在冷热不均情况;D、采用定时、定温的智能型控制,节能能源。3.3.4国内现行热水加热设备产品效率对比说明表供热方式电热水器液化气燃气热水器燃油热水器天然气燃气热水器太阳能普通空气源热泵地源热泵+小精灵所需热量加热1吨水所需热量Q=CMt=1000*(55-15)=40000kcal(进水温度:15,出水温度:55)燃料种类电液化气柴
13、油天然气电辅加热电电环境污染情况无不严重比较严重不严重无无无环境性能比较不安全不安全燃值860kcal/kWhkcal/kgkcal/kgkcal/m3kcal/kWhkcal/kWhkcal/kWh热效率9580808095420420运行时间全年全年全年全年4个月全年6个月燃料单价0.6元/度12元/ kg4.6元/ kWh2.9元/ m30.6元/度0.6元/度0.6元/度消耗燃料量48.96度2.177度4.9度5.81度16.16度11.07度5.54度所需费用29.38元26.00元22.55元16.86元9.69元6.64元3.32元设备使用年限5年5年5年5年5年10-15年1
14、0-15年由上述表格的数据可以看出:金刚+小精灵结合使用在能耗上有着无可比拟的优势,堪称节能环保的最佳组合。四、地源热泵地埋设计4.1 土壤温度的状况分析及变化规律 原始土壤的温度状况分析:土壤环境温度状况是指土体温度随时间与空间的变化,它是土壤热量平衡和土壤热状况的反映。原状土的温度可由计算得到也可以测出。地下约5m以下土壤温度基本不受地面温度波动的影响,而保持一个定值。已有的研究表明,地下约10m深度的土壤温度比之全年的平均温度在多数情况下要高出12,并且无季节性波动。其偏离平均温度的值在地下0.3m处仅1.5。 土壤温度的变化规律:受地面温度波动的影响,土壤温度有两种周期变化:(1)土壤
15、温度的变化;(2)土温的年变化。土温的年变化是指一年中各个月份中温度的变化。在达到相当深度后,土温便终年不变。这种温度终年不变的土层,在高纬度地区出现在20m,中纬度地区在1520m。4.2 土壤源垂直埋管地源热泵介绍地源热泵是在近年来广泛应用节能环保空调技术,热泵效率高低取决于冷(热)源来源方式。土壤是热泵良好的热源,并有一定程度的蓄能作用。土壤源垂直埋管地源热泵优点:运行及维护费用低、 占地面积较小、冬季无需辅助热源、不产生任何污染、节能效果明显。4.3 运行原理土壤源垂直埋管地下换热器采用两管制垂直埋管式换热系统,即在地下室下面、周边绿化地带、道路等可利用场所打地耦管孔,每个孔内埋设一对
16、U型地耦管,所有的地耦管通过集水器汇集,汇集的冷/热水由循环泵送到室内的地源热泵机组,经能量交换后,回到地源侧分水器分流回地下管路;冬季从地下土壤取热实现室内供暖,如此反复循环,利用的是天然可再生能源,系统稳定,不消耗地下水,不会对地下水产生污染。4.5 土壤耦合器材料选择考虑到土壤换热器是地源热泵系统深埋于地下的关键换热设备,其性能对系统性能和寿命影响明显,本方案设计采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯(HDPE100)管作为埋管材料。在实际工程中确定管径必须满足两个要求:(1)管道要大到足够保持最小输送功率(管道阻力最小);(2)管道要小到足够使管道内
17、保持紊流(流体的雷诺数Re达到3,000以上)以保证流体与管道内壁之间的传热。显然,上述两个要求相互矛盾,需要综合考虑。垂直U型管常用管径有De25mm、De32mm、De40mm。 4.6空调负荷计算和机组选型根据负荷,考虑别墅一定的同时使用性,经计算空调总冷负荷为33.16KW,考虑到实际的使用情况按60计算,并结合我们机组特性,我们选择PWSRW080S-GL机组。XXX机组提供别墅的制冷和采暖的热源。根据宁波地质情况以及我公司在当地地区所做的热响应测试结果,垂直埋管平均换热50W/米左右,所以本工程室外地埋管长度D=Q/50,所以打孔8组,采用伟星PE地源热泵专用管De25单U管,主要
18、分布在室外空地。4.7地埋管施工工艺主要施工步骤:预制PE管钻孔施工PE管下管灌浆、回填水平沟开挖水平管连接黄沙回填集分水器连接验收4.7.1 放线、定位根据现场情况,依照设计图纸进行施工现场定位,垂直孔的最小间距为4m,是矩形或菱形分布。如遇到桩基等应适当的避让。4.7.2 型管预制严格控制PE管的长度,保证每根管的长度都是埋管的设计深度60m。将型管件与PE管相熔接并进行压力试验,以确保型管的完好,无渗漏。充水并封帽,以免下管和存放过程中的沙土等污物进入型管内。垂直管采用PE100,SDR11塑料管材和管件。4.7.3 钻孔钻孔是竖直埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工完成后孔壁保
19、持完整,孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜,一般要求钻机的钻头的直径根据需要在130mm,钻进深度为50m。采用常规的正循环钻进方法。钻机就位后,用水平尺测量钻机机座的水平,测量钻机立轴的垂直度,以保证成孔的垂直度。钻井过程中产生的泥浆除一部分作为回填材料回填到孔内,其余的集中处理,用车拉到指定存放泥浆地点。4.7.4下管下管是地源热泵工程中关键之一,因为下管的深度决定采取热量的多少,所以必须保证下管的深度。钻孔完毕后孔洞内有大量泥浆,由于泥浆的浮力影响,将对下管造成一定的困难;而且由于泥浆中含有大量的泥沙,泥沙在静止时沉积会减少孔洞的有效深度。为此,每钻完一个孔,应及时把型管连同灌
20、浆导管一同放入,并采取防止上浮的固定措施。在安装过程中,应注意保持套管的内外管同轴度。下管时,U型管是60m。因为在地面上控制下管的深度的,将U型管的二个接头控制在基坑开挖深度附近。因为制作U型管的时候就已控制了。控制细线的长度和松紧度,以确定U型管的深度。4.7.5 回填回填工序也称为灌浆封井,正确的回填要达到两个目的:一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热,二是要实现密封的作用,避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使换热器具有更好的传热性能,回填材料采用饱和湿性粘土与沙(或膨胀水泥与沙)的混合物,其土沙比例为1:2。回填物中不得含有大粒径的颗粒,回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出
21、使混合浆自下而上回灌封井,确保回灌密实,无空腔,减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相同时,回填过程结束。封孔。4.7.6 垂直管水平连接的施工先对垂直孔内的U 型管进行压力试验再熔焊接入水平总管上,以确保接入总管上的热交换管(D32,HDPE)的完好,无渗漏。待每根总管上的孔全部连接完毕后进行压力试验并观察总管上与各个支管相连处的熔焊焊缝有无渗漏。通过后供回水分别接至相应的分集水器。回填水平管,用沙子或泥土在管道层面上覆盖15cm厚。4.7.7 集分水器的安装4.7.8系统试压,冲洗、排气五、地面采暖系统介绍5.1 中央地暖系统原理和优点地暖系统通过安装在地板下的热水盘管或者发热电缆
22、,向地面辐射热量。当系统运行时,热流由下而上,暖遍全身,这是为人体供暖的最佳方式,尤其对老年人感觉更舒适。地暖采暖室温均匀,无风吹感,倍感舒适。而且无论室外如何寒冷,室内保证热量充足,温暖如春。安装于地面下,不占用房间使用面积。运用热力学原理,热量由下而上,适合人体需求;用其辐射加热的一种取暖方式,地表面可以采用混凝土、地板砖、大理石、地板革、强化木地板等施工。1) 室内空间可用性地暖采用地面下埋设管道的方式,不同于传统的管道、散热器供暖方式 增加了室内空间的使用面积(约2%左右),并便于装修和家具的布置。2) 节省材料采用空调取暖时,室内天花板处温度高,地面温度低,其温度差约有10左右。空调
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