某节能示范项目土壤源热泵方案设计及其经济性分析
对某节能示范项目土壤源热泵地下换热系统设计方案进行了介绍,包括机组选型、地下钻孔深度的确定、辅助冷却塔容量的确定、地埋管系统流量的确定与校核、地埋管系统的排列与布置、地下热平衡问题的设计与校核及系统阻力计算与管路承压能力校核,同时对系统的经济性进行了分析,设计方案及其分析方法可为同类建筑所借鉴。
1、前言
该项目位于江苏省中部某市,为一高档住宅小区,是江苏省科技厅专项支持的节能示范小区,同时也是获建设部专项补贴的节能示范工程。项目建筑总面积为175580m2 ,其中多层花园洋房面积47852m2 ,小高层住宅面积84848m2 ,高层住宅面积42880m2。项目将建设集复式多层花园洋房、小高层和高层住宅于一体的高档综合居住小区,并整合新的“恒温、恒氧、恒湿”国际领先的建筑科技,采用众多的高科技建筑节能技术使建筑节能率达到65%。地块用地性质为二类居住用地,规划控制建筑密度< 21%,容积率< 1. 6,绿地率> 42% ,建筑限高36米。经计算,其总冷负荷为9555. 45kW,总热负荷为7318. 33kW。针对小区的高标准及其示范性,经甲方要求,拟建成以地热能作为冷热源的集中供冷暖系统,其配套建筑面积为161893m2。
2、总体设计方案
2.1、系统分区
由于工程量比较大,经甲方要求,整个小区的土壤源热泵系统根据工程分期按照两个独立的分区进行配套设计,即一、二期工程分别设计一套地埋管系统与冷热源机房,且地埋管采用地下车库面积进行埋设,以节省地面占地空间。为此,考虑到小区平面布置、地下车库及建设分期情况,以一、二期工程建设的建筑住宅进行分区,具体为:一期工程建设中的14栋建筑作为1#区域集中配置一个冷热源机房,二期工程建设中的22栋建筑作为2#区域集中配置一个冷热源机房。经负荷计算,并考虑到用户的同步使用系数可得1#区域的设计冷热负荷分别为2246. 96kW 与1772.41kW, 2#区域的设计冷热负荷分别为3846. 31kW与2668. 58kW。机房设置位置考虑到连接管路的方便、就地利用地下车库面积及减少地面冷却塔运行对小区居民的干扰,分别置于小区两侧地下车库。
2.2、机房冷热源配置
在冷热源配置上,考虑到冬夏季冷热负荷的差异及地下冬夏季取放热量的平衡问题,为了更高效地利用地能系统,并减少系统钻孔埋管的费用以节省初投资,地下埋管的设计以满足冬季采暖为主,夏季则辅以冷却塔作为补充散热冷却装置,以满足夏季的排热要求及地下热平衡,即采用混合式地源热泵系统。参照上述冷热源配置设计思路及冷热负荷设计值,可得如表1机组设备选型。在系统运行方式上,考虑到夏季负荷大于冬季负荷,则对于1#与2#区域,冬季分别停开YSSR- 700B /2与YSSR - 1200A /2 机组,并以埋管作为热源。夏季则所有机组全开,并以冷却塔作为辅助冷源。
5、结语
对于大面积管群阵列式土壤源热泵系统,必须进行土壤热平衡的设计与校核计算,明确辅助冷却设备的容量及其运行时间。同时,应在埋管区域的关键部位埋设温度传感器,以长期监测运行时土壤温度的变化情况。在埋管的布置与排列形式上,尽量采用并联同程式,以确保系统水力平衡及各钻孔流量与换热量的一致性,在钻孔数量较大时可采用分级分集水器进行连接与控制;对于每个并联环路单元,所连接的钻孔数目不宜太多,一般8 ～12 即可,且在环路两端应装切断阀门。系统的经济性与使用地区及运行控制条件有关,可根据具体情况来分析。
参考文献
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