某節能示范項目土壤源熱泵方案設計及其經濟性分析
對某節能示范項目土壤源熱泵地下換熱系統設計方案進行了介紹,包括機組選型、地下鉆孔深度的確定、輔助冷卻塔容量的確定、地埋管系統流量的確定與校核、地埋管系統的排列與布置、地下熱平衡問題的設計與校核及系統阻力計算與管路承壓能力校核,同時對系統的經濟性進行了分析,設計方案及其分析方法可為同類建筑所借鑒。
1、前言
該項目位于江蘇省中部某市,為一高檔住宅小區,是江蘇省科技廳專項支持的節能示范小區,同時也是獲建設部專項補貼的節能示范工程。項目建筑總面積為175580m2 ,其中多層花園洋房面積47852m2 ,小高層住宅面積84848m2 ,高層住宅面積42880m2。項目將建設集復式多層花園洋房、小高層和高層住宅于一體的高檔綜合居住小區,并整合新的“恒溫、恒氧、恒濕”國際領先的建筑科技,采用眾多的高科技建筑節能技術使建筑節能率達到65%。地塊用地性質為二類居住用地,規劃控制建筑密度< 21%,容積率< 1. 6,綠地率> 42% ,建筑限高36米。經計算,其總冷負荷為9555. 45kW,總熱負荷為7318. 33kW。針對小區的高標準及其示范性,經甲方要求,擬建成以地熱能作為冷熱源的集中供冷暖系統,其配套建筑面積為161893m2。
2、總體設計方案
2.1、系統分區
由于工程量比較大,經甲方要求,整個小區的土壤源熱泵系統根據工程分期按照兩個獨立的分區進行配套設計,即一、二期工程分別設計一套地埋管系統與冷熱源機房,且地埋管采用地下車庫面積進行埋設,以節省地面占地空間。為此,考慮到小區平面布置、地下車庫及建設分期情況,以一、二期工程建設的建筑住宅進行分區,具體為:一期工程建設中的14棟建筑作為1#區域集中配置一個冷熱源機房,二期工程建設中的22棟建筑作為2#區域集中配置一個冷熱源機房。經負荷計算,并考慮到用戶的同步使用系數可得1#區域的設計冷熱負荷分別為2246. 96kW 與1772.41kW, 2#區域的設計冷熱負荷分別為3846. 31kW與2668. 58kW。機房設置位置考慮到連接管路的方便、就地利用地下車庫面積及減少地面冷卻塔運行對小區居民的干擾,分別置于小區兩側地下車庫。
2.2、機房冷熱源配置
在冷熱源配置上,考慮到冬夏季冷熱負荷的差異及地下冬夏季取放熱量的平衡問題,為了更高效地利用地能系統,并減少系統鉆孔埋管的費用以節省初投資,地下埋管的設計以滿足冬季采暖為主,夏季則輔以冷卻塔作為補充散熱冷卻裝置,以滿足夏季的排熱要求及地下熱平衡,即采用混合式地源熱泵系統。參照上述冷熱源配置設計思路及冷熱負荷設計值,可得如表1機組設備選型。在系統運行方式上,考慮到夏季負荷大于冬季負荷,則對于1#與2#區域,冬季分別停開YSSR- 700B /2與YSSR - 1200A /2 機組,并以埋管作為熱源。夏季則所有機組全開,并以冷卻塔作為輔助冷源。
5、結語
對于大面積管群陣列式土壤源熱泵系統,必須進行土壤熱平衡的設計與校核計算,明確輔助冷卻設備的容量及其運行時間。同時,應在埋管區域的關鍵部位埋設溫度傳感器,以長期監測運行時土壤溫度的變化情況。在埋管的布置與排列形式上,盡量采用并聯同程式,以確保系統水力平衡及各鉆孔流量與換熱量的一致性,在鉆孔數量較大時可采用分級分集水器進行連接與控制;對于每個并聯環路單元,所連接的鉆孔數目不宜太多,一般8 ~12 即可,且在環路兩端應裝切斷閥門。系統的經濟性與使用地區及運行控制條件有關,可根據具體情況來分析。
參考文獻
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