3万平米地源与水冷螺杆对比方案剖析

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1、地源热泵水冷螺杆机组与水冷螺杆机组锅炉空调方案比较目 录一、工程概况二、机组选型三、地换热器设计四、初投资比较五、运行费用比较六、综合对比总表七、地源热泵介绍一、 工程概况该工厂的总建筑面积为3万平米，根据该工厂的使用性质，初步估算出所需要的冷负荷和热负荷。冷负荷暂以200w/m2计算，热负荷暂以100w/m2计算，则总的冷负荷为6000kw，总的热负荷为3000kw，考虑环保节能及保持建筑物美观的要求，既要求供冷供暖系统有一定的独立性和稳定可靠性，又要求整个系统有一个合理的初投资和运行费用。我们建议采用既环保又节能，运行稳定可靠、费用经济的地源热泵中央空调系统，来实现该建筑的夏季供冷和冬季供

2、暖需求。详细介绍一下甲方工程情况以示重视 二、机组选型2.1地源热泵水冷螺杆方案主机选型根据设计要求，选用两台制冷量为1400kw（其相应的制热量为1500kw）的地源热泵主机和两台制冷量为1600kw的水冷螺杆机组。地源热泵主机数量（台）2制冷量（KW）1400输入功率（KW）270制热量（KW）1500输入功率（KW）320水冷螺杆机组数量（台）2制冷量（KW）1600输入功率（KW）3802.2水冷螺杆方案主机及锅炉选型某国内优质品牌燃气锅炉的性能参数数量（台）2制热量（Kw）15002某合资品牌的螺杆机的性能参数：数量（台）3制冷量（KW）2000输入功率（KW）480三、地换热器设计

3、 首先，考虑到该工厂的冷热负荷相差较大，若以冷负荷来计算埋管数量，则势必会增加较多的初投资，所以为了节省初投资，我们以热负荷来计算埋管数量和选配地源热泵机组的数量及型号，这样，在夏季时，肯定会出现冷负荷不够的情况，所以还需要另外增加一台水冷螺杆机组来补充。可采用土壤为冷热源，采取地埋管的方式。地下换热器分为垂直换热器和水平换热器，水平换热器换热量小，在大型换热器中一般采用垂直换热器。土壤温度受大气影响较小，年平均温度在1220度之间，以地下埋管内介质循环与土壤温度进行闭式热交换，作为冷源和热源供主机制冷、制热。依据对苏州地区地质分析，夏季土壤的每米放热量平均为70w，冬季每米取吸热量为50w。

4、孔深可考虑60120米。因此此地埋管我们采用垂直埋管，若孔深以100米计算，则每口井的取热量为50w/m100m=5Kw，埋管数量为3000Kw/5Kw=600口。孔距取4m，垂直管DN32，水平管DN65。孔径110mm，HDPE100聚乙烯管阵分布。对夏季冷负荷的校核：由以上计算可知，在夏季每口井的放热量为70w/m100m=7Kw，两台主机总的制冷量为2800kw，则埋管数量为2800Kw/7Kw=400口，小于600口，所以两台主机在夏季的制冷量完全可以达到2800kw。另外，还需以3200kw的制冷量来选配两台水冷螺杆机组及相应的冷却塔。1、孔内布管示意图2、U型管连接方式说明：U型

5、弯和PE管采用热熔套筒热熔对接。3、总管连接可采用同程连接。地热换热器安装流程1、 放线、钻孔 将地热换热器设计图纸上的钻孔的排列、位置逐一落实到施工现场，孔径约110mm。孔径的大小以能够较容易的插入所设计的U型管及灌浆管为准。本工程设计选用外径为32mm的U型管。灌浆用管采用相同材料和规格，为确保U型管顺利安全地插入孔底，孔径要适当，必要时孔壁应固化。 在钻孔过程中，根据地下地质情况、地下管线敷设情况及现场土层热物性的测试结果，适当调整钻孔的深度、个数及位置，以满足设计要求，降低钻孔、下管及封井的难度，减少对已有地下工程的影响。当第一个孔钻成后，应及时对钻孔深度方向上土层的热物性进行测定，

6、以便对地热换热器的设计作适当修正。2、 U型管现场组装、试压与清洗 U型管在现场组装、切割为宜，以满足有可能出现的设计变更，尤其是钻孔深度变化的需要。下管前应对U型管进行试压、冲洗。然后将U型管两个端口密封，以防杂物进入。冬季施工时，应将试压后U型管内的水及时放掉，以免冻裂管子。3、 下管与二次试压 本工程采用的是人工下管的方法。下管前，将灌浆管与U型管捆绑在一起。捆绑结应疏密适中，既要保证三根管竖直不弯，又不能捆绑过紧，导致灌浆管灌浆过程中提升的困难；U型管头部设防护装置，以防止在下管过程中的损伤；U型管内充满水，增加自重，减少下管过程中的浮力。因为钻孔内一般情况下充满泥浆。 钻完一个个孔，

7、应接着下管。因为钻好的孔搁置时间过长，有可能出现局部的堵塞，这将导致下管的困难。下管是将三根聚乙烯管一起插入孔中，直至孔底。U型管的长度应比孔深略长，以使其能够露出地面。下管完成后，做第二次水压实验。确认U型管无渗漏后，方可封井。4、 灌浆封井与土壤热物性测定 封井材料为膨润土、细砂和水泥的混合浆。用泥浆泵通过灌浆管将混合浆灌人孔中。回灌时，根据灌浆的快慢将灌浆管逐渐抽出，使混合浆自下而上回灌封井，确保钻孔回灌密实，无空腔。封井结束一段时间后，就可利用土壤热物性测试仪进行测定了，并根据测定结果对原有设计进行必要的修正。5、 挖槽、安装分集水器 分、集水器一般为直埋敷设。为防止未来其他管线敷设对

8、其的影响或破坏，埋设深度应大一些，一般可控制在1.5m左右。管道沟挖好后，沟底应夯实，填一层细砂或细土，并留有0.0030.005的坡度。分、集水器在地上连接成若干个管段，再置于地沟与U型管相接，构成完整的闭式环路。在分、集水器的最高端或最低端宜设置排气装置或除污排水装置，并设检查井。管道沟回填时，应分层用木夯夯实。 四、初投资比较为了考察地源热泵中央空调系统配置的合理性，这里同时列出了能够同样满足供冷供暖的水冷螺杆机组加锅炉系统的设备价格估算，以资比较。同时，由于无论采用何种中央空调系统，末端系统都是一样的，所以不作比较。 注：以下价格均为初步估算序号设备名称地源热泵水冷螺杆水冷螺杆机组燃气

9、锅炉系统数量合价（万元）数量合价（万元）2螺杆式地源热泵机组2台2003土壤埋管部分420(钻孔、埋管、连接、土方)4水冷机组2台1703台3205燃气锅炉（含燃气接入费及管道安装所增加的费用）2台1106冷却塔（含所增加的相应的水泵）2台403台757合计830505增加费用325-注：该比较未考虑各自的运行维护费用从上表可以看出，采用地源热泵水冷螺杆机组系统比水冷螺杆机组燃气锅炉初投资系统价格高325万元。五、运行费用比较以下计算均依据：（1）制冷季120天，每天10小时（2）供暖季120天，每天10小时（3）电费为0.9元/KWh（5）空调同时使用系数按0.8计算地源热泵水冷螺杆机组系统

10、运行费用夏季供冷运行费用：夏季高峰供冷时，两台地源热泵机组和两台水冷螺杆机组均工作，所以主机夏季总耗电量：2（270 kW380 kW）120天10h0.8= 1248000kWh一般辅助设备（末端、水泵、电子仪器）的耗电约是主机设备的耗电的30%。辅助设备耗电1248000kWh30%= 374400kWh总耗电费用：（1248000kW+ 374400kW）0.9=1460160元冬季供暖运行费用：冬季供热高峰时， 两台地源热泵机组均工作。所以主机冬季总耗电量：2320kw120天10h0.8= 614400kWh辅助设备的耗电184320kWh总耗电费用：（614400kWh+18432

11、0kWh）0.9=718848元3全年空调总费用：1460160元+718848元=2179008元/年水冷螺杆机组燃气锅炉系统运行费用夏季供冷运行费用：夏季高峰供冷时，三台水冷螺杆机组满负荷工作。所以主机夏季总耗电量：4803120天10h0.8=1382400kWh由于比地源热泵多相应的冷却塔及相应的冷却水泵所以辅助设备耗电=1382400kWh40%=552960kWh总耗电费用：（1382400kWh +552960kWh）0.9=1741824元冬季供暖运行费用：冬季供热高峰时，热负荷为3600kW，天然气的发热量按35590kJ/Nm3，价格为2.6元/ Nm3，锅炉的效率按0.9

12、，锅炉冬季总耗气量：3000kW120天10h36000.8/(35590kJ/Nm30.9)=323686Nm3燃气费用：323686Nm32.6元/ Nm3=841584元辅助设备的耗电费用和地源热泵一样，为184320kWh ，计165888元。总费用：841584元+165888元=1007472元3全年空调总费用：1741824元+1007472元=2749296元/年运行费用汇总表项目单位地源热泵机组水冷螺杆机组+燃气锅炉夏季供冷总费用RMB￥1460160元1741824元冬季供暖总费用RMB￥718848元1007472元全年总费用RMB￥2179008元2749296元年节省

13、运行费用RMB￥-570288元六、综合对比总表方案一地源热泵水冷螺杆机组方案二水冷螺杆机组+燃油锅炉造价830万元505万元年运行费2179008元2749296元运行费用较低较高，特别是冬天采暖费用使用寿命主机不需要四通换向阀。仅通过水路切换，常年在单一工作模式下运行，稳定。地下埋管50年以上，主机寿命25年左右寿命相对较短空调系统布置相对简单相对复杂年维修管理费地埋管不需维护，主机操作方便锅炉房需要有专职人员管理另外，锅炉还需定期进行年检占地机房占地较少。需增加一个锅炉房面积故障率极低相对较高结论：诚然，一个空调系统的初投资固然重要，但年运行费，使用寿命，年维修管理费等各方面同样重要，我

14、们如果从综合的角度去看，应优先选用地源热泵水冷螺杆机组空调系统。详细介绍一下甲方工程情况以示重视七、地源热泵空调系统简介普通空调简介任何空调系统的工作过程实际上就是一个能量的转移过程。例如：夏季是把室内的能量（热量）转移到室外（其表现就是室内温度降低）；冬季是把室外的能量（热量）转移到室内（其表现就是室内温度升高）。这个能量的转移过程是通过空调机组的运转来实现的，实际上空调机组就是起到一个搬运能量的作用。压缩机冷凝器蒸发器空调系统的系统构成（1）压缩机 （2）冷凝器（3）蒸发器膨胀阀（4）膨胀阀四大部件的主要工作：空调系统四大部件中，压缩机及膨胀阀是为了配合两器工作的。冷凝器：放热过程，就是通

15、过此设备把能量（热量）释放出来。蒸发器：吸热过程，就是通过此设备把能量（热量）吸收进来。夏季：空调机组的蒸发器在室内吸收热量，此热量通过机组的运转被转移到冷凝器内，再由冷凝器释放到室外，从而达到降温的目的（室内）。冬季：空调机组的蒸发器在室外吸收热量，此热量通过机组的运转被转移到冷凝器内，再由冷凝器释放到室内，从而达到升温的目的（室内）。根据工作类型空调机组分为以下几类()风冷机组：从自然界的风中吸热（冬季）或放热（夏季）()水冷机组：从自然界的水中吸热（冬季）或放热（夏季）A冷却塔形式B 地温热泵形式()溴化锂吸收式机组 （这里不做介绍）1、背景环境污染和能源危机已成为当今社会的两大难题，如

16、何在享受的同时付出最少的代价逐渐成为人类的共识，在这种背景下以环保和健康为主要特征的绿色建筑应运而生。尽可能少地消耗能源为建筑物创造舒适环境已经成为空调的发展方向，开发利用天然的冷/热源能够为空调带来节能和环保双重效益，因而越来越受到人们的重视。地下土壤是一个巨大的天然资源，其热惰性极大，全年的温度波动很小，一般说来，埋藏于地表20m以下的土壤可常年维持在该地区年平均温度左右，是一种理想的天然冷热源。2、地源热泵简介地源中央空调系统是一种从土壤资源中提取热量的高效、节能、环保、再生的供热（冷）系统。该系统是成熟的热泵技术、暖通空调技术配套地埋管技术于一体，在相对稳定的水体温度下高效、稳定、经济

17、的运行。地埋管内的循环水吸收土壤中的热量，地源中央空调系统是由末端系统、水源热泵系统和地埋管水源水系统三部分组成。为用户供热时，地埋管内的循环水吸收土壤中的热量，水源中央空调系统从地埋管中的循环水中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）“泵” 送到高温热源（即空调水系统），以满足用户供热需求地埋管内的循环水。为用户供冷时，水源中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到地埋管内的循环水中，通过地埋管向土壤放热，以满足用户制冷需求。地源中央空调主机系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。地源热泵是利用了地球本体所储藏的太阳能资

18、源作为冷热源，进行能量转换的冷暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的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），而且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均衡。这使得利用储存于其中的似乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，地源热泵是利用可再生能源的一种有效途径。制冷工况的实现只需通过合理地设计用户系统和水源水系统管道和阀门，切换阀门来实现进蒸发器的水源水改进冷凝器，进冷凝器的用户系统循环水改进入蒸发器，以达到制冷的目的。（反之则为供热工况）3、地源热泵中央空调系统的工作原理图

19、在上图中，机组提取土壤中的低位能量并将其聚变为高位能量，然后输送给冷暖水循环系统(用户末端)。整个系统仅消耗电能，无任何污染。主机占地面积比传统方式大大减少，可放置在地下室等空间。4、地源热泵中央空调系统应用条件 一般来说，只要建筑物周边可以打孔埋管的项目均可使用该技术，运用范围较广，不受太多条件限制。5、地源热泵特点环保洁净l 没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。l 自由运用土壤资源。节水省地l 以土壤为源体，向其吸收或放出能量，即不消耗水资源，也不会对其造成污染。l 省去了锅炉房，冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的宝贵面积。节能经济l 能源利润率为传统方式的34倍，投入

20、1KW的电能可得到45KW以上的制冷或供热的能量。l 运行费用可节省1/21/3。灵活安全l 真正做到“一机三用”。利用地源热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，也可提供卫生热水，提高了设备的利用率。l 机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。系统末端亦可作多种选择。l 无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。l 自动化程度高，无需专业人员操控。用途广泛l 从严寒地区至热带地区均适用。l 可为办公楼、宾馆、医院、饭店、超市、幼儿园、别墅、居民小区等提供中央空调系统，并可同时提供生活热水。l 可为纺织、化工、食品、电子等行业提供工艺冷冻水运行可靠l 机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在

21、寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑了。l 机组主要零部件全部采用进口设备，维护简单，主机运行寿命可达25年以上。6、地（水）源热泵中央空调的市场前景1）. 本项目是一种利用低位能源（空气、土地、水、太阳能、工业废热等）代替一部分高位能源（煤、石油、电能等）以实现节能目的的高新技术，由于其所具备的高热能转换效率（1：4），无污染，运行成本低，便于物业管理，系统使用寿命长等特点，备受世界能源、环保组织和发达国家推崇，并被市场广泛接受，自八十年代以来，年增长率一直保持在20%以上。如美国，85年只有14000台水源热泵，99年末统计，已安装了400000台。水源热泵系统已占空调总保有量的2

22、0%，其中新建筑中占30%，这样将降低温室气体1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放，年节约能源费用达4.2亿美元，美国的水源热泵研究和应用偏重于住宅和商业小型系统（60KW以下），而中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家则偏重于大型机组。据99年统计，水源热泵在新建房屋中的利用率，瑞士为96%，意大利为38%，丹麦为27%。2）. 在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。中国经济在保持较高速度增长的同时,必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用率，要求能源结构调整。调整能源结构的方向就是从以煤为主转为以燃气、电为主。中国政府已于一九九七年与美国政府签订热泵技术引进协议；国

23、家建设部1999年提出在10年内建筑节能效率要在现有基础上提高50%；北京市政府已明令在四环以内，撤掉所有燃煤锅炉，在三年内改造1000万平方米建筑取暖方式，使用清洁能源，并在财政上予以扶持。 3）据调查统计，我国住宅空调安装率迅速增长。上海居民住宅空调拥有率已超过60%，北京34%，城镇居民拥有率20%，空调很可能成为冰箱、彩电后普及的又一种家电。这样，对于黄河、长江中下游地区的城市，住宅环境就不再仅仅是采暖问题，而是要满足统一考虑采暖和空调需求的综合性问题。为此，采用具有诸多优势的地（水）源热泵方式将成为这种需求最具竞争力的住宅供热空调方式。 4）自95年以来，经过5年的市场导入和近200个完工项目的示范效应，中国建筑热泵市场已经开始启动，据专家估计，该市场成长期的市场总值每年可实现50-100亿元，成熟期则可望达到500亿-800亿元。5）目前全国十几个省市有近20家企业在着手开发地（水）源热泵项目，但有产品和示范工程的企业却很少，国内大多数公司均是引进技术和零部件，组装生产。而地源热泵技术在国际上已有30多年的历史，技术非常成熟。外国公司在中国的推广已有多年，目前已有许多象征性的示范工程。