地源热泵空调系统可行性研究报告 128页

'X大学花溪校区扩建工程（二期）地源热泵空调系统可行性研究报告124 目录目录1第一章工程概况11.1引言11.2项目建设概况41.3项目区域气候分析81.4项目区域地质条件分析10第二章示范目标及主要内容122.1示范目标122.1.1实现“能源梯级利用、推行绿色建筑”目标122.1.2实现“南方部分地区集中供暖”目标142.1.3实现“提高师生工作学习的主观能动性”目标152.2主要示范内容162.2.1地源热泵集中空调系统162.2.2绿色校园162.2.3智能控制系统172.3可行性研究报告编制依据18第三章建筑围护结构及空调负荷计算203.1围护结构体系203.2负荷计算20第四章技术方案264.1技术设计方案确定264.1.1冷热源方案综述264.1.2冷热源方案初步对比及分析274.1.3冷热源方案的初步确定334.1.4典型建筑物不同空调系统全年负荷模拟344.2地源热泵系统可行性及合理性分析434.2.1地质条件434.2.2水文条件464.2.3气候条件464.2.4地下土壤换热能力测试474.3地源热泵空调系统冷热源设计方案484.3.1运行方式484.3.2区域供能规划494.3.31、2、3号能源站机组选择524.3.4管网设计524.4地源热泵地埋管系统的设计选择554.4.1埋管形式介绍554.4.2项目埋管方式的方案选择56124 4.4.3项目地埋管设计深度确定574.4.4地埋管换热器的设计584.4.5能源站地源热泵系统地埋管数量计算604.4.6打井区域规划614.5地源热泵系统热平衡分析及解决方案634.5.11号能源站地源热泵系统热平衡分析644.5.22号能源站地源热泵系统热平衡分析654.5.33号能源站地源热泵系统热平衡分析664.6地源热泵系统热平衡解决方案664.7常规空调系统冷热源设计方案674.8系统原理图684.9主要设备参数表68第五章系统能效分析及节能量计算695.1系统能效分析695.2节能量计算70第六章经济技术分析756.1地源热泵系统投资分析及增量成本计算756.1.11号能源站地源热泵空调系统成本分析756.1.22号能源站地源热泵空调系统成本分析766.1.33号能源站地源热泵空调系统成本分析786.1.41号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析796.1.52号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析816.1.63号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析836.1.51、2、3号能源站各系统投资成本分析846.2不同空调系统方案的运行费用对比846.2.1常规冷水机组+热水锅炉系统全年运行费用计算856.2.2地源热泵空调系统全年运行费用计算876.3投资方式分析896.3.1一次性投资896.4投资收益及回收期分析906.4.11号能源站投资收益及回收期分析906.4.22号能源站投资收益及回收期分析926.4.33号能源站投资收益及回收期分析93第七章进度计划与安排96第八章运行维护及检测预留方案968.1运行监测与节能控制968.1.1冷热源机组978.1.2负荷侧空调水系统978.1.3地埋管换热器系统978.2预留方案988.2.1冷热源部分998.2.2水泵部分99124 8.2.3水处理设备部分998.2.4水管路系统998.2.5生活热水系统1008.2.6错峰运行100第九章效益及风险分析1019.1环境影响分析1019.2项目推广前景分析1029.3风险分析1029.3.1地质情况及技术风险1029.3.2投资及成本风险1039.3.3其他风险1049.3.4保证项目成功运行的技术措施104第十章结论与建议11210.1结论11210.1.1地质条件及换热能力11210.1.2热平衡分析及解决方案11310.1.3方案选择11410.1.4方案经济性11410.1.5节能量11510.2建议116第十一章技术支持与证明材料11711.1技术支持11711.1.1项目执行单位11711.1.2技术合作单位介绍11911.2证明材料119124 第一章工程概况1.1引言面对全球日益严峻的能源和环境问题，开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的共同选择。上世纪七十年代石油危机以来，为保障能源安全，应对气候变化。可再生能源日益受到国际社会的重视。2008年以来的全球金融危机为可再生能源发展赋予了新的使命，进一步促进了可再生能源的发展。日本福岛核事故后，不少国家能源战略选择“弃核”或延缓核电建设，发展清洁能源和减少温室气体排放的任务更多地转向可再生能源。加快开发利用可再生能源已成为国际社会的共识和共同行动。可再生能源已成为能源发展的重要领域。目前，可再生能源已成为许多国家能源发展的重要领域，一些国家新增可再生能源发电装机占全部新增发电装机的三分之二以上。2010年全球可再生能源领域的投资超过2000亿美元，风电在欧盟新增发电装机中，已连续多年保持第一。德国实施2022年前不再使用核电的能源转型战略，通过大规模开发海上风电和加快建设分布式太阳能发电解决核电退出后的电力供应问题。2010年德国光伏发电新增装机740万千瓦，成为该国新增发电装机规模最大的电源。可再生能源已成为这些国家能源投资的重点领域。124 可再生能源已成为竞争激烈的战略性新兴产业。可再生能源开发利用产业链长，配套和支撑产业多，对经济发展的拉动作用显著，许多国家都投入大量资金支持可再生能源技术研发，抢占技术制高点。特别是在全球经济危机中，美欧日等发达国家和印度、巴西等发展中国家都把发展可再生能源作为刺激经济发展、走出经济危机的战略性新兴产业加以扶持，围绕可再生能源技术、产品的国际贸易纠纷不断加剧，市场竞争日益激烈。可再生能源发展水平将成为衡量国家未来发展竞争力的一个新的标志。可再生能源在未来能源中的地位日益明确。为实现能源转型，走低碳发展道路，许多国家制定了清晰的可再生能源发展战略。欧盟提出了到2020年可再生能源达到欧盟全部能源消费量20%的发展目标，其中德国、法国、英国的目标分别是18%、23%和15%。日本在福岛核事故后，提出2020年前可再生能源发电要满足20%电力需求的目标。丹麦还提出了到2050年完全摆脱对化石能源依赖的宏伟战略，英国也提出到2050年在1990年基础上二氧化碳减排80%的战略目标，确立了可再生能源在未来能源体系中的地位和作用。开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。当前，我国能源开发利用的环境污染问题突出，生态系统承载空间十分有限，依靠开采和使用化石能源难以持续。面对全球气候变化的严峻形势，我国已将大规模开发利用可再生能源作为应对气候变化的重大举措。我国已明确提出，到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40%～45%、非化石能源在能源消费中的比重达到15%，大力发展可再生能源是实现这一战略目标的主要措施。2012年12月12日，国务院常务会议讨论通过了《“十二五”124 循环经济发展规划》(以下简称《规划》)。《规划》明确了发展循环经济的主要目标、重点任务和保障措施。提出了构建循环型工业体系和农业体系，构建循环型服务业体系，以及开展循环经济示范行动等四个方面的要求。为新能源、化工、环保、新材料、有色金属等行业带来了发展机遇。其标志着新能源进入快速发展阶段。在《“十二五”循环经济发展规划》中，新能源利用主要体现在以下几个方面。（1）太阳能：我国支持可再生能源发展、启动光伏内需的态度已十分明确。太阳能行业“十二五”规划中确定到2015年太阳能装机达到21GW以上。并且其规划有可能被上调到更高的水平。（2）风能：从近期密集出台的政策来看，风电接入进入全面建设期的方向基本已经确立。（3）地热：目前使用浅层地热的埋管成本虽然比较高，但发展潜力很大；而利用污水、工业余热、地热井余热等其他方式的成本较低，实际需求正在快速放大。《“十二五”循环经济发展规划》明确指出到2015年，各类地热能开发利用总量达到1500万吨标准煤，其中，地热发电装机容量争取达到10万千瓦，浅层地温能建筑供热制冷面积达到5亿平方米。国家能源局〔2013〕48号文件指出应积极推广浅层地热能开发利用。在做好环境保护的前提下，促进浅层地热能的规模化应用。在资源条件适宜地区，优先发展再生水源热泵（含污水、工业废水等），积极发展土壤源、地表水源（含江、河、湖泊等）热泵，适度发展地下水源热泵，提高浅层地温能在城124 镇建筑用能中的比例。重点在地热能资源丰富、建筑利用条件优越、建筑用能需求旺盛的地区，规模化推广利用浅层地温能。鼓励具备应用条件的城镇新建建筑或既有建筑节能改造中，同步推广应用热泵系统，鼓励政府投资的公益性建筑及大型公共建筑优先采用热泵系统，鼓励既有燃煤、热水锅炉供热制冷等传统能源系统，改用热泵系统或与热泵系统复合应用。 文件还规定按照可再生能源有关政策，中央财政重点支持地热能资源勘查与评估、地热能供热制冷项目、发电和综合利用示范项目。按照可再生能源电价附加政策要求，对地热发电商业化运行项目给予电价补贴政策。通过合同能源管理实施的地热能利用项目，可按现行税收法律法规的有关规定享受相关税收优惠政策。利用地热能供暖制冷的项目运行电价参照居民用电价格执行。采用地热能供暖（制冷）的企业可参照清洁能源锅炉采暖价格收取采暖费。鼓励各省、区、市结合实际出台具体支持政策。目前，我国各类公共建筑、居住建筑及别墅在工程设计及建设中，利用地源热泵技术来满足人员热舒适性要求的情况越来越多，起到了良好的示范效应。采用地源热泵技术，合理开发利用浅层地热资源，能有效降低建筑能耗、减少CO2排放和空气污染。随着国家《“十二五”循环经济发展规划》的出台，地源热泵技术应用将会得到大力的推广，推上一个新的高潮。1.2项目建设概况本工程为X省X大学花溪校区扩建工程（二期），项目位于贵阳市花溪区内。花溪新校区将作为X大学主校区，以建设现代化、园林化、数字化、高品位的绿色校园为总体目标，实现2015年集中办学的目标，建设布局合理、功能完善、节能高效、生态环保的高校校园，打造国际化、信息化、生态化、人文化、特色化的开放性大学。X大学花溪校区扩建工程（二期）占地规划面积1359334㎡。总建筑面积779730㎡，其中地上规划建筑面积699730㎡，容积率0.95，124 绿地率42.5%。建成后可容纳19000余名师生。本次可研报告的研究范围为校内的公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲区内的建筑。项目具体方案规划及布置情况，详见图1.2.1～1.2.3。图1.2.1X大学花溪校区扩建工程（二期）鸟瞰图124 图1.2.2X大学花溪校区扩建工程（二期）功能分区图图1.2.3X大学花溪校区扩建工程（二期）结构分析图根据业主提供的建筑施工图纸，校区内建筑面积（不含地下）、空调面积、宿舍人数统计如表1.1.1所示。124 表1.1.1各栋建筑面积与空调面积一览表单体名称地上层数建筑面积（㎡）空调面积（㎡）公共教学楼5F3461018511公共实验楼5F1327010689农学院5F3371018844动物学院林学院5F3970022986食品工程与白酒酿造学院生命科学学院天文学院省级重点实验室10F4038027800创业产业园森林资源与环境研究中心国际学术交流中心10F3800020184高端培训中心继续教育中心药学院5F3400014910医学院电子信息学院体育馆3F1868010697风雨操场校行政中心10F3627015181X特色研究院喀斯特地质研究博物馆西部少数名族研究博物馆中国酒文化博物馆自然工业博物馆研究生院5F118106058国际教育学院校史馆、档案馆5F170006892文化书院阳明文化书院旅游与文化产业学院5F165609930公共管理学院124 文科大楼5F2300016116经济学院学生社团文化中心5F150004110职工及离退休活动中心生活配套用房6F78424193总计3798322070101.3项目区域气候分析贵阳是低纬度高海拔的高原地区，市中心位于东经106度27分，北纬26度44分附近，海拔高度为1100米左右，处于费德尔环流圈，常年受西风带控制，属于亚热带湿润温和型气候，兼有高原性和季风性气候特点，年平均总降水量为1129.5毫米。贵阳市年平均气温为15.3℃，年极端最高温度为35.1℃，年极端最低温度为-7.3℃。其中，最热的七月下旬，平均气温为24℃，最冷的一月上旬，平均气温为4.6℃，年平均相对湿度为77%，气象资料如图1.3.1-1.3.6所示。图1.3.1贵阳市全年干球温度统计图124 图1.3.2贵阳市全年各月平均温度统计图图1.3.3贵阳市最热月温度曲线图图1.3.4贵阳市最冷月温度曲线图124 图1.3.5贵阳市全年温度分布统计图贵阳市年平均阴天日数为235.1天，年平均日照时数为1148.3小时，年降雪日数少，平均仅为11.3天。X省太阳能辐射量属于我国第五类地区，年日数为1000-1400h，辐射量在3344-4190MJ/(㎡.a)，太阳能较为贫乏，但年日照分布相对均匀，其中700W/㎡分布的时间段最广，这对过渡季节地温的恢复的有良好的帮助作用，如图1.3.6所示。图1.3.6贵阳市全年太阳辐射强度统计图1.4项目区域地质条件分析拟建X大学花溪校园扩建工程（二期）位于贵阳市花溪区X大学北校区西侧，花石路北侧，溪北路北东侧，甲秀南路西侧，124 距离贵阳市中心距离12Km，场区属典型的中低山溶蚀、浸蚀地貌区，地形较缓，区域性贵阳向斜西翼，根据调查场区内及附近无活断层通过，地层分布连续，为三叠系下统安顺组（T1a）白云岩，岩层单斜产出，实测产状为倾向92°，倾角36°。贵阳市年地表温度与日照关系密切，如图1.4.1所示。地表面0.5米处，最冷月土壤温度为2月份，温度为7.2℃，最热月地表温度为8月份，为23.79℃。0.5米处土壤温度与与贵阳的月平均温度起伏状况相符合，冬季土壤0.5米处温度略高于当月月干球温度2℃左右。夏季0.5米处土壤温度与当月干球温度偏差为1℃左右，而土壤2米以及4米处温度，出现温度变化曲率更小，与当月平均干球温度的温度差值更加明显，冬季达到3℃，夏季为4℃。当土壤深度仅为0.5米的时候，最冷月平均温度由2月的7.2℃推移到3月的8.52℃，比当月干球平均温度高了2℃，而最热月平均温度由7月份推移到8月份，为23.79℃，比当月干球温度低了1℃。当土壤深度为4米的时候，最低温平均温度移动到3月份的11.28℃，比当月平均干球温度高了1℃，而最热月平均温度则移动到9月份，为19.67℃，比当月平均干球低了4℃，最低与最高的月平均温度分别推迟了一个月。因此，在环境干球温度最低需要供暖时，地下温度则处于较高温度；当环境干球温度最高时，人们的生活环境需要降温时，地下温度则处于较低的状态，这对空气调节是非常有利的，也适合于开展浅层地热利用。124 图1.4.1贵阳市地表月平均温度统计图图1.4.2贵阳市地表下4米温度与月干球温度对比第二章示范目标及主要内容2.1示范目标针对校区内公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲区建筑的实际工程条件和特点，结合地源热泵空调系统的设计要求，按照相关现行标准、规范，选择高效节能设备，优化系统，最终实现以下示范目标：2.1.1实现“能源梯级利用、推行绿色建筑”目标124 地源热泵是以浅层地能作为夏季热泵制冷的冷却源，冬季采暖的低温热源，实现采暖、制冷和提供生活热水的热泵系统。它是一种节能、环保、高效的能源梯级利用技术，充分发挥了浅层岩体的储冷储热作用，实现对建筑物的供暖、制冷和生活热水，是一种典型的绿色能源应用技术。地源热泵系统在工作运行中无任何污染，可建造在校园内，无燃烧，无排烟；无废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且无需远距离输送热量，不会直接产生CO2、SO2等污染物。它能充分利用环境中的自然资源，且不破坏环境的基本生态平衡，从而最大限度地节约能源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的能源使用方式，充分体现了向大自然的索取和回报之间的平衡。本项目拟采用三套地源热泵空调系统，最终可实现以下能源利用和节能减排目标：1号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤196吨/年，减少CO2排放516吨/年，减少SO2排放1.67吨/年，减少NO2排放1.45吨/年，节省自来水5097吨/年。节约一次能为0.56×1010kJ，一次能节能率达到56.1%。2号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤566吨/年，减少CO2排放1488吨/年，减少SO2排放4.82吨/年，减少NO2排放4.19吨/年，节省自来水20488吨/年。节约一次能为0.17×1011kJ，一次能节能率达到55.0%。3号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤424吨/年，减少CO2排放1114吨/年，减少SO2排放3.61吨/年，减少NO2排放3.14吨/年，节省自来水16385吨/年。节约一次能为0.12×1011kJ，一次能节能率达到52.7%。124 2.1.2实现“南方部分地区集中供暖”目标2012年3月5日召开的全国两会期间，驻川全国政协委员张晓梅在《将北方集中公共供暖延伸到南方》提案中指出，传统的“秦岭－淮河”供暖线已经过时，南方冬季的阴冷天气远比北方难熬，而且近年来南方地区屡遭“冷冬”，应将公共供暖延伸到南方。“由于南方雨水偏多，湿度大，有时看似只有0℃上下的气温实际上远比北方干冷的零下5℃，甚至零下10℃都奇冷难熬。”张晓梅说：“因为没有公共供暖设施，南方的冬天其实比北方还难过，加上南方阴冷潮湿，很容易得关节炎和风湿病等地区病”。近些年来，我国南方地区数度“冷冬”。而目前，南方城市一般使用分体式空调和电暖器来度过寒冬，这种分户方式不仅浪费资源，不利于节能减排，加重百姓经济负担，还存在安全隐患。鉴于此，张晓梅建议，对南方地区提供集中供暖，由国、省两级按重点工程项目金额投入建设资金，并将城乡居民供暖补贴纳入财政预算。长江流域的江、浙、沪、鄂、皖、赣、黔、滇、渝、川及相邻区域人口有四五亿之众，国民生产总值占全国的2/5强，若能下决心实行冬季区域集中供暖，不但能提高广大南方地区百姓的生活品质和幸福感，还可以拉动内需，因为供热服务市场潜藏着巨大的商机。X大学花溪校区扩建工程（二期）大面积实施南方公共建筑集中空调制冷、供暖技术，既满足了室内的热、湿环境要求，又能最大程度的降低空调系统的能耗，还保证了室内空调供冷（热）的平稳、可靠，保证人员的热舒适要求。同时，这无疑积极响应了国家《“十二五”循环经济发展规划》中的提高能源利用效率的目标，并且率先对“124 实现南方部分地区集中供暖”起到良好的示范作用。2.1.3实现“提高师生工作学习的主观能动性”目标《师说》中：“师者，所以传道授业解惑也。”自古而今，教师是塑造年青一代灵魂的工程师，教师不仅向学生传授文化知识。而且要对学生进行思想品德教育，塑造年青一代美好的心灵。教师的思想品德和世界观通过具体的教学教育工作影响学生，从而造就出掌握一定文化，具备一定道德品质和精神面貌的社会成员。在新时代环境下，教师在教书育人的同时，所要面对的种种生活压力及社会压力也越来越多。而在教师所从事的教育活动以及教师个人的所有物质生活和精神生活，都不可能脱离社会日常生活，也就是说，教师生活中遇到的种种因素都会潜移默化的最终给学生带来影响。那么，改善教师的工作和生活条件，也就显得尤为重要，它是党在十八大中提出关于“努力办好人民满意的教育”的重要体现。随着当代社会竞争越发的激烈，大学生的就业压力越来越大，为了适应社会的需求，把自己变成全能型人才，很多人从踏入大学校门开始就学习各种课程，参加其它培训，考取有用的资格证书来应对就业问题。良好的生活条件是师生专心投入到工作和学习的坚强后盾，良好的生活条件可以增加教师从事教育工作的幸福感、增强学生自主学习的主观能动性。X大学花溪校区公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲区124 域等建筑拟采用地源热泵集中空调系统。学校在实现能源梯级利用，积极推进绿色建筑建设及应用的同时，又最大程度的以人为本，处处为学校师生考虑，必将大大改善师生的工作和学习环境，大大提高教师们教书育人、学生的主观能动性，加快实现加强和稳固教师队伍建设的目标。2.2主要示范内容2.2.1地源热泵集中空调系统地源热泵机组利用的土壤或水体温度冬季一般为10-16℃，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18-28℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使用冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，节能率可达30%以上。投入1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。随着空调技术的发展，地源热泵集中空调系统主机依据系统负荷变动自动电控调节技术也越来越成熟，能效控制系统越发成熟起来，这也就给校区采用地源热泵空调系统带来了可能。校区集中供热供冷空调系统有以下优点：（1）室内热舒适好，且风机盘管噪声低；（2）地源热泵机组的使用寿命要远大于常规空调系统；（3）不产生噪声，无废热（冷）气，无污染物；2.2.2绿色校园X大学花溪校区扩建工程（二期）的建立，将为X大学带来新的发展契机，X大学坚持走可持续发展道路，建设绿色校园。绿色校园的指标体系由可持续发展场地、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境与环境污染控制、运行管理、教育推广七类组成。绿色建筑作为绿色校园的主要构成，因为其带来的节能、环保、健康、舒适的居住感受，被我国作为未来建筑产业的发展方向，评选标准非常严格。124 X大学花溪校区的公共教学楼、行政中心、活动中心、学生宿舍等建筑拟采用地源热泵集中空调系统，从各方面来讲，完全符合绿色校园相关标准要求：（1）由于地源热泵集中空调系统冷热源机房位于建筑物地下车库设备用房内，对校园声环境影响极小，而末端风机盘管在教室内几乎不产生噪声，这就完全保证了在空调使用季节，校区内没有了传统分体式空调室外机带来的噪声影响，完全满足了绿色校园的声环境要求；（2）该空调系统，在夏（冬）季空调系统产生的废热（冷）全部转移到了地下，对校园内的空气环境完全没有任何影响，从而带来更加环保、健康、舒适的居住感受；（3）该空调系统不破坏建筑立面，同时还给建筑立面绿化提供了更多的空间，这就为校区的生态绿化环境提供了更多的可能；（4）该空调系统能效比很高，是一种典型的绿色能源应用技术，它能充分利用环境中的自然资源，并且不破坏环境的基本生态平衡，从而最大限度地节约能源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的能源使用方式，充分体现了向大自然的索取和回报之间的平衡。（5）由于该空调系统是环保、高效、舒适的系统，在校园内大面积的应用，有着积极的推广作用，让广大师生在舒适的环境中认识到节能减排的重要性。2.2.3智能控制系统124 随着师生的节能意识日益提高，用户对用热（冷）个性化和提高舒适性的要求越来越迫切。在传统供热（冷）系统中，用户处于被动状态，室内温度由供热（冷）单位进行调节，这种单一调节不能满足用户的不同需要，而且对能源存在巨大的浪费。本项目拟采用空调能效管理控制系统。系统是集数据采集、数据记录、系统控制、远程通信为一体的智能控制系统。既能实现中央空调主机、辅机、末端设备的能效提升，又能实现全系统的智能优化控制（包括监控、群控、自动控制等），同时具有强大的数据采集、统计、分析、报表和辅助决策等功能。通过配置不同的控制软件可实现对地源热泵空调系统的控制，也可按用户设置的数据需要，调整末端设备参数，组成新的节能控制系统。智能控制系统采用功能强大的中央处理器作为系统控制核心，使系统在处理大量数据及复杂控制运算中轻松自如；具有优良的控制调节功能、较强的扩展能力、监控管理能力和对各类机组的兼容性。2.3可行性研究报告编制依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012《X省居住建筑节能设计标准》DBJ52/49-2008《X省绿色建筑示范项目管理暂行办法》《X大学地源热泵空调系统试验井测试报告》《通风与空调工程质量检验评定标准》GBJ304-88《水源热泵机组》GB/T19409-2003《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009《埋地聚乙烯给水管道工程技术规范》CJJ101《建筑给排水设计规范》GB50015-2009124 《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005《民用建筑热工设计规范》GB50176-93124 第三章建筑围护结构及空调负荷计算3.1围护结构体系校区内主要建筑物为公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲楼等建筑。其中公共教学楼与学生宿舍楼所占建筑面积最大，校园内房间的使用类型也主要集中为教室、宿舍、办公室。本次负荷计算主要对校区内的教学楼、宿舍楼、行政中心及博物馆进行逐时负荷计算。根据业主提供的公共教学楼、行政中心以及博物馆的建筑图纸及节能计算书，对项目建筑进行逐时负荷计算。项目主要建筑围护结构表如下：表3.1.1公共教学楼、行政中心及博物馆负荷计算用主要围护结构性能参数建筑名称结构形式体形系数屋顶构造屋顶构造性能参数外墙构造外墙构造性能参数公共教学楼、行政中心钢筋混泥土框架0.19现浇钢筋混凝土板+水泥砂浆+加气混凝土+加气混凝土预制块找坡+混合砂浆传热系数0.66水泥砂浆外抹灰，面刷外墙漆+加气混凝土块+水泥砂浆外抹灰传热系数0.69建筑名称结构形式体形系数架空楼板构造架空楼板构造性能参数外窗构造外窗构造性能参数公共教学楼、行政中心钢筋混泥土框架0.19混凝土切块+1：2.5水泥砂浆结合层+防水层+水泥砂浆找平+发泡混凝土填充+钢筋混凝土屋面板传热系数0.656+9A+680塑料单矿中空白色玻璃窗传热系数3.33.2负荷计算根据本项目业主的要求和建筑使用特点，结合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中的相关要求，室内各区的空调设计参数如表3.2.1所示：124 表3.2.1空调室内设计参数汇总表房间类型夏季冬季新风标准空气温度℃相对湿度%空气温度℃相对湿度%M³/(h.人）办公室265518≥3030教室265518≥3024自习室266018≥3024多功能厅266018≥3015会议室265518≥3030学习室266018≥3030综合实验室265518≥3030微机室266018≥3024餐厅266018≥3015展厅266018≥3025大厅266018≥3010走道166018≥3010本项目空调负荷计算取定的室外气象参数如表3.2.2所示：表3.2.2室外气象参数汇总表序号名称单位数量备注1项目所在城市贵阳市2本地区气象台位置北纬(0)26°58′东经（0）106°73′海拔m1071.03室外计算温度采暖0C-0.3通风冬季5夏季27.1空调冬季-2.5室外计算干球温度夏季30.1124 4夏季空调室外计算湿球温度0C235室外计算相对湿度冬季空调%80夏季通风646室外计算风速冬季平均m/s2.3夏季平均2.1根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012，对该项目各个空调房间进行空调逐时负荷计算。公共教学楼、行政中心及博物馆使用时间为8:00-20:00，时间指派明细如图3.2.1所示。现以公共教学楼、行政中心及博物馆作为计算典型，得出各建筑时间指派明细与负荷曲线如图3.2.2-3.2.3所示：图3.2.1公共教学楼、行政中心及博物馆时间指派明细124 图3.2.2公共教学楼总负荷曲线图图3.2.3行政中心和博物馆总负荷曲线图由上图可知，公共教学楼、行政中心及博物馆夏季的最大冷负荷时刻出现在16:00，负荷峰值段主要集中时间段为14:00-17:00，且负荷相变化幅度不大。经计算各栋建筑物空调负荷统计表如3.2.3所示。表3.2.3建筑物冷负荷计算表建筑单体空调面积（㎡）总冷负荷含新风（KW)总热负荷含新风(KW)冷指标（W/㎡）热指标（W/㎡）公共教学楼18511162916528889行政中心及博物馆15181100213216687（备注：建筑物各房间空调冷热负荷表详见负荷计算书）124 校区内建筑类型主要集中为学生宿舍和公共教学楼。校史馆和博物馆相似，所以对其他类似的建筑采用表3.2.4所计算出得负荷指标进行负荷估算，各栋楼的主要负荷计算结果详见表3.2.4所示。表3.2.4校区内建筑物冷热负荷计算表建筑名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（W/㎡）总冷负荷（KW)总热负荷（KW)公共教学楼18511888916291652公共实验楼106898889941951农学院18844888916581677动物学院8889林学院22986888920232046食品工程与白酒酿造学院8889生命科学学院8889天文学院8889省级重点实验室27800888924462474创业产业园8889森林资源与环境研究中心8889国际学术交流中心20184888917761796高端培训中心8889继续教育中心8889药学院14910888913121327医学院8889电子信息学院8889体育馆106978889941952风雨操场8889校行政中心15181668710021321X特色研究院6687喀斯特地质研究博物馆6687西部少数名族研究博物馆6687中国酒文化博物馆6687自然工业博物馆6687研究生院60588889533539国际教育学院8889校史馆、档案馆68926687455600124 文化书院6687阳明文化书院6687旅游与文化产业学院99308889874973公共管理学院8889文科大楼16116888914181579经济学院8889学生社团文化中心41108889362403职工及离退休活动中心8889生活配套用房41938889369373总计2071011773918664通过上面表格中可以看出：校区内建筑总冷负荷为17739KW，总热负荷为18664KW，夏季总冷负荷大于冬季总热负荷。124 第四章技术方案4.1技术设计方案确定4.1.1冷热源方案综述随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对居住场所热环境的要求也越来越高，这就促使人们不断利用和改进相关设备来改善居室内的热环境，增强室内环境的舒适性。按X建筑热工设计分区标准来看，贵阳市建筑气候分区为夏热冬冷地区（详DBJ52-49-2008X省地方标准），从贵阳市的气候特征来看，建筑能耗主要由冬季采暖和除湿产生，贵阳市地区冬季多阴雨天，“阴冷感”严重，冬季室内热环境舒适水平相当低，如果没有采暖设备，人们普遍感到难以忍受，严重影响了人们的正常工作与生活。作为新建设的大学校园，在遵循建设的总体原则和达到建设人性化校园、低碳生态校园的建设目标前提条件下，应该考虑到校园建筑的在使用过程中人体热舒适情况，即尽可能采用合适的冬季采暖及夏季空气调节方式，为师生提供良好的学习工作环境，满足人体热舒适性要求。本地区并不是传统的集中采暖地区，目前没有集中热源可用，又由于冬季日照较少，太阳能采暖在该区不适用。传统的冷水机组+热水锅炉系统是成熟的供冷供热技术，但其受能源（特别是一次性能源）与环保条件的限制，且运行费用较高，传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约。从降低运行费用、节省能源、减少CO2124 等对环境造成影响的物质排放量来看，热泵技术是不错的选择。目前国内外正逐渐采用热泵技术实现建筑的供热及制冷。热泵空调技术一般分为地埋管热泵空调系统、污水源热泵空调系统、水源热泵空调系统、空气源热泵空调系统等。根据实地勘察，本项目不具备使用水源热泵空调系统的条件，而空气源热泵与地源热泵空调系统相比较，空气源热泵系统受环境影响较大，当夏季室外高温天气及冬季室外寒冷天气时严重影响空气源热泵系统的效率及实际运行效果，在出现冻雨等极端气候条件下甚至不能正常使用。针对该项目的空调冷热源，初步分析可采用3种形式，分别为：（1）VRV空调系统（空气源热泵形式之一）；（2）常规水冷机组+热水锅炉空调系统；（3）地源热泵空调系统；4.1.2冷热源方案初步对比及分析（1）VRV空调系统（空气源热泵形式之一）：VRV空调系统：VRV系统由室外机、室内机和冷媒配管三部分组成。一台室外机通过冷媒配管连接到多台室内机，根据室内机电脑板反馈的信号，控制其向内机输送的制冷剂流量和状态，从而实现不同空间的冷热输出要求。空调室内机有壁挂式、立柜式、吊顶式、嵌入式。VRV空调系统具有如下几个优点：外形美观、式样多、占地小、噪声低、使用灵活；由于分成室内机和室外机，室内机安装位置灵活，可以由一个室外机带多个室内机使用。室外机的外形尺寸不受限制；噪声很小，可以低于40～50dB；分体式空调器不影响室内采光，安装检修方便；经济、实用、耐用。其主要缺点是：1）124 运行能耗高；室外机一般布置在屋顶或者阳台上，布置在屋顶排风顺畅但是进风曲折，布置在阳台上进风顺畅但是排风曲折；制冷、供暖实际能效受外界环境温度影响较大；在夏季室外环境温度很高时，很难把室内热空气排向室外，房间制冷效果很差；冬季室外环境温度很低时，供暖会有结霜现象，供暖效果也很差。人们对空气源热泵空调有个形象的比喻：“夏季不制冷，冬季不供暖”；1）VRV空调系统制冷冷媒用量巨大，所有服役制冷机器的制冷剂最终都是要排放到空气中也存在着较高的温室气体效应；VRV系统不但存在制冷冷媒用量巨大的问题，而且制冷剂在制冷空间（多数在吊顶里面，还有穿越墙体的管道）泄露不易检测，难以维修，初始安装也极其不便；2）在冬季室外空气温度较低时，机组供暖运行需要配置辅助加热设备；3）由于空气能是分散能源，供暖速度慢，热效率不是很高。（2）常规水冷机组+热水锅炉空调系统：水冷冷水机组+热水锅炉系统是公共建筑较常用的一种系统，其空调系统流程示意图如图4.1.1所示。124 图4.1.1常规冷水机组+热水锅炉空调系统流程图水冷冷水机组+热水锅炉系统空调方式，主要分为两个水环路，一个是冷水机组制冷产生冷冻水，由冷冻水泵送至分水器，再由分水器分成几个支路，最后进入末端装置，冷冻水吸热后进入集水器，最后再进入冷水机组，形成冷冻水循环环路。冷水机组产生的热量则由冷却水经过冷却水泵送入冷却塔散发到室外，经冷却后的冷却水又进入冷水机组吸收热量，形成冷却水循环环路。供热系统的管路和末端跟制冷系统是完全一样的，所不同的是热量完全由热水锅炉供给。其优点是：1）采用此种集中空调系统简单，投资相对较小，实际应用中较为常用；2）采用水冷式冷水机组，因此COP值较高。其缺点是：124 1）需设置冷却塔来提供机组所需的冷却水，室内热量以水为媒介经冷却塔直接排放到空气中去，存在噪音、霉菌污染及水耗；2）供暖系统需增设锅炉，其为燃烧过程，易于产生破坏环境的CO2、CO、SO2、粉尘等有害气体，为破坏环境的用能方式。（3）地源热泵空调系统：地源热泵空调系统是通过地埋管换热器，间接的完成空调系统与土壤的冷热交换，以土壤作为系统的热源和冷源，机组为地源热泵机组，属于可再生能源方案。地源热泵机组是经过冷却水循环系统将冷热量通过地埋管换热系统转移到地下，最终的冷热交换是在室内空气和室外土壤间进行。制冷模式：在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管以冷风形式为房间供冷。图4.1.2地源热泵供冷原理示图124 供暖模式：在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以热风的形式向室内供暖。图4.1.3地源热泵供热原理示意图地源热泵系统实际上是指通过将传统的空调的冷凝器或蒸发器延伸至地下，使其与浅层岩土或地下水进行热交换，或是通过中间介质（如防冻液）作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过在浅层岩土中循环流动，从而实现利用低温位浅层地能对建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源利用技术。其空调系统流程示意图如图4.1.4所示：124 图4.1.4地源热泵空调系统流程图该技术可以充分发挥浅层地表得储能储热作用，达到环保、节能双重功效，具有如下优点:1）属可再生能源利用技术地源热泵不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层并类似于一种无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式；2）属经济有效的节能技术地源热泵比传统空调系统节能率要高30%以上，运行费用较低。3）运行稳定可靠正是由于地层温度一年四季相对稳定，其温度的波动范围远远小于空气，是很好的冷热源；同时由于温度的恒定性，使得系统运行更加可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性；4）环境效益显著124 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其他节能措施节能减排量会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，无燃烧，无排烟；也无废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，不会直接产生CO2、SO2等污染物；5）舒适程度高由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适应供冷、供热负荷的分区；其缺点是：该项目采用地源热泵冷热源系统造价高，需较大的地埋管区域，且施工复杂，系统运行后可能存在冷热不平衡现象等。4.1.3冷热源方案的初步确定通过分析得出，各冷热源方案的对比分析结果如表4.1.1所示。表4.1.1各冷热源方案对比表方案名称优点缺点初投资可行性方案一VRV空调系统系统较小，可分楼层或楼栋设置，占地面积小，控制简单。系统对管材材质、工艺等要求高，初投资较高，能效比低，冬季供暖存在化霜过程。系统不属于集中供能，整个校区全部采用造价巨大。非常高不可行方案二系统简单，投资相对较小。低可行124 常规水冷机组+热水锅炉空调系统噪音大，运行费用高，耗能高，对环境会造成污染。方案三地源热泵空调系统系统能效高，能耗低，节能环保。造价高，施工复杂；冷热不平衡现象。高可行考虑校区内公共建筑需要使用空调系统，VRV系统根据自身运行特点，需要每栋楼设置多套系统，造成大量能源浪费，无法达到绿色校园节能的原始需求，且必然造成整个校区空调系统总投资远超其他空调系统，所以本项目可以放弃此系统。通过对表中各个冷热源方案进行深入分析及考虑，为了保证系统运行的节能性、可靠性，项目分别针对方案二、三进行初投资分析、运行费用对比及节能性分析，其详见5、6章节。最终确定：X大学花溪校区扩建工程（二期）采用地源热泵空调系统来满足学院内建筑物的冬夏季空调负荷要求，并考虑在通过太阳能辅助加热系统对整个项目区域的地埋管系统进行热补充（热储存）。4.1.4典型建筑物不同空调系统全年负荷模拟（1）典型建筑模拟背景本次选取的模拟建筑物为公共教学区域的公共实验楼，该楼房间类型主要集中为教室，使用类型单一，位于校区中心，外围无大面积遮挡，地势平坦。建筑物建成后周围为绿色草坪以及低矮植物，本次模拟建筑公共实验楼不同朝向的典型教室。如图4.1.5所示。124 公共实验楼图4.1.5公共实验楼地理位置图（2）软件介绍鸿业全年负荷计算以及能耗分析软件HY-EP，以Energyplus为模拟引擎，计算建筑全年动态负荷计算以及能耗分析，可以选取不同的空调系统进行全年的能耗模拟，采用导向模式，通过组合，建立常见空调系统，绘制系统图，用于优化方案设计，打造绿色节能建筑。（3）模型建立本次模拟的建筑物公共实验楼，共5层，层高3.9米，坡屋顶，体系系数0.13，房间全部为外区房间，建筑模型建立如图4.1.6-4.1.8所示。典型房间为5楼各朝向的宿舍，房间面积总计487㎡。房间围护参数和室内设计参数如表4.1.2-4.1.5所示。表4.1.2公共实验楼维护结构热工参数维护结构热工参数类别方案传热系数（W/㎡.k)124 外墙水泥砂浆外抹灰，面刷外墙漆+加气混凝土块+水泥砂浆外抹灰）0.69屋顶现浇钢筋混凝土板+水泥砂浆+加气混凝土+加气混凝土预制块找坡+混合砂浆0.66外窗6+9A+680塑料单矿中空白色玻璃窗3.30表4.1.3公共实验楼房间设计参数房间类型夏季冬季新风标准噪音空气温度℃相对湿度%空气温度℃相对湿度%M³/(h.人）dB（A）教室2640-6018≥302440表4.1.4公共实验楼房间设计参数房间类型人员密度（人/㎡）设备产热（W/㎡）灯光产热（W/㎡）教室0.51311表4.1.55-1#公共教学楼窗强面积比朝向窗墙面积比外窗总面积（㎡）东0.17462南0.14258西0.15411.6北0.14218.4124 图4.1.6公共实验楼模拟建筑模型图图4.1.7公共实验楼5楼模拟建筑模型图124 图4.1.8公共实验楼典型教室建筑平面图公共实验楼使用时间段为8：00-20：00，全年负荷模拟过程中，系统运行效率控制明细如图4.1.9所示。图4.1.9公共实验楼统运行效率控制明细空调系统为电制冷系统+锅炉系统和地源热泵空调系统，地源热泵空调系统地下井换热量设置为冬季5.24KW/100m，夏季换热量为6.60KW/100m。124 电制冷+燃气锅炉系统图地源热泵空调系统图(4)模拟分析模拟系统选取了2种空调系统，电制冷+锅炉系统和地源热泵空调系统，水泵均选取一次泵定流量系统，冷却水泵为定频水泵，末端为新风+风机盘管。气象模拟地点为X省贵阳市，房间进行全年负荷计算，系统进行全年能耗运行模拟。本次模拟的计算内容为全年逐时负荷，2种系统的全年逐时能耗，能耗对比。计算结果如图4.1.10-4.1.17所示。图4.1.10典型教室各月冷、热负荷图124 图4.1.11典型教室全年冷、热负荷图通过图4.1.10-4.1.11可以看出贵阳主要负荷集中表现为热负荷，冷负荷低于热负荷。建筑冬季的热负荷时期较为漫长，在3个月左右。进一步说明贵阳属于夏热冬冷地区。考虑本项目夏季冷负荷小于冬季热负荷，所以本项目设备的选型以冬季热负荷为选型依据。图4.1.12电制冷+燃气锅炉系统全年电能耗图图4.1.13电制冷+燃气锅炉系统全年天然气能耗图通过图4.1.12124 -4.1.13可以看出，常规水冷机组+热水锅炉在制冷与采暖季节，能耗主要的比重为机组，其次是室内设备。夏天制冷季节耗电量6至8月份较为突出，系统能耗明显高于其他系统。冬季采暖季节11月至2月，1月份锅炉能耗最高。图4.1.14地源热泵空调系统全年电能耗图通过图4.1.14可以看出地源热泵空调系统的全年系统运行时间与常规系统时间一致的情况下，系统夏季机组能耗明显低于常规水冷机组，水泵耗能也低于常规机组，而冬季地源热泵空调系统能耗主要为电能，不会产生废气，也低于锅炉系统能耗（燃气换算为电能）。只是冬季地源热泵系统的水泵耗电量高于常规电制冷机组的水泵耗电量。图4.1.15能耗结构对比图124 图4.1.16系统能耗逐月对比图图4.1.17总能耗对比图通过图4.1.15至4.1.17可以看出，本次模拟的建筑物地源热泵空调系统运行的季节能耗比常规机组节能40%以上，室内设备以及照明设备能耗一致。（5)模拟结果124 本次模拟过程模拟了公共实验楼的典型房间不同朝向的全年逐时负荷以及电制冷+燃气锅炉系统和地源热泵空调系统的全年运行能耗。结果显示全年热负荷大于冷负荷，11月份到2月份的热负荷集中出现，6月份到9月份冷负荷集中出现，考虑学校的放假时间段为暑假7月份下旬到9月份中旬，寒假1月份中旬到2月份中旬。所以建议业主应将夏季空调系统的运行时间定为6月15日到7月25日，时间为40天。冬季采暖时间为11月15日到2月28日，时间为75天。地源热泵空调系统在相同条件下，比常规电制冷+燃气锅炉系统夏季每个月节能10%以上，冬季采暖每个月节能40%以上，年节能率30%以上。本次模拟机组能效比满足《公共建筑节能设计标准》（GB-50189)以及《X省居住建筑节能标准》DBJ52/49-2008。机组运行效率达到《绿色校园评价标准》CSUS/GBC04-2013中对节能与能源利用的控制项。4.2地源热泵系统可行性及合理性分析4.2.1地质条件工程场地的资源条件是否允许使用，是应用地源热泵空调系统的基础。根据实际工程施工经验，地源热泵空调系统的打井区域与地质条件有密切关系，地源热泵的打井区域应尽量避开场地内的树木、植被、池汤、排水沟、架空输电线、电信电缆等区域，同时应满足放置和操作施工机器的需要。结合校区内的管网综合规划图，本次打井区域宜设置在校区内的运动场、绿化地及广场内，地埋管主管网沿着校园主干网敷设，如图4.2.1所示。124 打井区域五打井区域四打井区域三打井区域二打井区域一图4.2.1打井区域示意图根据业主提供的校区地勘资料显示五个打井区域内无活动性断层，区域定性好，无液化土、滑坡、崩塌、泥流。根据《中国地震动参数区划图》，校区所在区地震动反应谱特征周期0.35s，地震动峰值加速度0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性较好。五个打井区域内地质情况根据地质调查及钻探揭露，该场地地层自上而下依次为：第四系耕表土（Qpd）、第四系坡残积红粘土（Qel+dl）及三叠系下统安顺组基岩（T1a）。各岩土单元构成、性质及其均匀性分述如下：1、耕表土（Qpd）：褐黑色，褐黄色，土质较软，含有植物根系，B5栋宿舍场地内局部分布，平均厚度在0.5m左右；124 2、红粘土（Qel+dl）：黄褐色，土质较均匀，局部含有少量的风化石颗粒，呈块状构造，根据红粘土稠度状态从上至下分为:可塑及软塑状态。（1）可塑状红粘土：褐黄色，土质较均匀，B5栋宿舍场地分布较均匀，厚0.4～10ｍ，平均厚度4.7m；（2）软塑状红粘土：褐黄色，土质较均匀，主要分布在基岩表面及岩溶裂隙中，厚度变化大，B5栋宿舍场地分局部分布，厚2.9～8.1ｍ，平均厚度5.2m；3、三叠系下统安顺组基岩（T1a）：岩性为白云岩，灰色、灰黄色，薄至中厚层状，细晶致密结构，节理裂隙较发育，据其风化状态分为强风化-中风化；（1）强风化白云岩：灰、灰白色，分布于岩体表层，分布不均且厚度变化大，风化强烈，岩芯多呈砂状、碎块状、土夹石状，岩芯采取率低，易钻进，岩体完整程度属破碎岩体，岩体基本质量等级为Ⅴ类；（2）中风化白云岩：灰色、深灰色，是场地基岩的主体，薄-中厚层状，中晶致密结构，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯以柱状、短柱状为主，少量碎块状、砂状，属较破碎较硬岩，基本质量等级属Ⅳ类；打井区域内岩溶为覆盖型，可溶岩（白云岩）被土层所覆盖，场地溶槽溶沟较发育，但以竖向发育为主且深度不大，岩溶横向发育规模相对较小，场地属岩溶强发育地段，故换热井的施工需考虑特殊设备及特殊施工工艺，建议采用履带式潜孔凿岩钻机带套管的施工方式，确保工程按质按量准时完成。钻井的深度要考虑到在拔取钻杆过程中土块塌落及泥浆沉淀对井深的影响，保证钻井深度达到换热管道下管时深度要求。124 4.2.2水文条件评估区内地下水主要为岩溶水和松散类孔隙水两种类型，根据区域水文地质资料确定本场地地下水位标高为1116.30m左右，岩溶水主要为岩溶缝隙水和溶洞水。打井区域内由于碳酸盐岩广泛分布，岩溶发育，当吸收降水后地下水沿岩石中的节理缝隙、溶蚀裂隙等地下网络系统运移至地势低洼处，以泉水及地下暗河的形式排泄。当第四系松散层吸收大气降水补给后，其透水性强，储水能力弱，具有就地补给、就地排泄的特征。大量的工程实践表明地下水渗流有利于地埋管换热，降低地埋管周围土壤温度的温度值，增大地埋管进出水的温差，减小地埋管的热作用半径，有利于减弱或者消除由于地埋管换热器吸放热不平衡而引起的热堆积，而且随着渗流速度的加大，作用越明显。地埋管布置区域具有地下水含水层也会对地埋管换热器的换热效果产生影响，在其他因素不变的情况下，随着地埋管接触的含水层厚度增加，流经地埋管外侧的地下水渗流量的增大，换热功率也将增大。对于冬季工况，地下水渗流同样有助于埋管区域土壤的温度恢复，对地埋管的换热效果有利。所以地埋管区域有地下水渗流对地埋管换热器换热有利，但是由于地下水的影响在施工过程中需采取护孔措施，回填采用机械返浆回填。保证钻井过程中的井壁不坍塌及回填的密实度。4.2.3气候条件按X建筑热工设计分区标准来看，贵阳市建筑气候分区为冬冷夏热地区（详DBJ52/49-2008X124 省地方标准），夏季十分潮湿，湿度常保持在80%左右，由于人体排汗难以挥发，普遍感到闷热难受。冬季湿度高，达到73%～83%，这期间日照相对又较少，潮湿水汽从人体中吸收热量，因而阴冷寒凉。该地区夏季供冷天数和冬季供热天数相当，地源热泵系统可以充分发挥地下蓄能的特点，进行能量季节迁移，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑物供暖，同时把建筑物内的冷量储存至地下，以备夏季制冷使用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑物进行降温，同时储存热量，以备冬季供暖时使用。如果夏热冬冷地区制冷少于和采暖天数，冷暖负荷大致相同，使用同一系统，可以充分发挥地下储能的作用，有利于地源热泵系统的热平衡，基本消除热堆积现象，有利于系统长期稳定运行。4.2.4地下土壤换热能力测试地源热泵工程成功与否的关键在于地埋管换热器的实际换热情况能否满足设计要求，按照设计工况运行。然而，地埋管换热器的换热特性因工程地点的地质结构不同而存在很大的变化。为了保证地源热泵系统设计的准确、合理，需对拟建地源热泵地埋管换热器的实际换热性能进行前期测试研究。针对实际地源热泵工程，为了更加准确地确定该工程地下双U换热管的换热能力，积累地源热泵双U垂直埋管的实测数据，受X大学的委托，重庆大学对X大学花溪校区扩建工程（二期）进行了地源热泵工程地下地埋管换热性能的测试研究。（1）通过对项目地测试井的热响应测试结果分析计算，得到其测试井的各热物性参数结果如表4.2.1所示：124 表4.2.1各测试井各热物性参数表测试井孔深（m）原始地温（℃）制冷工况换热量（kw）供暖工况换热量（kw）平均水温与时间对数斜率m综合导热系数（w/m*k）容积比热容（J/Nm3*K）1号井10016.586.615.281.782.935.47*1062号井10016.756.585.201.832.875.0*106（2）通过对项目地岩土体的热响应测试及测试结果分析可得出此项目埋管区岩土体热物性参数参考值如下:此地块地下岩土体原始平均温度16.8℃，综合导热系数约为2.9w/m*k，容积比热容约为2.62*106J/m3*K。在本次测试中，制冷工况下竖直地埋管单位长度平均换热量约为66.0W/m(双U管)，单口地埋管井（100米双U管）换热量约6.6kw；在供暖工况下地下单位长度平均换热量约52.4W/m,单口井地埋管井（100米双U管）换热量约5.24kw；制冷热况后均经过约16小时后均恢复到原始地温，制冷工况后均经过约18小时后均恢复到原始地温。综上所述：此区域地下换热效果良好稳定，适合利用此地块作为土壤源热泵空调系统的埋管区域。（详细数据详见《X大学花溪校区扩建工程（二期）土壤源热泵空调系统岩土体热响应测试报告》）4.3地源热泵空调系统冷热源设计方案4.3.1运行方式（1）错峰运行124 本项目拟采用空调系统的总建筑面积为379832㎡，空调面积约为207010㎡。如果空调系统为整个校区的全部建筑同时提供制冷供暖，系统总体成本非常高。《实用供热空调设计手册》中的大学校园建筑物空调系统的同时使用系数仅为0.49-0.55。本校区可以考虑采用错峰运行，宿舍和公共教学楼交替运行。白天段供能公共教学楼，夜间段供能宿舍楼，从而降低投资成本，提高系统能效。（2)只供能公共教学区据校方反映，X大学其他校区的宿舍并未设置空调系统，校方为统筹规划，减少初投资，建议取消花溪新校区学生宿舍的空调系统，只供能公共教学区域的建筑和学生宿舍的生活热水。由于校区内的公共建筑面积大于学生宿舍建筑的面积，公共教学区域的总供能量大于学生宿舍区域的供能量，所以供能公共教学区域，错锋运行可作为预留方案来满足学生宿舍区域夜间供能需求。结合学校的实际使用情况特点，也为了减少初投资，所以本次校区地源热泵空调系统只供能公共教学区域的建筑。4.3.2区域供能规划一般来讲区域能源站规模越大，供能半径就越大，管网投资多，输送能耗就高。根据工程实践，供能半径只有不宜大于2Km，温升才能控制在0.8℃内，冷水输送能耗才能小于总能耗的15%。考虑校区内的打井区域主要集中在五个区域，北面的运动场打井区域场地标高接近，在打井区域附近建立能源站，能减少土石方开挖量，且靠近宿舍楼和公共教学区域。为减少后期生活热水、制冷采暖供能的输送能耗比，所以能源站应设立在宿舍和打井区域附近结合点。建议校区建立三个能源站。124 1号能源站设置于校行政中心大楼的地下车库内，2号能源站设置于林学院的地下车库内，3号能源站设置于医学院地下车库内。考虑校行政中心附近建筑物的使用性质与其他公共教学区域的建筑不一样，且校行政中心北方有巨大的山体，管网不宜于敷设，所以3号能源站能源站只负担校行政中心区域的建筑物。能源站规划图如图4.3.1所示。打井区域二打井区域一1号能源站2号能源站打井区域四3号能源站打井区域五打井区域三图4.3.1校区能源站规划示意图1、2、3号能源站覆盖面积和空调负荷、生活热水人数如表4.3.1-4.3.2所示:表4.3.11号能源站负荷表单体名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（㎡）冷负荷（KW)热负荷（KW)同时使用系数总冷负荷（KW)总热负荷（KW)校行政中心151816687100213210.713931722X特色研究院喀斯特地质研究博物馆西部少数名族研究博物馆中国酒文化博物馆自然工业博物馆研究生院60588889533539国际教育学院校史馆、档案馆68926687455600文化书院阳明文化书院124 表4.3.22号能源站负荷表单体名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（㎡）冷负荷（KW)热负荷（KW)同时使用系数总冷负荷（KW)总热负荷（KW)农学院188448889184716580.653075367动物学院林学院22986888922532032食品工程与白酒酿造学院生命科学学院天文学院省级重点实验室27800888927242446创业产业园森林资源与环境研究中心国际学术交流中心20184888919781776高端培训中心继续教育中心风雨操场1069788891048941体育学院4.3.33号能源站负荷单体名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（㎡）冷负荷（KW)热负荷（KW)同时使用系数总冷负荷（KW)总热负荷（KW)公共教学楼185118889162916520.641434355公共实验楼106898889941951药学院14910888913121327医学院电子信息学院旅游与文化产业学院99308889874973公共管理学院文科大楼16116888914181579经济学院学生社团文化中心41108889362463职工及离退休活动中心生活配套用房41938889369373124 4.3.31、2、3号能源站机组选择1号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥1393kW，总热负荷应≥1722kW。空调系统则可选用2台螺杆式地源热泵机组，其型号为WPS215.1B，额定制冷量为869kW，制冷输入功率为128kW，额定制热量为865kW，制热输入功率为185kW。2号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥5307kW，总热负荷应≥5367kW。空调系统则可选用4台螺杆式地源热泵机组，其型号为WPS390.2A，额定制冷量为1345kW，制冷输入功率为198kW，额定制热量为1365kW，制热输入功率为272kW。3号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥4143kW，总热负荷应≥4355kW。空调系统则可选用4台螺杆式地源热泵机组，其型号为WPS295.2A，额定制冷量为1068kW，制冷输入功率为161kW，额定制热量为1090kW，制热输入功率为222kW。4.3.4管网设计区域供冷供暖系统虽可提高主机能效和能源利用率、减少设备投资、减少排放和区域热岛效应，却存在空调水系统输送距离远，输送能耗大的缺点，为使本项目的综合能耗进一步降低，区域供冷、供热水系统方案需综合以下主要因素进行考虑：(1)综合制冷、供暖设备的允许温差和空调末端的控制调节方式，确定合理的供回水温差。(2)综合制冷、供暖设备的能效和系统总能效的关系。(3)区域供冷供热系统可靠性要求。124 (4)服务对象的使用要求。(5)适应末端负荷变化而降低输配能耗的能力。综合上述因素，制冷期地源热泵空调系统系统的供水温度为7℃，回水温度为12℃，供回水温差5℃。供暖期地源热泵空调系统机组的供水温度为45℃，回水温度为40℃，供回水温差5℃。为提高区域供冷供热系统的可靠性，结合学校目前的地理条件，区域管网采用枝状管网的方案。设计时区域内能源站根据业主的要求同时建设，但主要制冷设备可根据业主的发展，分段安装运行，能源站的装机容量是阶段增加，如图4.3.2所示。图4.3.2枝状管网示意图同时能源站根据需求适时调整输配系统的能耗，从而降低水系统的输配能耗，空调水系统拟采用多级泵变流量系统，多级泵变流量空调水系统是一种节能型的空调水系统形式。该系统在冷水机组蒸发器侧流量恒定的前提下，首先，把常规的一次泵分解为两级，形成冷、热源侧与负荷侧两个环路，冷热源侧配置一次泵，一次泵采用一机对一泵的形式，水泵和机组联动控制，定流量运行；负荷侧配置二次泵，随各楼栋的负荷变化变流量运行，一、二次泵设于区域能源站内。区域能源站规划如图4.3.3124 -4.3.5所示。图4.3.31号能源站区域管网规划图图4.3.42号能源站区域管网规划图124 图4.3.53号能源站区域管网规划图4.4地源热泵地埋管系统的设计选择4.4.1埋管形式介绍目前地源热泵124 地埋管系统主要有两种方式：水平地埋管和垂直地埋管。水平埋管地源热泵方式主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋没的管子长度增加。管路的埋设视岩土情况，可采取挖沟或大面积开挖方法。单层管最佳深度0.8-1.0m，双层管1.2-1.9m，但无论任何情况均应埋在当地冰冻线以下。由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时，占用场地大，在实际使用中，往往是单层与多层互相搭配；螺旋管优于直管，但不易施工。由于浅埋水平管受地面温度影响大，地下岩土冬夏热平衡好，因此适用于单季使用的情况（如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应)，对冬夏冷暖联供系统使用者很少。故本项目不予考虑。垂直埋管根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U形管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱，套管、蜘蛛状管、管式管等形式；按埋设深度不；同分为浅埋（≤30）、中埋(31～80m)和深埋(>80m)。目前使用最多的是双U形管、套管和单管式。U形管型是在钻孔的管井内安装U形管，一般管井直径为100-159mm，井深10-200m。U形管径一般在φ50mm以下(主要是流量不宜过大所限)，由于施工简单；换热性能较好，承压高，管路接头少，不易泄漏等原因，目前应用最多。4.4.2项目埋管方式的方案选择在整个地源热泵空调系统初投资中，地埋管换热器的投资占据非常大的比重，准确的设计地埋管换热器对于节省空调系统初投资具有十分重要的意义，国内对于竖直埋管的地埋管换热器的换热工况进行了大量的研究，相关研究表明：对于相当孔径孔深的换热器来说，虽然双U型换热器内4根支管内循环液体之间会因相互传热形成的热流短路现象，双U型换热器的仍然比单U型换热器的换热量高20%--30%。针对本项目的实际情况，由于地下岩质坚硬，地埋管换热器的钻井成本相对于De32的聚乙烯管道及回填材料的成本非常昂贵，所以选择双U型换热器比单U型换热器的更加合理。124 4.4.3项目地埋管设计深度确定常用的竖直U形管换热器如图所示，按照管内流体流动的方向，U型管分为上升管和下降管，见图4.4.1：图4.4.1地埋管流体流动示意图124 地埋管内来自热泵机组的流体进入下降管，沿程与周围土壤进行换热，管内流体温度发生变化后从地埋管上升管回到热泵机组中，从而完成一个换热循环。在一定的流量下。流体与土壤的温差越大，地埋管的单位井深换热能力越大，在地源热泵的设计中，较普遍的做法是在满足地埋管换热量的要求下根据单位井深换热量、埋管面积和间距来确定埋管深度，基本没考虑保障一定埋管出水温度要求达到热泵主机的高效运行。实际上，当地埋管地源热泵运行到一定的时间后由于土壤的蓄热特性，周围土壤冷热量堆积使得地埋管换热器的运行状态还要受到前一个状态的影响，地埋管换热器的换热能力随着时间增加逐渐下降，地埋管内流体的进出口温差降低，热泵主机的运行性能变差，增加了运行费用及影响是实际运行效果。在工程项目现有的的条件下，要使地埋管的出口温度能够持续的满足主机高效运行，适当地增加地埋管换热器的埋设深度是最有效的办法。根据相关研究表明，在系统运行初期，埋设深度不同的地埋管中水与周围土壤的换热时间段不同，其交换的热量也有很大的差距，因而影响地埋管进出口的水温差，相关研究表明在地埋管运行1h后，埋设深度为80m，60m，40m的地埋管换热器的进出口温差分别为8.4℃、6.7℃、4.7℃。随着运行时间的增加，地埋管周围的土壤不同程度的产生了堆积效应，对地埋管换热器的换热能力的影响占主导地位，但埋设深度较大的地埋管换热器的换热能力较埋设较浅的换热能力强，其高效换热的时间段也更长，可以更好的保证系统运行效果。地埋管的换热的深度越大，其施工成本及施工难度成倍的增加，对管材的承压要求也越高。根据目前的钻井情况，综合施工难度、管材质量及换热能力的权衡分析，本项目换热井深度设为100m。4.4.4地埋管换热器的设计地埋管换热器的连接有并联连接和串联连接两种形式，两种连接形式的优缺点比较如下：表4.4.1地埋管串联和并联对比表连接形式优点缺点并联连接1．系统环路较短，阻力较小；2．系统稳定性安全性好，当1个地埋管换热器损坏时，不影响其他换热器的工作；3．并联连接适用于比较深的垂直埋管介质温差较小，系统流量较大串联连接1．多个地埋管换热器串联，介质温差更大，系统流量减小；2．串联连接只适用于比较浅的埋管1．系统环路长，阻力大；2．系统安全性差，一个地埋管换热器损坏时将影响多个地埋管换热器；3．每个环路的传热量不同本工程地埋管换热器深度为100米，推荐采用并联同程连接方式，环路连接示意图如下：124 图4.4.2地埋管换热器分区连接示意图为便于分区控制，室外地埋双U管每5-9个孔形成一个环路与二级集、分水器连接，水管均采用同程式连接，二级集、分水器与一级集、分水器连接采用异程式系统，在一级集水器回水管上设置平衡阀调节管路的平衡状态。每个区域的双U型管通过设置在该区域的二级集水器汇集，二级分水器分散。每个区域的二级集、分水器通过设置在室外内的一级集、分水器汇集、分散，在一级集水器端设置循环水泵，与地源热泵机组的换热器形成一个闭式循环系统，利用循环水和地下土壤的换热为建筑物提供冷、热源。根据热物性测试结果：制冷工况下，单位长度地埋管24小时平均换热量为66W/m，供暖工况下单位长度地埋管24小时平均换热量为52.4w/m。因此单口井的换热量为夏季工况下暂定位6.60kW/口，冬季为5.24kW/口。换热井的数量根据空调系统夏季排热量及冬季取热量按以下方式进行计算：124 4.4.5能源站地源热泵系统地埋管数量计算A夏季工况下地埋管换热井数量计算：根据冷凝排热量Q＇与冷负荷CL之间的关系：参照选定地源热泵系统主机的能效参数表：表4.4.2能源站地源热泵机组能效参数表供能区域空调机组COP空调机组EER1号能源站4.676.782号能源站5.016.783号能源站4.96.63则夏季主机最低应向土壤中排放的热量为：表4.4.3能源站地源热泵机组夏季排热量供能区域夏季排放热量Q（KW)1号能源站15982号能源站60903号能源站4768单口地埋管换热井的换热量在夏季工况下按照热物性测试结果取6.6kW计算（每口井深度为100m），则各能源站地源热泵空调系统夏季工况下采用地源热泵系统需设置换热井口数如下表所示：表4.4.4能源站夏季换热井数量供能区域夏季制冷工况换热井数量（口）1号能源站2422号能源站9233号能源站722B冬季工况下地埋管换热井数量计算：冬季工况下，根据吸热量Q＇与热负荷Q之间的关系：124 参照选定地源热泵空调系统的冬季性能参数，冬季主机最低应向土壤中吸收的热量为：表4.4.5能源站地源热泵机组冬季吸热量供能区域冬季空调机组吸收热量Q（KW）1号能源站13532号能源站42963号能源站3466单口地埋管换热井的换热量在冬季工况下按照热物性测试结果取5.24kW计算（每口井深度为100m），则各能源站地源热泵空调系统冬季工况下采用地源热泵系统需需设置换热井口数如下表所示：表4.4.6能源站冬季换热井数量供能区域冬季供暖工况换热井数量（口）1号能源站2582号能源站8203号能源站661通过上述计算分析可以得出，1号能源站需设置258口换热井，2号能源站需设置923口换热井，3号能源站需设置722口换热井。4.4.6打井区域规划本次打井区域结合X大学花溪校区扩建工程（二期）目前的规划情况，选择打井区域在绿化较多且靠近能源站空旷区域。1号能源站地源热泵空调系统在布置地埋管的区域内，在完全满足间距4m的条件下共需设置258口换热井，通过实地勘察发现，行政中心舍附近的广场大面积的空旷地带可以作为打井区域。地埋管布置图如4.4.3所示。2号能源站地源热泵空调系统在布置地埋管的区域内，完全满足间距4m的条件下共需设置923口换热井，A区学生宿舍和体育馆附近的运动场可以作为打井区域，地埋管布置图如4.4.4所示。3号能源站地源热泵空调系统在布置地埋管的区域内，完全满足间距4m的条件下共需设置722口换热井，C区学生宿舍和药学院附近的大片空旷绿地区可以作为打井区域，地埋管布置图如4.4.5所示。124 图4.4.31号能源站地埋管布置区域示意图图4.4.42号能源站地埋管布置区域示意图124 图4.4.53号能源站地埋管布置区域示意图（备注：地埋管布置图详见附图七）4.5地源热泵系统热平衡分析及解决方案地源热泵系统在夏季向岩土体释放热量以达到室内制冷的目的，冬季从中提取热量供空调房间采暖使用。为了保证地埋管换热系统运行效率和制冷采暖效果，减少对地下岩层的热平衡状态破坏，尽量保证全年地下岩土层的热平衡。为此进行如下热平衡计算分析：（1）在机组运行时间段内，运行时间按下面的条件计算：根据贵阳市区月平均气温、最高气温、最低气温及最高最低气温出现日分布规律，以及全年负荷计算表，可初步考虑本项目的夏季空调制冷系统的运行时间段为6月15日至7月25日共计40天；冬季空调供暖系统的运行时间段为：11月15日--2月28日（其中2月份为寒假放假，考虑放假时间为28天共计75天。（2）124 运行时段内，机组的部分负荷系数参照《公共建筑节能设计标准》〔GB50189-2005〕按照2.3%的时间为满负荷（100%）运行，41.5%的时间为75%负荷运行，46.1%的时间为50%负荷运行，10.1%的时间为25%负荷运行，则平均负荷率0.59；按照《建筑节能与建筑能效管理》（龙惟定，中国建筑工业出版社2005.7）取定，按照1.3%的时间为满负荷（100%）运行，40.1%的时间为75%负荷运行，47.3%的时间为50%负荷运行，11.3%的时间为25%负荷运行，则平均负荷率0.5785。从保守分析出发，本报告取空调系统满负荷当量时间为12h×0.5785=6.942h。4.5.11号能源站地源热泵系统热平衡分析根据冬夏季空调运行时间及相关设备功率计算可以得出地源热泵空调系统向地下排放及吸收的热量统计如表4.5.1所示。表4.5.11号能源站地源热泵系统热平衡分析表地源热泵空调系统夏季地下排放热量统计每天运行当量时间设计冷负荷（耗电量）机组制冷能效比机组排热量每天排热量地下排热量（h/天）（kW）（kW）（kW·h）（MJ）空调系统主机6.94213936.781598.511096.539947.4水泵12126——15125443.2地源热泵空调系统夏季每天向地下排放热量（MJ）45390.6地源热泵空调系统夏季向地下排放热量合计（MJ）1815622.6地源热泵空调系统冬季地下吸收热量统计每天运行当量时间设计热负荷（耗电量）机组供暖能效比机组吸热量每天吸收热量地下吸收热量（h/天）（kW）（kW）（kW·h）（MJ）空调系统主机6.94217224.671353.39394.433819.7水泵12126——-1512.0-5443.2地源热泵空调系统冬季每天向地下吸收热量（MJ）28376.5地源热泵空调系统冬季向地下吸收热量合计（MJ）2128235.7（注：夏季最大释热量=∑[设计冷负荷×（1+1/EER）]+∑输送过程得热量+∑水泵释放热量；冬季最大吸热量=∑[设计热负荷×（1-1/COP）]+∑124 输送过程失热量—∑水泵释放热量；本计算中未考虑输送过程得失热量；本表中夏季释热量、冬季吸热量计算方法来自于《暖通空调.动力》（2009）。）从表中可以看出，1号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为1815622.6MJ，冬季向地下吸收热量为2128235.7MJ，地源热泵空调系统运行冷积累量为312613.1MJ/年。4.5.22号能源站地源热泵系统热平衡分析根据冬夏季空调运行时间及相关设备功率计算可以得出地源热泵空调系统向地下排放及吸收的热量统计如表4.5.2所示表4.5.22号能源站地源热泵系统热平衡分析表地源热泵空调系统夏季地下排放热量统计每天运行当量时间设计冷负荷（耗电量）机组制冷能效比机组排热量每天排热量地下排热量（h/天）（kW）（kW）（kW·h）（MJ）空调系统主机6.94253706.786162.042776.8153996.7水泵12360——432015552地源热泵空调系统夏季每天向地下排放热量（MJ）169548.7地源热泵空调系统夏季向地下排放热量合计（MJ）6781946.4地源热泵空调系统冬季地下吸收热量统计每天运行当量时间设计热负荷（耗电量）机组供暖能效比机组吸热量每天吸收热量地下吸收热量（h/天）（kW）（kW）（kW·h）（MJ）空调系统主机6.94253675.014295.729821.0107355.8水泵12360——-4320.0-15552.0地源热泵空调系统冬季每天向地下吸收热量（MJ）91803.8地源热泵空调系统冬季向地下吸收热量合计（MJ）6885282.0从表中可以看出，2号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为6781946.4MJ，冬季向地下吸收热量为6885282.0MJ，地源热泵系统运行冷积累量为103335.6MJ/年。124 4.5.33号能源站地源热泵系统热平衡分析根据冬夏季空调运行时间及相关设备功率计算可以得出地源热泵空调系统向地下排放及吸收的热量统计如表4.5.3所示表4.5.33号能源站地源热泵系统热平衡分析表地源热泵空调系统夏季地下排放热量统计每天运行当量时间设计冷负荷（耗电量）机组制冷能效比机组排热量每天排热量地下排热量（h/天）（kW）（kW）（kW·h）（MJ）空调系统主机6.94241436.634767.933098.7119155.2水泵12323——387613953.6地源热泵空调系统夏季每天向地下排放热量（MJ）133108.8地源热泵空调系统夏季向地下排放热量合计（MJ）5324352.6地源热泵空调系统冬季地下吸收热量统计每天运行当量时间设计热负荷（耗电量）机组供暖能效比机组吸热量每天吸收热量地下吸收热量（h/天）（kW）（kW）（kW·h）（MJ）空调系统主机6.94243554.93466.224062.586625.1水泵12323——-3876.0-13953.6地源热泵空调系统冬季每天向地下吸收热量（MJ）72671.5地源热泵空调系统冬季向地下吸收热量合计（MJ）5450363.2从表中可以看出，3号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为5324352.6MJ，冬季向地下吸收热量为5450363.2MJ，地源热泵系统运行冷积累量为126010.6MJ/年。4.6地源热泵系统热平衡解决方案124 考虑地源热泵空调系统运行会造大量冷积累量。考虑到几年以后土壤内冷量堆积，冬季空调取热量难以保证，必须要对地埋管换热系统进行辅助加热措施。目前国内常用的辅助加热措施有：电加热、燃气锅炉加热、太阳能加热措施等，考虑到电加热及燃气加热措施对环境影响较大，且很不节能，本项目考虑在非空调季节采用太阳能辅助加热措施来对地埋管系统进行地下热补偿。太阳能辅助加热系统每天需向地下排放的热量为：Q=Q冷积累/n式中，Q——太阳能辅助加热系统每天向地下排热量，MJ/天；Q冷积累——地源热泵系统年运行冷积累量，MJ；n——非空调季节太阳能系统有效运行计算天数，50天。能源站非空调季节节排放热量如下表所示：供能区域年冷堆积量（MJ)排热天数太阳能辅助系统每天排热量（MJ)1号能源站312613.1506252.32号能源站103335.7502066.73号能源站126010.6502520.24.7常规空调系统冷热源设计方案1号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥1393kW，总热负荷应≥1722kW。在夏季，可选用2台水冷螺杆式冷水机组（额定制冷量为780kW，制冷输入功率为160kW）、2组冷却塔（标准水量为177m³/h，耗电功率为5kW）来进行夏季空调制冷。在冬季，可选用1台常压热水热水锅炉（额定供暖量：1.86MW，柴油耗油量：198L/h，耗电量：7.5kW）供暖。2号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥5307kW，总热负荷应≥5367kW。在夏季，可选用4台水冷螺杆式冷水机组（额定制冷量为1392kW，制冷输入功率为260kW））、4组冷却塔（标准水量为355m³/h，耗电功率为11kW）来进行夏季空调制冷。124 在冬季，可选用2台常压热水热水锅炉（额定供暖量：2.7MW，柴油耗油量：297L/h，耗电量：15kW）供暖。3号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥4143kW，总热负荷应≥4355kW。在夏季，可选用4台水冷螺杆式冷水机组（额定制冷量为1054kW，制冷输入功率为201kW）、4组冷却塔（标准水量为284m³/h，耗电功率为11kW）来进行夏季空调制冷。在冬季，可选用2台常压热水热水锅炉（额定供暖量：2.2MW，柴油耗油量：212L/h，耗电量：11kW）供暖。4.8系统原理图1号能源站地源热泵空调系统原理图见附图一；2号能源站地源热泵空调系统原理图见附图二；3号能源站地源热泵空调系统原理图见附图三；1号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统原理图见附图四；2号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统原理图见附图五；3号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统原理图见附图六；4.9主要设备参数表地源热泵空调系统主要设备参数见表6.1.1-6.1.3；常规冷水机组+热水锅炉系统主要设备参数见表6.1.4.1-6.1.6；124 第五章系统能效分析及节能量计算5.1系统能效分析在夏季制冷工况下，能源站地源热泵空调系统的系统能效比为：其中，Q——系统设计总制冷量,kW；∑Ni——对应最热月平均进水温度时地源热泵机组输入功率之和，kW；∑Nj——对应最热月平均进水温度时与热泵机组相关的所有源侧水泵及水处理设备的输入功率之和，kW；在冬季供暖工况下，同理可得能源站地源热泵空调系统的冬季系统能效比系数COP为：其中，Q——系统设计总供暖量,；∑Ni——对应最冷月平均进水温度时地源热泵机组输入功率之和，kW；∑Nj——对应最冷月平均进水温度时与热泵机组相关的源水侧所有水泵及水处理设备的输入功率之和，kW；各能源站系统能效比如下表所示：供能区域系统制冷工况EER系统供暖工况COP1号能源站5.794.182号能源站5.534.313号能源站5.594.33124 5.2节能量计算比较不同方案的耗能量。常规空调系统能耗包括电能和柴油消耗，地源热泵空调系统主要是电能消耗。为便于比较分析，将不同系统的能耗均转化为一次能形式进行比较。按照《通风与空调系统运行管理规范》（GB20034-2006）附录B空调通风系统能耗系数的计算方法，我国电能折算成一次能源，见表5.2.1。表5.2.1我国近几年电能折算标煤量年度1kWh电折合平均标煤耗量（kg/kWh）平均值（kg）20000.3630.3520010.35720020.35620030.35520040.35420050.34720060.34120070.333表5.2.2单位燃料低位发热量表燃料名称低位发热量折标煤系数标煤29271200j/kg1kgce/kg原煤20908000j/kg0.7143kgce/kg天然气38930696j/m31.33kgce/m3原油41816000j/kg1.4286kgce/kg液化石油50179200j/kg1.7143kgce/kg煤气16726400j/m30.5714kgce/m3柴油42652000j/kg1.4571kgce/kg木炭26344080j/kg0.9kgce/kg秸秆14635600j/kg0.5kgce/kg焦炉煤气17556000j/m30.59kgce/m3电力（当量）3600000j/kWh0.123kgce/kWh124 二甲醚2880000j/kg0.98kgce/kg电力（等价）按当年火力发电标准煤耗计算由表5.2.1及5.2.2可以看出，近几年我国电能折算标煤平均为每1kWh电能相当于0.35kg标准煤，每千克标准煤折合一次能为29271.2kJ；每立方米城市煤气折合一次能为16726.4kJ,相当于0.5714千克标准煤；每千克柴油折合一次能为42652kJ,相当于1.4571千克标准煤。1号能源站不同方案的空调系统(不包含末端)能耗量统计如表5.2.3、5.2.4所示。表5.2.31号能源站常规冷水机组+热水锅炉空调系统能耗量序号耗能原因耗电量（kWh）折合标准煤（kg）折合一次能（kJ）1冷水机组耗电冷却塔耗电冷却水泵耗电末端循环泵耗电热源侧循环泵耗电锅炉耗油（已折耗电能）0.99×1060.34×1060.10×1011表5.2.41号能源站地源热泵空调系统能耗量序号耗能设备耗电量（kWh）折合标准煤（kg）折合一次能（kJ）1机组耗电地埋侧循环泵耗电末端循环泵耗电0.43×1050.15×1050.44×109从表5.2.3、表5.2.4、可以看出1号能源站相比常规冷水机组+热水锅炉空调系统，地源热泵系统全年运行节省标准煤0.19×106kg，节约一次能为0.56×1010kJ，一次能节能率达到56.1%。124 2号能源站不同方案的空调系统(不包含末端)能耗量统计如表5.2.5、5.2.6所示。表5.2.52号能源站常规冷水机组+热水锅炉空调系统能耗量序号耗能原因耗电量（kWh）折合标准煤（kg）折合一次能（kJ）1冷水机组耗电冷却塔耗电冷却水泵耗电末端循环泵耗电热源侧循环泵耗电供暖锅炉耗油（已折成电能）0.28×1070.10×1070.30×1011表5.2.62号能源站地源热泵空调系统能耗量序号耗能设备耗电量（kWh）折合标准煤（kg）折合一次能（kJ）1机组耗电地埋侧循环泵耗电末端循环泵耗电0.13×1070.46×1060.13×1011从表5.2.5、表5.2.6、可以看出2号能源站相比常规冷水机组+热水锅炉空调系统，地源热泵系统全年运行节省标准煤0.56×106kg，节约一次能为0.17×1011kJ，一次能节能率达到55.0%。3号能源站不同方案的空调系统(不包含末端)能耗量统计如表5.2.7、5.2.8所示。表5.2.73号能源站常规冷水机组+热水锅炉空调系统能耗量序号耗能原因耗电量（kWh）折合标准煤（kg）折合一次能（kJ）1冷水机组耗电冷却塔耗电冷却水泵耗电末端循环泵耗电热源侧循环泵耗电供暖锅炉耗油0.22×1070.80×1060.23×1011124 （已折成电能）表5.2.83号能源站地源热泵空调系统能耗量序号耗能设备耗电量（kWh）折合标准煤（kg）折合一次能（kJ）1机组耗电地埋侧循环泵耗电末端循环泵耗电0.10×1060.38×1060.11×1011从表5.2.5、表5.2.6、可以看出3号能源站相比常规冷水机组+热水锅炉空调系统，地源热泵系统全年运行节省标准煤0.42×106kg，节约一次能为0.12×1011kJ，一次能节能率达到52.7%。燃煤发电产生的污染物主要包括CO2，SO2，NO2，TSP等。根据我国现阶段燃煤发电的平均水平，燃煤发电的污染物排放定额如表5.2.9。表5.2.9单位发电量产生各污染物汇总表污染物种类SO2NO2TSPCO2g/（kWh）g/（kWh）g/（kWh）kg/（kWh）排放定额2.982.590.570.92据该表分析计算可得：1号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤196吨/年，减少CO2排放516吨/年，减少SO2排放1.67吨/年，减少NO2排放1.45吨/年。此外，根据常规空调系统冷却塔的设置和运行情况，地源热泵空调系统夏季比常规空调系统节省自来水5760吨/年。124 2号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤566吨/年，减少CO2排放1488吨/年，减少SO2排放4.82吨/年，减少NO2排放4.19吨/年。此外，根据常规空调系统冷却塔的设置和运行情况，地源热泵空调系统夏季比常规空调系统节省自来水20488吨/年。3号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤424吨/年，减少CO2排放1114吨/年，减少SO2排放3.61吨/年，减少NO2排放3.14吨/年。此外，根据常规空调系统冷却塔的设置和运行情况，地源热泵空调系统夏季比常规空调系统节省自来水16385吨/年。124 第六章经济技术分析6.1地源热泵系统投资分析及增量成本计算6.1.11号能源站地源热泵空调系统成本分析表6.1.11号能源站地源热泵空调系统成本分析表序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式地源热泵机组额定制冷量：865kW；2台52104制冷/热冷凝器进出水温:25/30℃，蒸发器进出水温：12/7℃；额定制热量：869/kW；冷凝器进出水温:40/45℃，蒸发器进出水温：10/5℃；制冷/热功率：128/185kW2地埋管换热井聚乙烯PE100，De32，深100米，双U型,258口。1项5505503空调机组地埋管侧循环泵额定流量：170m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：34mH2O；电机功率：22kW；4负荷侧一次循环泵额定流量：150m³/h；3台0.551.65两用一备额定扬程：15mH2O；电机功率：11kW；5地埋侧分集水器D=426mm1组226综合水处理器处理水量：200-400m³/h2台2.12.27膨胀定压装置补水量：1.5m³/h1台1.51.58板式换热器250KW1台559膨胀水箱2m³2台0.5110软水器软水量1.5m³/h1台1.81.811太阳能补热系统1套2525机房系统（末端循环部分）14末端侧分集水器D=426mm1组2215分区一二次循环泵额定流量：100m³/h；3台0.752.25两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；124 16分区二二次循环泵额定流量：100m³/h；2台0.751.5一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；17分区三二次循环泵额定流量：100m³/h；2台0.751.5一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；18机房材料及安装1项12812819室外管网部分输送管网材料及安装1项10810820室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项12112121机房配电系统1项767622小计（万元）1137.7空调末端系统23末端系统设备及材料安装等1项420420机房能效管理及空调计费系统24机房能效管理控制系统1项6464总计（万元）1621.76.1.22号能源站地源热泵空调系统成本分析表6.1.22号能源站地源热泵空调系统成本分析表序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式地源热泵机组额定制冷量：1345kW；4台81324制冷/热冷凝器进出水温:25/30℃，蒸发器进出水温：12/7℃；额定制热量：1365/kW；冷凝器进出水温:40/55℃，蒸发器进出水温：10/5℃；制冷/热功率：198/272kW2地埋管换热井聚乙烯PE100，De32，深100米，双U型,923口。1项203020303地埋管侧循环泵额定流量：280m³/h；4台2.28.8额定扬程：36mH2O；电机功率：45kW；4负荷侧一次循环泵额定流量：240m³/h；4台0.753额定扬程：15mH2O；124 电机功率：15kW；5地埋侧分集水器D=800mm1组446综合水处理器处理水量：1000-1200m³/h2台2.557膨胀定压装置补水量：3.5m³/h1台2.22.28板式换热器1000KW1台14149膨胀水箱2m³2台0.81.610软水器2m³/h1台2.52.511太阳能补热系统1套2525机房系统（末端循环部分）12末端侧分集水器D=800mm1组4413分区一二次循环泵额定流量：250m³/h；3台1.54.5两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：30kW；14分区二二次循环泵额定流量：150m³/h；3台13两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：18.5kW；15分区三二次循环泵额定流量：150m³/h；3台13两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：18.5kW；16分区四二次循环泵额定流量：100m³/h；2台0.751.5一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；17机房材料及安装1项43043018室外管网部分输送管网材料及安装1项42042019室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项44044020机房配电系统1项29629621小计（万元）4022.1空调末端系统22末端系统设备及材料安装等1项18001800机房能效管理及空调计费系统23机房能效管理控制系统1项120120总计（万元）5942.1124 6.1.33号能源站地源热泵空调系统成本分析表6.1.33号能源站地源热泵空调系统成本分析表序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式地源热泵机组额定制冷量：1068kW；4台64256制冷/热冷凝器进出水温:25/30℃，蒸发器进出水温：12/7℃；额定制热量：1090/kW；冷凝器进出水温:40/55℃，蒸发器进出水温：10/5℃；制冷/热功率：161/222kW2地埋管换热井聚乙烯PE100，De32，深100米，双U型,722口。1项158815883地埋管侧循环泵额定流量：280m³/h；4台1.56额定扬程：36mH2O；电机功率：45kW；4负荷侧一次循环泵额定流量：200m³/h；4台0.753额定扬程：15mH2O；电机功率：15kW；5地埋侧分集水器D=800mm1组446综合水处理器处理水量：800-1000m³/h2台2.24.47膨胀定压装置补水量：3.5m³/h1台2.22.28板式换热器800KW1台12129膨胀水箱2m³2台0.81.610软水器2m³/h1台2.52.511太阳能补热系统1套2525机房系统（末端循环部分）12末端侧分集水器D=800mm1组4413分区一二次循环泵额定流量：180m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：22kW；14分区二二次循环泵额定流量：180m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：22kW；124 15分区三二次循环泵额定流量：160m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：22kW；16分区四二次循环泵额定流量：80m³/h；2台0.551.1一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：11kW；17机房材料及安装1项36236218室外管网部分输送管网材料及安装1项24824819室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项35635620机房配电系统1项24624621小计（万元）3131.7空调末端系统22末端系统设备及材料安装等1项14001400机房能效管理及空调计费系统23机房能效管理控制系统1项110110总计（万元）4641.76.1.41号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析表6.1.41号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统投资成本分析序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式冷水机组额定制冷量：780kW；2台4182制冷冷凝器进出水温:32/37℃，蒸发器进出水温：12/7℃；制冷功率：160kW2常压热水热水锅炉额定供暖量：1860；1台5555供暖供回水温度：60/50℃；热水循环量：159m³/h；耗油量：198L/h：耗电量：7.5kW4冷却水循环泵额定流量：180m³/h；3台1.13.3额定扬程：28mH2O；电机功率：22kW；5负荷侧一次循环泵额定流量：150m³/h；3台0.551.65额定扬程：15mH2O；124 电机功率：11kW；6横流式冷却塔冷却水量：200m³/h；2台612制冷耗电量：5.0*1kW；风量：2430*2m³/h。7采暖热水热源侧一次循环泵额定流量：180m³/h；3台0.752.25额定扬程：16mH2O；电机功率：15kW；8综合水处理器处理水量：200-400m³/h3台1.13.39膨胀定压装置补水量：1.5m³/h1台1.51.510软水器软水量1.5m³/h1台1.81.812膨胀水箱1m³1台0.50.5机房系统（末端循环部分）13末端侧分集水器D=426mm1组2214分区一二次循环泵额定流量：100m³/h；3台0.752.25两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；15分区二二次循环泵额定流量：100m³/h；2台0.751.5一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；16分区三二次循环泵额定流量：100m³/h；2台0.751.5一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；16空调机房材料及安装1项989817锅炉房材料及安装1项212118室外管网部分冷冻、冷却水输送管网材料及安装1项868619室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项878720机房配电系统1项848421小计（万元）546.55空调末端系统22末端系统1项420420机房能效管理及空调计费系统23能效管理控制系统1项5454总计（万元）1020.55124 6.1.52号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析表6.1.52号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统投资成本分析序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式冷水机组额定制冷量：1392kW；4台75300制冷冷凝器进出水温:32/37℃，蒸发器进出水温：12/7℃；制冷功率：260kW2常压热水热水锅炉额定供暖量：2700；2台80160供暖供回水温度：60/50℃；热水循环量：232m³/h；耗油量：297L/h：耗电量：15kW4冷却水循环泵额定流量：300m³/h；4台2.28.8额定扬程：28mH2O；电机功率：45kW；5负荷侧一次循环泵额定流量：250m³/h；4台1.14.4额定扬程：15mH2O；电机功率：22kW；6横流式冷却塔冷却水量：355m³/h；4台1248制冷耗电量：5.0*1kW；风量：2430*2m³/h。7采暖热水热源侧一次循环泵额定流量：280m³/h；3台1.13.3额定扬程：15mH2O；电机功率：15kW；8综合水处理器处理水量：1000-1200m³/h3台2.57.59膨胀定压装置补水量：3.5m³/h1台2.22.210软水器软水量2m³/h1台2.52.512膨胀水箱2m³1台0.80.8机房系统（末端循环部分）13末端侧分集水器D=800mm1组4414分区一二次循环泵额定流量：250m³/h；3台1.54.5两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：30kW；15额定流量：150m³/h；3台13两用一备124 分区二二次循环泵额定扬程：32mH2O；电机功率：18.5kW；16分区三二次循环泵额定流量：150m³/h；3台13两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：18.5kW；17分区四二次循环泵额定流量：100m³/h；2台0.751.5一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：15kW；18空调机房材料及安装1项32832819锅炉房材料及安装1项565620室外管网部分冷冻、冷却水输送管网材料及安装1项24724721室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项32032022机房配电系统1项28028023小计（万元）1784.5空调末端系统24末端系统1项18001800机房能效管理及空调计费系统2能效管理控制系统1项100100总计（万元）3684.5124 6.1.63号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析表6.1.63号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统投资成本分析序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式冷水机组额定制冷量：1054kW；4台56224制冷冷凝器进出水温:32/37℃，蒸发器进出水温：12/7℃；制冷功率：201kW2常压热水热水锅炉额定供暖量：2200；2台65130供暖供回水温度：60/50℃；热水循环量：189m³/h；耗油量：212L/h：耗电量：11kW4冷却水循环泵额定流量：280m³/h；4台2.28.8额定扬程：28mH2O；电机功率：45kW；5负荷侧一次循环泵额定流量：230m³/h；4台14额定扬程：15mH2O；电机功率：22kW；6横流式冷却塔冷却水量：284m³/h；4台9.538制冷耗电量：5.0*2kW；风量：2430*2m³/h。7采暖热水热源侧一次循环泵额定流量：200m³/h；3台0.752.25额定扬程：15mH2O；电机功率：15kW；8综合水处理器处理水量：800-1000m³/h3台2.26.69膨胀定压装置补水量：3.5m³/h1台2.22.210软水器软水量2m³/h1台2.52.512膨胀水箱2m³1台0.80.8机房系统（末端循环部分）13末端侧分集水器D=800mm1组4414分区一二次循环泵额定流量：180m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：22kW；15分区二二次循环泵额定流量：180m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：32mH2O；124 电机功率：22kW；16分区三二次循环泵额定流量：160m³/h；3台1.13.3两用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：22kW；17分区四二次循环泵额定流量：80m³/h；2台0.551.1一用一备额定扬程：32mH2O；电机功率：11kW；18空调机房材料及安装1项25225219锅炉房材料及安装1项454520室外管网部分冷冻、冷却水输送管网材料及安装1项21021021室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项26626622机房配电系统1项22922923小计（万元）1436.15空调末端系统24末端系统1项14001400机房能效管理及空调计费系统2能效管理控制系统1项100100总计（万元）2936.15注：此报价为方案报价，实际报价以施工图为准。6.1.51、2、3号能源站各系统投资成本分析各能源站两种空调系统的初投资如表6.1.7所示：表6.1.7能源站空调系统初投资费用供能区域地源热泵空调系统初投资（万元）常规系统水冷+热水机组（万元）增加初投资（万元）1号能源站1621.71020.5601.22号能源站5942.13684.52257.63号能源站4641.72936.11705.66.2不同空调系统方案的运行费用对比本项目只计算冷热源的年运行费用。考虑项目的使用目的，结合当地的气象条件，计算不同空调系统全年的运行费用时，计算条件如下：124 （1）考虑本项目的夏季空调制冷系统的运行时间段为6月15日至7月25日共计40天；冬季空调供暖系统的运行时间段为：11月15日--2月28日（其中2月份为春节放假，考虑放假时间为28天）共计75天。（2）运行时段内，机组的部分负荷系数参照《公共建筑节能设计标准》〔GB50189-2005〕按照2.3%的时间为满负荷（100%）运行，41.5%的时间为75%负荷运行，46.1%的时间为50%负荷运行，10.1%的时间为25%负荷运行，则平均负荷率0.59；按照《建筑节能与建筑能效管理》（龙惟定，中国建筑工业出版社2005.7）取定，按照1.3%的时间为满负荷（100%）运行，40.1%的时间为75%负荷运行，47.3%的时间为50%负荷运行，11.3%的时间为25%负荷运行，则平均负荷率0.5785。从保守分析出发，本报告空调系统取空调系统满负荷当量时间为24h×0.5785=13.882h。（3）能源价格：按照当地能源价格计算，电价为居民价格0.45元/kWh，自来水价格为每吨3.7元，柴油价格为7.3元/L。（4）常规空调冷却水耗量按冷却水总循环量的3％计算6.2.1常规冷水机组+热水锅炉系统全年运行费用计算表6.2.11号能源站常规全年空调运行费用计算表夏季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.9423202221.40.45999.6水泵及辅材1215018000.45810.0夏季空调运行水费名称当量时间水量补水率水单价水费（h/天）m3/h%（元/m3）（元）冷却塔1240033.7533夏季每天运行费用（元）2342.4夏季运行天数（天）40夏季运行费用（元）93698124 冬季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）水泵及辅材6.942127.5885.10.45398.3名称当量时间耗油量总耗油量柴油单价运行油费（h/天）（L/h）（L）（元/L）（元）锅炉12198.02970.07.321681.0冬季每天运行费用（元）22079.3冬季运行天数（天）75冬季运行费用（元）1655947全年运行费用（元）1749645表6.2.22号能源站常规全年空调运行费用计算表夏季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.94210407219.70.453248.9水泵及辅材1246155320.452489.4夏季空调运行水费名称当量时间水量补水率水单价水费（h/天）m3/h%（元/m3）（元）冷却塔12142033.71891夏季每天运行费用（元）7629.7夏季运行天数（天）40夏季运行费用（元）305188冬季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）水泵及辅材6.9422231548.10.45696.6名称当量时间耗油量总耗油量柴油单价运行油费（h/天）（L/h）（L）（元/L）（元）锅炉12594.08910.07.365043.0冬季每天运行费用（元）65739.6冬季运行天数（天）75冬季运行费用（元）4930472全年运行费用（元）5235660表6.2.33号能源站常规全年空调运行费用计算表夏季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.94211307844.50.453530.0水泵及辅材12481.557780.452600.1124 夏季空调运行水费名称当量时间水量补水率水单价水费（h/天）m3/h%（元/m3）（元）冷却塔12113633.71513夏季每天运行费用（元）7643.3夏季运行天数（天）40夏季运行费用（元）305730冬季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）水泵及辅材6.9421951353.70.45609.2名称当量时间耗油量总耗油量柴油单价运行油费（h/天）（L/h）（L）（元/L）（元）锅炉12424.06360.07.346428.0冬季每天运行费用（元）47037.2冬季运行天数（天）75冬季运行费用（元）3527787全年运行费用（元）3833517（注：表中设备功率详见设备明细表）6.2.2地源热泵空调系统全年运行费用计算表6.2.41号能源站地源热泵空调系统全年运行费用计算表夏季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.9422561777.20.45799.7水泵及辅材1212615120.45680.4夏季每天运行费用（元）1480.1夏季运行天数（天）40夏季运行费用（元）59205冬季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.9423702568.50.451155.8水泵及辅材1212615120.45680.4冬季每天运行费用（元）1836.2冬季运行天数（天）75冬季运行费用（元）137718全年运行费用（元）196923124 表6.2.52号能源站地源热泵空调系统全年运行费用计算表夏季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.9427925498.10.452474.1水泵及辅材1238946680.452100.6夏季每天运行费用（元）4574.7夏季运行天数（天）40夏季运行费用（元）182989冬季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.94210887552.90.453398.8水泵及辅材1238946680.452100.6冬季每天运行费用（元）5499.4冬季运行天数（天）75冬季运行费用（元）412455全年运行费用（元）595444表6.2.63号能源站地源热泵空调系统全年运行费用计算表夏季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.9426444470.60.452011.8水泵及辅材1232338760.451744.2夏季每天运行费用（元）3756.0夏季运行天数（天）40夏季运行费用（元）150240冬季空调运行电费名称当量时间设备功率耗电量电单价运行电费（h/天）（kw）（kWh）（元/kWh）（元）主机6.9428886164.50.452774.0水泵及辅材1232338760.451744.2冬季每天运行费用（元）4518.2冬季运行天数（天）75冬季运行费用（元）338867全年运行费用（元）489106（注：表中设备功率详见设备表）又上可知，各能源站不同空调系统的运行费用如表6.2.7所示：124 表6.2.7能源站空调系统全年运行费用供能区域地源热泵空调系统运行费用（万元）常规系统水冷+热水机组运行费用（万元）节省费用（万元）1号能源站19.6174.9155.32号能源站59.5523.54643号能源站48.9383.3334.46.3投资方式分析6.3.1一次性投资目前X大学花溪校区扩建工程（二期）地源热泵空调系统的建设主要资金来源为学校自有资金及部分银行贷款，建设工期是影响项目投资效益的重要因素。对于使用一定比例信贷资金的建设项目，工期越长项目承担的利息就越多。对建设工期的评价主要是将项目实际建设工期与对照标准比较，对照标准一般有项目计划建设工程和其他地区或单位类似工程的建设工期。通过对比，找到建设项目时间管理的差距，评价建设速度的快慢和建设工期对投资效益的影响。地源热泵空调系统设计期间可以与学院整体建设规划同时进行，预留打井区域，地源热泵空调系统在建设时间上与常规空调系统并没有差距。其次，还应对建设项目进行财务评价，包括财务盈利能力分析和偿债能力分析。主要是通过对建设项目投资回收期、财务净现值、内部收益率等经济指标的计算、分析，评价项目建设投产后的获利能力。另外，还需编制现金流量表，进行现金流量分析；编制借款还本付息表，进行偿债能力分析，评价项目贷款偿还能力，6.4节进行详细的分析。124 6.4投资收益及回收期分析6.4.11号能源站投资收益及回收期分析1号能源站常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行费用与地源热泵空调系统初投资及全年运行费用对比见图6.4.1。图6.4.1各方案初投资及全年运行费汇总图可以看出，采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用155.3万元，增加的初投资为601.2万元。由下面公式计算静态回收期：其中:N——静态回收期，年；T——增加的初投资费用，万元；Q——每年节约运行费，万元；可得：与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为3.9年。124 动态投资回收期按照如下方法计算（银行基准利率按为6.4%）表6.4.1现金流量表单位：万元根据累计现金流量的计算可以求得投资回收期：式中：Pt---投资回收期N---累计净现金流量开始出现正值的年份数A---上年累计现金净流量的绝对值B---当年现金净流量计算可得，与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的动态投资回收期为5.6年。124 6.4.22号能源站投资收益及回收期分析2号能源站常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行费用与地源热泵空调系统初投资及全年运行费用对比见图6.4.2。图6.4.2各方案初投资及全年运行费汇总图可以看出，采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用464万元，增加的初投资为2257.6万元。由下面公式计算静态回收期：其中:N——静态回收期，年；T——增加的初投资费用，万元；Q——每年节约运行费，万元；可得：与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为4.8年。动态投资回收期按照如下方法计算（银行基准利率按为6.4%）124 表6.4.2现金流量表单位：万元根据累计现金流量的计算可以求得投资回收期：式中：Pt---投资回收期N---累计净现金流量开始出现正值的年份数A---上年累计现金净流量的绝对值B---当年现金净流量计算可得，与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的动态投资回收期为7.0年。6.4.33号能源站投资收益及回收期分析3号能源站常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行费用与地源热泵空调系统初投资及全年运行费用对比见图6.4.3。124 图6.4.3各方案初投资及全年运行费汇总图可以看出，采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用334.4万元，增加的初投资为1705.6万元。由下面公式计算静态回收期：其中:N——静态回收期，年；T——增加的初投资费用，万元；Q——每年节约运行费，万元；可得：与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为5.1年。动态投资回收期按照如下方法计算（银行基准利率按为6.4%）124 表6.4.3现金流量表单位：万元根据累计现金流量的计算可以求得投资回收期：式中：Pt---投资回收期N---累计净现金流量开始出现正值的年份数A---上年累计现金净流量的绝对值B---当年现金净流量计算可得，与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的动态投资回收期为7.3年。124 第七章进度计划与安排阶段起止时间具体内容说明建设前期工作阶段2014．6月考察、立项设计阶段2014．7至2014.9室内、外工程设计建设准备阶段2014．10至2014.12室外勘察及管线布置协调建设实施阶段2015．1至2015.12室内外设备及管线安装竣工验收阶段2016．1-2016.2热泵系统能效测评及竣工验收备注说明：本工程分部实施；第八章运行维护及检测预留方案8.1运行监测与节能控制自动控制系统是节能技术充分发挥优势的重要保障。其作用不仅可以提高调节质量、降低冷（热）量的消耗、节约能量，同时还可以减轻劳动强度，减少运行管理人员，提高劳动生产率和技术管理水平。本项目建议设置智能化监控系统，一方面对空调系统实现监视、控制、自我诊断及故障报警等，保证系统的正常和高效运行。另一方面，采集系统运行数据，为贵阳地区开展利用热泵技术降低建筑能耗的研究提供相关数据，为管理部门检查提供项目后评估的基础数据。同时，也可为类似项目提供经验，推动建筑节能工作的发展。智能化监控系统主要包括运行监测与控制、数据检测与采集两大主要部分。124 系统节能控制主要包括冷热源机组、冷冻（热）水泵、地埋管换热器以及空调机组、新风机组、风机盘管等的运行状态监测与优化节能控制。各项运行参数及故障原因显示可通过主机自配的微电脑专用数据通讯接口直接输至中央监控室。具体控制内容如下：8.1.1冷热源机组监测冷热源机组进、出口水温和流量，根据实际负荷，从而自动控制冷热源机组、水泵的启停和机组运行的负荷率，避免主机的低负荷运行或过载运行，维持主机的运行高效率，实现冷热源的优化节能运行。在冷热源机组的所有出水管上设置电动阀门。冷热源机组运行台数与负荷侧水泵连锁控制，冷热源机组、冷热源机组冷（热）水电动阀门、负荷侧水泵连锁动作。保证投入运行的机组的流量分配要求，使未投入运行的机组在停机阶段承压降低。监测和显示冷热源（地源热泵机组）进、出口压差，为适时维修、清洗提供数据信息。8.1.2负荷侧空调水系统空调负荷侧水泵采用变流量运行，其运行与对应的冷热源机组连锁。监测和显示水泵和水过滤器进、出口压差，为适时检测维修提供数据信息。水泵进出口都有压力检测点，保证其正常运行，水泵都有能耗监测，启停控制检测，手/自动控制状态点，便于系统COP对比和运行控制。8.1.3地埋管换热器系统124 地埋管系统的换热能力是保证系统稳定运行的关键因素，相关研究表明系统的持续运行，地埋管换热器的单位换热量在短时间内呈上升趋势，在之后的一段时间内换热量趋于稳定，若长时间不间断运行，因为地下土壤或者岩层的导热系数较小，会造成地埋管周围土壤的温度逐渐升高或者降低造成热堆积或者冷积累现象，若此情况得不到改善会造成系统的能效比下降甚至系统不能正常运行。本项目的实际运行工况是教学区域白天运行，能够给地埋管周围的土壤留出足够的热恢复时间。地埋管系统采用二级分集水器布置，有利于各个分区的轮换使用。在每个地埋管系统分区的干管及一级分集水器上设置温度传感器，由地源热泵机房的中央控制系统实时监测运行温差，并对分区干管的温度值与一级分集水器的温度值进行比较以判断地埋管换热系统的运行情况。干管的控制阀门选择电动蝶阀，简化分区轮换使用的操作流程。为准确的监测地埋管区域地下土壤的温度变化情况，在地埋管区域设置5口监测井，每口监测井在10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m、90m、100m的深度节点上设置温度传感器对地埋管区域的土壤温度进行监测。8.2预留方案本监控系统对空调系统运行相关参数进行检测和采集后，对有研究与分析价值、应长期进行保存的数据，建立历史文件数据库，作为系统运行状态监视、管理水平评估、运行参数进一步优化及作为设备管理自动化的依据。另一方面，采集系统运行数据，可为实际节能效果的检验提供依据，为管理部门检查提供项目后评估的基础数据，也可为类似项目提供经验。通过预留相关的数据采集接口，对运行数据的监测及记录，特别是空调系统的主机和管道系统的各类参数，如温度、流量、压力、电流参数、开关信号等进行远程集中监控，并记录存储，以此来判定系统运行是否正常，也能检验设计与实际运行是否相符，并能为可能采取的能量计量方案提供实施的技术保障。项目需要的基本检测内容和数据采集包括：124 8.2.1冷热源部分检测并记录每台地源热泵冷（热）水机组进、出口水温、流量和进出口压力，以此计算冷热源机组实际冷热负荷和流动阻力。检测并记录每台冷热源机组的运行电流、电压、电功率，以此计算冷热源机组实际耗电量。根据冷热源机组冷（热）水进出的压差，判定机组是否应进行清洗。8.2.2水泵部分检测并记录所有水泵的运行状态、运行电流、电压、电功率，水泵进、出口流量和压力，以此计算水泵的实际耗电量和实际运行效率。8.2.3水处理设备部分检测设备进出口压差，作为设备防堵的预防措施。8.2.4水管路系统检测并记录分水器、集水器各水系统供、回水干管水温和流量，以此掌握末端系统的实际冷热负荷。通过系统在线监测数据，可以得出评价本系统的一些指标：（1）机组能效EER（COP）在制冷（热）模式下，机组蒸发器（冷凝器）侧进回水温度及管路流量检测及机组能耗检测计算出机组的EER（COP）。（2）机房系统能效比同机组的能效比计算方法类似，在制冷（热）模式下，机组蒸发器（冷凝器）侧进回水温度及管路流量检测及水源热泵机房系统所有耗电设备能耗检测计算出机房的系统能效比。（不含末端）124 8.2.5生活热水系统本项目的生活热水系统，在空调机房内设置全热回收机组，夏季回收空调机组的产生的热量，冬季单独设置生活热水机组，满足校区内师生的日常生活热水的需求，经过计算在满足校区的每日每人用水量60L的情况下，冬季需要增加6台螺杆式地源热泵机组提供生活热水（单台机组的制热量为1150KW,功率238KW),增加地埋井940口，增加的初投资约为3580万元。但生活热水系统采用地源热泵初投资成本太高，且能源站与宿舍楼距离过远，输送能耗过高，建议业主采取分栋设置空气源热泵热水机组，减少了初投资。8.2.6错峰运行据校方反映，X大学其他校区的宿舍并未设置空调系统，校方为统筹规划，减少初投资，建议取消花溪新校区学生宿舍的空调系统，只供能公共教学区域的建筑和学生宿舍的生活热水。由于校区内的公共建筑面积大于学生宿舍建筑的面积，公共教学区域的总供能量大于学生宿舍区域的供能量，所以供能公共教学区域，错锋运行可作为预留方案来满足学生宿舍区域夜间供能需求。结合学校的实际使用情况特点，也为了减少初投资，所以本次校区地源热泵空调系统只供能公共教学区域的建筑。124 第九章效益及风险分析9.1环境影响分析贵阳属于冬冷夏热地区，夏季十分潮湿，闷热。冬季湿度高，达到73%～83%，这期间日照相对又较少，潮湿水汽从人体中吸收热量，因而阴冷寒凉。该地区夏季供冷天数和冬季供热天数相当，根据热负荷计算及热平衡分析得出：从表中可以看出，1号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为1815622.6MJ，冬季向地下吸收热量为2128235.7MJ，地源热泵空调系统运行冷积累量为312613.1MJ/年。2号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为6781946.4MJ，冬季向地下吸收热量为6885282.0MJ，地源热泵系统运行冷积累量为103335.6MJ/年。3号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为5324352.6MJ，冬季向地下吸收热量为5450363.2MJ，地源热泵系统运行冷积累量为126010.6MJ/年。考虑地源热泵空调系统运行会造大量冷积累量。考虑到几年以后土壤内冷量堆积，冬季空调取热量难以保证，必须要对地埋管换热系统进行辅助加热措施。目前国内常用的辅助加热措施有：电加热、燃气锅炉加热、太阳能加热措施等，考虑到电加热及燃气加热措施对环境影响较大，且很不节能，本项目考虑在非空调季节采用太阳能辅助加热措施来对地埋管系统进行地下热补偿。太阳能辅助加热系统每天需向地下排放的热量为：124 供能区域年冷堆积量（MJ)排热天数太阳能辅助系统每天排热量（MJ)1号能源站312613.1506252.32号能源站103335.7502066.73号能源站126010.6502520.2通过以上分析可以得出：项目的地下岩土体的热量吸收及散热总量通过太阳能辅助加热措施可以保证在平衡状态。地源热泵系统施工及运行过程中无有毒有害的物质产生，在地埋管钻井完毕后及时采用原浆及混凝土回填，不会对地下水造成污染，地埋管内的水系统为闭式循环，与大地之间只进行热量交换，不抽取地下水，不会对地下水位造成影响。9.2项目推广前景分析地源热泵项目在中国已经有了大量的应用实例，但是因为X地区的地质构造为喀斯特地貌，在这种地质条件下对完成地埋管换热器的成井及回填都是非常困难的，这也是阻碍地埋管地源热泵项目在X实施的主要因素。在地埋管地源热泵的工程应用中，北京及镇江的一些实际工程项目在钻井过程中也遇到大量的岩石断层或者溶洞，在钻井和回填带来了施工困难，经技术处理之后，达到了地源热泵地埋管的技术要求，地源热泵空调系统的成功实施为本项目提供了直接的参考作用。地源热泵机组的零排放对整个校区的生态破坏减到了最小，这对于X大学改善室内热舒适状况和申请绿色校园起到重要作用。9.3风险分析9.3.1地质情况及技术风险地源热泵技术在国外和国内已经进行了大量的研究和应用，技术已经成熟；在X地区的应用贵阳职业学院的水平埋管、X124 财经大学的垂直埋管，多彩X城的垂直埋管。根据《X大学花溪校区扩建工程（二期）地源热泵空调系统地下换热器热响应测试报告》和本项目打井区域的地勘报告：（1）打井区域内岩溶为覆盖型，可溶岩（白云岩）被土层所覆盖，场地溶槽溶沟较发育，但以竖向发育为主且深度不大，岩溶横向发育规模相对较小，场地属岩溶强发育，地段地下水位标高为1116.30m左右，岩溶水主要为岩溶缝隙水和溶洞水。（2）通过对测试井内双U换热管地下换热性能测试可得，项目地区域在制冷工况下竖直地埋管地下单位深度换热量约为6.60KW/100m(双U管)，在供暖工况下地下单位深度换热量约为5.24KW/100m。项目所在地区属于喀斯特地貌，地下溶洞及断层比较发育，在钻井过程中应采取措施避免因溶洞或者断层造成成井困难或者回填不密实。项目地质情况符合实施地源热泵的地质条件要求。9.3.2投资及成本风险本项目地源热泵空调系统较常规空调系统初投资较高，1号能源站采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用155.3万元，增加的初投资为601.3万元。与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为3.9年，动态投资回收期为5.6年。2号能源站采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用464万元，增加的初投资为2257.6万元。与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为4.8年，动态投资回收期为7.0年。124 3号能源站采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用334.4万元，增加的初投资为1705.6万元。与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为5.1年，动态投资回收期为7.3年。贵阳被财政部、国家发改委选定为第一批节能减排财政政策综合示范城市，本项目基本符合可再生能源示范项目的条件，可申请为节能示范项目，争取政府补贴。但补贴的额度与申请成功与否，取决于诸多因素，本报告不能确定，若成功申请节能专项资金补贴，将大大降低项目实施的资金风险。9.3.3其他风险地源热泵空调系统施工过程中可能出现的特殊情况，可能影响施工周期，地源热泵空调系统的成功应用对施工质量要求非常严格，地源热泵空调系统在施工过程中必须严格控制工程质量，质量的好坏是系统成功应用的关键因素之一。9.3.4保证项目成功运行的技术措施1、换热井施工保障本项目地质条件复杂，地下岩石层的岩石的硬度很高，并伴有局部碎石和碎石层，而钻井的工程量很大，给施工带来极大的困难，若采用常规钻机进行换热井钻井，钻取每口换热井的的时间在5—124 6天，倘若遇到断层及岩石塌方出现卡住钻杆的情况，钻井的时间更长甚至需重新钻井。故换热井的施工需考虑特殊设备及特殊施工工艺，建议采用履带式潜孔凿岩钻机带套管的施工方式，确保工程按质按量准时完成。钻井的深度要考虑到在拔取钻杆过程中土块塌落及泥浆沉淀对井深的影响，保证钻井深度达到换热管道下管时深度要求。本项目的换热井布置集中，间距小，这样大规模的群集布置换热井在钻井过程中极易出现钻孔偏斜或者倾斜的情况，甚至相邻钻孔相互串通，这在以前的实际工程项目中出现过，因此在钻孔过程中必须采取相关措施保证钻孔倾斜度小于1.5%。在钻孔过程遇到局部碎石及流沙层时应当采取护孔措施。由于项目钻孔数量多，肯定会有大量施工机械及操作人员同时施工，为保证安全，对钻井区域分片进行施工，地埋管间距为4m，矩阵平行布置，设备施工间距应在10m以上，考虑到地下水的喷洒，安全施工间距应控制在12m以上。2、换热管道下管换热井钻到设计深度以后，应立即实施换热管道下管工作，否则会因泥浆沉淀影响换热井有效深度及孔壁垮塌造成下管困难。由于换热管道施工完毕后无法维修，拔出换热管道也非常困难，为保证施工质量，换热管道的连接应该采用专用管件连接，特别是换热管道前端的U型弯管接头必须采用加长加厚的专用导头，不得采用现场弯头热熔焊接制作，建议U型弯头与换热管道由厂家焊接完成以保证产品质量。124 换热管道在下管前应检查管道外壁是否受到刮伤，若刮伤严重的不能使用，管道不应有折断扭结等问题，然后按设计要求对管道在地面进行压力试验；下换热管之前按设计要求进行水压试验。在试验压力下，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3%，且无泄漏现象。将其密封保持有压状态，安装固定管卡以防止换热管道在换热井中相互紧贴形成热短路现象，管卡如图所示：图9.1固定管卡及安装示意图下管采用人工下管，速度要均匀，防止下管过程中损坏塑料管，如果遇有障碍和不顺畅现象，应及时查明原因，待做好处理后才能继续下管.为保证换热效果，换热支管之间需保持距离，换热管道到位后，提起下管钻杆，提杆过程中应防止换热器上浮，如发现上浮立即采取措施，确保管下到位。换热管道自下管试压日起到水平管网连接时应保持管道压力以便检查管道施工质量及避免在施工过程中进入杂物到换热管道中。3、换热井回填如何有效的提高地埋管换热器的导热能力，有效的从地下吸取或者排放热量，是提高换热器换热性能的关键所在。回填材料是用于填充地下换热器钻孔与地层之间的材料，是连接换热器与土层之间的换热介质，其传热性能将直接影响整个换热器的性能。从热阻分析来看，回填材料的热阻在换热器未运行时占总热阻的20%，因此，增大回填材料的热导率可以增加换热器的取放热量。良好的回填材料，不仅具有良好的护壁作用，还能降低换热管井与周围土壤的换热热阻，提高换热管网与周围土壤的换热能力。回填材料具有以下重要作用：124 （1）传递热量。作为U型管换热器和周围地层的传热介质，它将地下可利用的浅层地热能传递到换热器中，以供给系统的需要。（2）填充固结。当在钻孔中下入U型管后，需要回填密实的回填材料，将U型管换热器固定在钻孔内。（3）密封钻孔。回填材料可以将钻孔密封，回填材料要能保护U型管换热器不受地下水及其他污染物的影响，防止地面水通过钻孔向地下渗透，以保护地下水不受地表水污染，并防止地下各含水层之间水质的移动引起交叉污染。在选择井孔回填材料时必须以地质勘察和岩土热物性参数的测试结果为基础，根据不同的地质条件选择不同的回填材料，同时在回填的时候要注意回填料的成分配比优化，使其能够达到最佳的效果。回填材料除了应该具有良好的导热性能外，还应具备满足施工需要的良好工作性，具有抗渗性和强度，良好的密封性，具备一定的膨胀性，可以使回填材料与地埋管以及孔壁较好的结合在一起。另外还有考虑回填材料是否对环境有污染以及耐久性、经济性等问题。因此回填材料的配比要同时满足这几方面的性能要求。在理论上，将钻孔过程中所排出的原浆进行回填，可以最经济的获得与地层较为一致的热物性。但是由于施工过程的影响，这些排出的岩土体受到了扰动，已不具备与地层相同的热物性参数，因此单纯的原浆回填难以保证较好的回填效果。建议回填材料为“原浆+膨润土+快速凝结剂+细沙自然渗透法”124 。在回填过程中应当采用机械回填，人工回填难以保证回填质量，易产生回填不密实的情况，回填不密实会对U型管与岩石主体间的换热产生本质的不利影响。机械回填是使用机械设备通过插入井底的导管将回填材料泵入井中，适用于各种地质情况。这种方法有利于回填浆料逐层充满井体，回填层均匀且能够保证回填的密实性，从而保证了回填的质量。回填不密实的地埋管会影响地埋管换热器的换热效果，不能充分发挥地埋管换热器的换热作用，进而影响系统的制冷或者供暖。其次，回填空腔的出现，使得地埋管不能固定，大范围的空腔可能致使地埋管的下沉而损坏整个换热管网，还会造成地表水下渗污染地下水。图9.2回填不密实示意图因此对于地埋管的回填要严格遵照规范的要求进行，回填材料应在U型管安装完毕后立即进行，采用机械灌浆回填并保持回填过程连续稳定进行，灌浆管逐渐抽出使回填材料自下而上灌注封孔，确保钻孔灌浆密实无空腔。在灌浆过程中，遇到溶洞溶槽等意外情况时，应采取特殊的灌浆软性套管来保证灌浆的效果，否则可能出现在灌浆过程中回填材料流入溶洞溶槽中致使溶洞或者溶槽以上钻孔无法回填，对该换热井的换热能力产生严重影响。单口换热井的回填量在不考虑断层及溶洞情况下回填量可按下式计算：V=β·L·A式中：β为回灌密实度系数，取0.8---0.85；L为孔深度，单位米；124 A为换热井截面积（不包含换热管道所占用面积）单位m2。在回填过程中回填速度不宜过快，要根据配料比、孔径大小选择合适的速度匀速回填，一次回填完毕后待回填料自然沉淀凝固后再次回填出现的凹陷，直至全部回填密实。若采用潜孔凿岩钻机钻孔时，凿岩机配置的空气压力达到2.0MPa，若在刚回填完毕的换热井附近实施钻孔作业，地下碎石层会在高压作用下形成连通并挤压碎石层的细小碎石及水从邻近的换热井中排出，不但影响邻近换热井的回填，还会造成管道损坏。所以在刚回填完毕的换热井附近实施钻井作业时必须等邻近换热井回填料凝固完全以后方可进行。4、水平管网的施工水平管网的连接换热井与机房系统的重要部件，应在所有换热管道下管完毕后进行。水平管道宜采用直埋敷设，敷设深度在冻土层深度之下0.6m。但是最低不得小于1.5米。水平管沟开挖之前应查明开挖区域地下管线埋设情况，避免施工过程中损坏既有管线造成不必要的损失。开挖过程中应保证管沟沟底的平整度，管沟的宽度应符合施工作业及施工安全的要求。水平管网在施工前应在沟底敷设一层不小于管径厚度的细沙，在施工过程中，应防止石块等重物撞击管身，管道也不能有折断。扭结等问题，管道转弯处应光滑及采取固定措施。水平管网安装完毕经检查及水压试验合格后应对管沟及时回填，回填时管道顶部应铺设不小于管径厚度的细沙，回填料应细小均匀，不能还有石块等尖锐物体，以免在回填过程中损伤管道，回填完毕后应对回填层进行夯实。124 5、地埋管运行水质地埋管系统在施工完毕后应该严格按照规范要求进行系统冲洗，在运行过程中的循环水补水为自来水。系统运行过程简单循环水受到的污染小，聚乙烯PE管内壁光滑，不易结垢。PE管内表面当量绝对粗糙比值是钢管的1/20。但是由于地埋管埋入地下后后期维护非常困难，因此还是应当考虑地埋管系统管道除垢的问题，应对系统补水进行软化处理后补入地埋管系统。6、地埋管的使用年限及运行维护地埋管换热器材料成分主要是聚乙烯，该材料无臭，无毒,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,管道使用寿命长，可达50年以上，这是国外根据聚乙烯管材环向抗拉强度的长期静水压设计基础值(HDB)确定的，已被国际标准确认。地埋管换热器埋入土壤中后系统运行工况简单，循环介质无腐蚀性，换热井回填材料也是回填后一次成型并且不会对换热管道造成腐蚀作用。参照国外的已经运行多年的系统，地源热泵系统使用寿命可达40—50年。地埋管材质为高密度聚乙烯管道（HDPE），具有独特的柔韧性，其断裂伸长率一般超过500%，最小弯曲半径只需管道直径的20-25倍，还有优良的耐刮伤痕的能力，敷设的时候可以弯曲和穿插，对管道基础适应能力强，适宜用于地震地区，聚乙烯管道的抗震性比建筑物好很多。2008年5.12地震时，重庆荣昌医院地源热泵已建成并投入运行，地震后扔正常运行，未受破坏。124 7、系统分区运行，分区域控制本项目埋管数量巨大，埋管区域分散，若不对地埋管系统进行分区控制，将很难保证系统运行效果。对于这样庞大的系统，建议换热井水平管道连接采用二级分集水器加同程式布置的方式，每个分区内的换热井通过同程管道与各二级分集水器连接，二级分集水通过水平干管与总分、集水器连接，整个地藕系统设计为分区同程系统，全部采用热融连接。在总分、集水器检修井内设置每个分区的流量平衡阀及电动蝶阀。随着空调末端负荷的变化，变频热泵机组自动调节制冷/供暖量，并通过中央空调控制中心调整二级分集水器干管电动蝶阀的启闭来调整地埋管换热器的开启运行数量，充分挖掘了地源热泵空调系统的节能潜力，同时可以延长部分区域土壤温度的恢复期，从而有效缓解部分区域土壤温度的连续升高或降低，有效缓解热堆积现象，保证土壤的热稳定性。这种地源热泵空调系统不仅具有节能效果，而且有利于系统的长期稳定运行。地埋管系统埋地施工完毕后，使用时间可达50年。本项目埋管数量巨大，埋管区域广，在以后使用过程中即使出现意外破坏某些地埋管，也可以关闭该地埋管的分区干管以保证其他地埋管换热器的正常使用，提高系统的抗风险能力。124 第十章结论与建议10.1结论10.1.1地质条件及换热能力项目所在地打井区域内岩溶为覆盖型，可溶岩（白云岩）被土层所覆盖，场地溶槽溶沟较发育，但以竖向发育为主且深度不大，岩溶横向发育规模相对较小，场地属岩溶强发育，地段地下水位标高为1116.30m左右，岩溶水主要为岩溶缝隙水和溶洞水。打井区域内由于碳酸盐岩广泛分布，岩溶发育，当吸收降水后地下水沿岩石中的节理缝隙、溶蚀裂隙等地下网络系统运移至地势低洼处，以泉水及地下暗河的形式排泄。当第四系松散层吸收大气降水补给后，其透水性强，储水能力弱，具有就地补给就地排泄的特征。经热物性测试表明，在项目所在地的地质条件下制冷工况下竖直地埋管地下单位深度换热量约为6.60KW/100m(双U管)，地温恢复时间为16小时;在供暖工况下地下单位深度换热量约为5.24KW/100m，地温恢复时间为18小时。项目所在地地质稳定，换热能力强，地温恢复时间快，但是溶洞及断层也有机率出现，在施工过程中必须采取措施保证换热井的钻井及回填密实度，以保证换热井的换热能力。124 10.1.2热平衡分析及解决方案A、地源热泵系统热平衡分析从表中可以看出，1号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为1815622.6MJ，冬季向地下吸收热量为2128235.7MJ，地源热泵空调系统运行冷积累量为312613.1MJ/年。2号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为6781946.4MJ，冬季向地下吸收热量为6885282.0MJ，地源热泵系统运行冷积累量为103335.6MJ/年。3号能源站地源热泵空调系统夏季向地下排放热量为5324352.6MJ，冬季向地下吸收热量为5450363.2MJ，地源热泵系统运行冷积累量为126010.6MJ/年。B、地源热泵系统热平衡解决方案考虑地源热泵空调系统运行会造大量冷积累量。考虑到几年以后土壤内冷量堆积，冬季空调取热量难以保证，必须要对地埋管换热系统进行辅助加热措施。目前国内常用的辅助加热措施有：电加热、燃气锅炉加热、太阳能加热措施等，考虑到电加热及燃气加热措施对环境影响较大，且很不节能，本项目考虑在非空调季节采用太阳能辅助加热措施来对地埋管系统进行地下热补偿。太阳能辅助加热系统每天需向地下排放的热量为：Q=Q冷积累/n式中，Q——太阳能辅助加热系统每天向地下排热量，MJ/天；Q冷积累——地源热泵系统年运行冷积累量，MJ；124 n——非空调季节太阳能系统有效运行计算天数，50天。能源站非空调季节排放热量如下表所示：供能区域年冷堆积量（MJ)排热天数太阳能辅助系统每天排热量（MJ)1号能源站312613.1506252.32号能源站103335.7502066.73号能源站126010.6502520.210.1.3方案选择本项目的整个校区均采用地源热泵空调系统。根据计算冷热负荷及各建筑物运行工况特点，1号能源站机房选择2台螺杆式地源热泵机组为空调系统提供冷热水。2号能源站机房选择4台螺杆式地源热泵机组为空调系统提供冷热水。3号能源站机房选择4台螺杆式地源热泵机组为空调系统提供冷热水。1、2、3号能源站地埋管水系统均为一次泵定流量机械循环闭式系统。空调冷、热水系统采用一次泵定流量，二次泵变流量闭式机械循环系统，空调系统一次循环水泵与空调主机一对一进行配置，流量按空调主机冬季冷凝器所需流量确定，根据建筑群的具体布置分别设置分区，空调系统每个分区均设置二次循环水泵输送空调循环水至各分区，二次循环泵根据每个分区供、回水的压差进行变频控制。10.1.4方案经济性本项目地源热泵空调系统较常规空调系统初投资较高。但从整个系统的运行时间来考虑，项目建设收益是可观的。1号能源站采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用155.3万元，增加的初投资为601.3万元。与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为3.9年，动态投资回收期为5.6年。124 2号能源站采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用464万元，增加的初投资为2257.6万元。与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为4.8年，动态投资回收期为7.0年。3号能源站采用地源热泵系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统每年可节约运行费用334.4万元，增加的初投资为1705.6万元。与采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统相比，地源热泵系统的增量成本静态投资回收期为5.1年，动态投资回收期为7.3年。经对比可看出，地源热泵系统作为该项目的可再生能源应用方案，具有显著的节能及投资效益。10.1.5节能量1号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤196吨/年，减少CO2排放516吨/年，减少SO2排放1.67吨/年，减少NO2排放1.45吨/年，节省自来水5097吨/年。节约一次能为0.56×1010kJ，一次能节能率达到56.1%。2号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤566吨/年，减少CO2排放1488吨/年，减少SO2排放4.82吨/年，减少NO2排放4.19吨/年，节省自来水20488吨/年。节约一次能为0.17×1011kJ，一次能节能率达到55.0%。124 3号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤424吨/年，减少CO2排放1114吨/年，减少SO2排放3.61吨/年，减少NO2排放3.14吨/年，节省自来水16385吨/年。节约一次能为0.12×1011kJ，一次能节能率达到52.7%。10.2建议为更好的保证整个项目地源热泵系统有效运行，建议项目业主及建设方相关单位后续完善以下几个方面的工作：（1）在施工及建设后期，对地源热泵系统进行试验调试及试运行，并对相关运行参数进行搜集、统计及分析，从而保证地源热泵系统施工过程稳定可靠，及后期地源热泵系统的正常运行；（2）在工程完工后，对地源热泵系统进行调试、试运行及后期正常运行的在线监测、记录、调试、统计及相关分析，从而给出整个系统在各个季节运行的最优化控制策略；（3）建立贵阳市地源热泵系统系统示范基地，邀请并组织各高校、企业及事业单位相关技术人员前来学习、交流及讨论，提高可再生能源应用的普及程度。124 第十一章技术支持与证明材料11.1技术支持11.1.1项目执行单位X大学创建于1902年，历经X大学堂、省立X大学、国立X农工学院、国立X大学等时期，1950年10月定名为X大学。1997年8月，与X农学院等院校合并。2004年8月，与X工业大学合并；同年12月，成为教育部与X省人民政府共建高校；2005年9月，进入国家“211工程”大学建设行列；2012年，被列为国家“中西部高校综合能力提升工程”14所高校之一。　　1951年11月，毛泽东同志亲笔题写“X大学”校名。1985至1988年，胡锦涛同志在X任省委书记时，十分关心X大学的建设和发展，多次到学校视察和指导工作，并成为学校85级应用数学班的“名誉班员”。2011年5月，习近平同志视察X大学，殷切希望X大学在X124 经济社会发展中作出更大的贡献。　　学校占地面积4354.6亩，图书馆现有馆藏纸质文献310余万册，中外文电子图书191余万册，中外文数据库43个。学校设有33个学院、有136个本科专业，涵盖哲学、经济学、法学、文学、历史学、教育学、理学、工学、农学、管理学、艺术学等11个学科门类。在校全日制本科学生46346人，研究生8775人；在校学生中有少数民族学生14020人。有在职职工4004人，其中具有博士学位494人、硕士学位1036人，教授546人、副教授968人。有中国工程院院士1人、教育部“长江学者奖励计划”特聘（讲座）教授3人、“候鸟型”高层次人才17人、国家杰出青年科学基金获得者1人、万人计划1人、千人计划1人、中央直接掌握联系专家3人、国务院学位委员会学科评议组成员1人、国家有突出贡献中青年专家7人、百千万人才工程专家6人、教育部高等学校教学指导委员会委员19人、教育部新世纪优秀科技人才14人、X省首批荣誉核心专家1人、X省核心专家8人、X省省管专家55人、X省青年创新人才11人、X省优秀青年科技人才67人。　　学校拥有国家级重点学科1个、“211工程”三期重点建设学科8个、省级重点学科24个、省级特色重点学科17个、博士后科研流动站5个、一级学科博士学位授权点9个、二级学科博士学位授权点46个、一级学科硕士学位授权点46个、二级学科硕士学位授权点196个、专业硕士学位授权点10个，并被授权开展高校教师和职业学校教师在职攻读硕士学位工作。学校现有国家工程技术研究中心（共建）1个、国家重点实验室培育基地1个、国家地方联合工程实验室（工程研究中心）2个、教育部重点实验室（中心）6个、省级重点实验室（中心、基地）37个、省教育厅批准成立的特色重点实验室（协同创新中心、工程中心、基地）12个、国家级教学基地及示范点5个、省部级文科基地9个（其中省级人文社科研究基地5个）。学校尤其注重培育发展特色优势学科和服务X124 区域经济社会发展，建有中国白酒研究院、少数民族风情生态旅游研究中心、生态城镇化规划研究中心、石漠化改造与生态农业研究中心、东盟研究院、阳明研究院、遵义红色文化与马克思主义中国化研究中心、中国西部发展能力研究中心、贵阳创新驱动发展战略研究院等研究机构。11.1.2技术合作单位介绍重庆中博工程设计咨询有限公司系经建设部批准的建筑和市政乙级设计单位。公司现拥有建筑行业、市政道路、给水排水乙级等设计资质，可以承担包括市政道路设计、自来水厂设计、污水处理厂设计、民用建筑设计、建筑装饰工程设计、建筑幕墙工程设计、轻型钢结构工程设计、建筑智能化系统设计、照明工程设计和消防设施工程等项目的规划设计。重庆中博工程设计咨询有限公司现拥有职工40余人，其中国家一级注册建筑师2名，国家一级注册结构师3名，国家注册公用设备工程师2名，高级工程师10名，中级职称10人，重庆市建委专家库专家组成员3人。公司负责人及主要设计人员均由重庆市大型设计院的设计精英组成，设计质量和服务意识好。我公司在建筑、市政设计领域承揽了大量的项目，公司领导和骨干设计人员均有10年以上设计经验，工程遍及重庆市及周边省、市、自治区。公司承接的设计项目包括有开县城区给水管网工程、开县郭家自来水厂改造工程、南充高坪区水厂技改工程、利川市土家民族风情街工程、忠县临江路综合整治工程、开县赵家工业园区滨湖路工程、大足海棠香国配套道路工程、南川中海黎香湖片区道路及管网工程、璧山上邦紫霞谷道路工程、达州天然气化工园区管网工程、重庆旺君科技公司系列建设项目、重庆市云阳工业园区系列厂房工程、忠县移民生态工业园三环管业厂房工程、石壕新村工程等上百项建筑市政工程。“逆水行舟，不进则退”124 ，我司全体职工将继续团结一致，勤恳工作，以一流的质量、一流的服务和良好的信誉与社会各界建立友好合作，坚持以“精心设计、求实创新、诚信服务、顾客满意”的质量方针，以优质的产品和高度的责任心竭诚为广大客户提供满意的服务。选择我司不仅是选择了优良的设计质量，更是选择了省钱、省心的合作伙伴。124 11.2证明材料124 1、技术支持单位资质124 2、技术支持单位营业执照124 3、技术支持单位组织机构代码证124'