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济南某中学地源热泵系统冷热源主要参数初选

时间:2019-06-04

1、前言


进入21世纪以来,能源问题受到越来越多的关注,作为这个今后会长期存在的问题,如何提高能源利用率已成为社会各界关注的焦点。我国目前建筑能耗占总能耗的比例较大,其中夏季空调用电量及冬季采暖耗电量均能耗较高。据统计,1996年我国建筑能耗330Mt标准煤,占总能耗的24%,2001年已达到376Mt标准煤,约占总能耗的27.6%。随着我国民用建筑的大量新建,建筑能耗占全社会总能耗的比例会持续增长。热泵技术作为一种节能技术已更多的应用到建筑空调及采暖中,其中地源热泵以其清洁、能效比高、运行费用低等优点也越来越多的被社会各界所认同。


2、济南某实验中学工程概况


济南某实验中学规划用地面积20.13公顷。总建筑面积约15.65万平方米。其中地上建筑面积约12.76万平方米,地下建筑面积约2.9万平方米。其中,图书综合楼、初中教学楼、高中教学楼、宿舍楼拟采用地源热泵系统供冷供热,总冷负荷需求为5400kW,总热负荷为4000kW。


经查阅图纸,统计热泵机房应承担的冷热负荷情况如表1所示。

济南某中学地源热泵系统冷热源主要参数初选

由上表可知,地源热泵系统最不利情况出现在白天上课期间,则机房根据白天空调负荷选型。则机房需承担约5400kW的冷负荷,约4000kW的热负荷。


3、地下冷热平衡分析


根据相关设计参数,考虑系统实际运行时间,经逐时负荷计算得到夏季累计放热量为2615247kWh,冬季累计吸热量为2542624.2kWh。年累计放热量稍大,全年地下冷热不平衡率约3%,可认为在系统可承受范围内。由于运行时间等设计参数与实际运行过程可能存在偏差,若地温逐年小幅上升,可采取加大冬季空调使用时间、同时使用率等措施增加冬季吸热量,以缓解地下冷热量不平衡的问题。此外,地下水渗透或流动对地温的恢复有积极影响,且累计放热量稍大,有利于保证冬季使用需要。


4、热泵主机选取

济南某中学地源热泵系统冷热源主要参数初选

分析,地源热泵机房需承担约5400kW的冷负荷,约4000kW的热负荷。瞬时冷负荷大于瞬时热负荷,则主机按照夏季负荷选取即可。


由于该机房建筑面积及建筑布局已定,因此结合机房现状,选用单台制冷量为1800kW、单台制热量为1350kW的螺杆式地源热泵机组3台。


5、地埋管设计计算


(1)地埋管计算


由系统冷热平衡计算可知,地埋管系统的年累计吸/排热量基本平衡。针对当地岩石为主的地质特点,经过技术经济比较,确定设计采用双U25型竖直埋管,钻孔深度120m深,钻孔间距4m。由于地埋管系统属于隐蔽工程,难以修复或调整,因此需要慎重计算,本工程地埋管系统的设计采用了“地源热泵集成设计系统”,适当考虑部分余量。经计算得需钻孔900个,即设计总延米数约108000m,所需钻孔面积约14400。钻孔可布置在室外绿化带、停车位、空地等处。尽量将地埋管布置在机房周边,以缩短地埋侧输配管网的距离,减少循环泵功耗。在满足总延米数不变的情况下,可根据施工现场情况调整钻孔深度;为保证换热效果,一般要求钻孔深度需在60m以上视为有效钻孔。


(2)连管方式说明


采用分组并联技术,可提高系统的可靠性和检修的可行性,同时便于调节,确保各并联支管间的流量平衡。De63以下管道的连接为电熔连接,不缩径,减少系统阻力。地埋管合理分区,可通过机房内地源侧分集水器分区域控制,便于后期管理运行。各小区域内全同程布置,并在各区域集水器干管上设置静态水力平衡阀,保证各区域水力平衡。


6、可钻孔区域


从总平图上可知,西侧操场距离机房距离较远,管网过长,水泵运行不经济。建议将钻孔布置在机房周边。


地埋管可钻孔区域如图所示的四个地块,此部分区域可钻孔约1115个,可钻孔面积约17840。足以满足系统所需的900个钻孔所需的面积。剩余可钻孔面积可用作实际施工过程中调整钻孔位置及钻孔深度时备用。


该项目对济南某中学约15.65万平方米建筑自身空调用能特点、场地面积和建筑规划进行分析,确定了主要设备的型号、地源侧主要配置参数,为项目前期决策提供了依据,最终业主认为地源热泵系统方案可行,对项目进展和地源热泵技术的应用起到了积极作用。