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桩基埋管地源热泵系统在大型公共建筑中的应用

时间:2019-10-12

地源热泵技术利用浅层地热能进行供热或制冷,具有节能、清洁、可再生等优点,近年来受到广泛的推广,是一种比较成熟的可再生能源应用技术。但在其实际应用中,也存在一定问题,比如需要足够大的土地面积用于敷设地埋管,以及较髙的钻孔费用,在一定程度上制约了其应用。


地埋管地源热泵系统根据埋管位置的不同可分为钻孔埋管和桩基埋管两种形式。其中,桩基埋管是将地埋管换热器的PE管安装在建筑物混凝土桩基中,使其与建筑结构相结合。与传统钻孔埋管换热器相比,桩基埋管利用了建筑物基础中混凝土较好的热传导性能和建筑物基础与地下岩土体更大的换热面积,提髙了地下换热器的换热性能,节省了大量的钻孔费用和地下空间资源。


我们以南京某甲类公共建筑项目为例,通过介绍其空调系统的设计内容,探讨桩基埋管地源热泵系统在大型公共建筑中的应用形式。


1、项目概况


该项目是由两栋办公塔楼及一座商业裙房组成的髙层综合体,总建筑面积为376141.83m2,集商业、办公、餐饮、影院、超市为一体的综合商业区块。商业裙房建筑面积为122500m2,主要为商业、餐饮、溜冰场、影院等。


2、空调负荷及其特点


(见表1)

桩基埋管地源热泵系统

3、冷热源方案


本工程积极响应新能源政策,根据工程及地块特征,结合后期运营管理,采用地源热泵承担裙楼商业部分的空调冷热负荷。


根据空调负荷计算结果,冷热源配置如下:


(1)螺杆式水源热泵机组(制冷量:1515kW,制热量:1748kW)x2台;

(2)普通离心式冷水机组(1000RT,制冷量:3516kW)x3台;

(3)磁悬浮机组离心式冷水机组(1000RT,制冷量:3516kW)x1台;

(4)风冷热泵(制冷量:1114kW,制热量:1045kW)x5台;

(5)额定流量1000t/h的开式横流冷却塔X4台,与冷水机组对应排热;

(6)额定流量300t/h流量的闭式逆流冷却塔x1台,与地源热泵机组对应辅助排热。


地源热泵机组提供的制热量为3496kW,该项目各分项总热负荷为17596kW,地源热泵承担空调热负荷的比例为20%。满足江苏省公建标准对甲类公建可再生能源利用量的要求。


4、換热系统设计


本工程为基坑下部地源热泵埋管工程,由灌注桩埋管和连续墙埋管两种组成,其中灌注桩埋管采用3U型(如图1所示),连续墙埋管采用6U型,埋管换热量见表2。

桩基埋管地源热泵系统

二期连续墙埋管集分水器分别设置在建筑地下一层地连墙侧面,水平供回水干管采用异程连接汇至二期地下二层地源热泵机房;灌注桩埋管集分水器分别设置在建筑地下三层地连墙侧面,水平供回水干管采用异程连接汇至二期地下二层地源热泵机房(见表2)。

桩基埋管地源热泵系统

5、空调系统


5.1冷热源流程(见图4)

桩基埋管地源热泵系统

5.2空调水系统


在地下连续墙施工中,幅与幅之间接头处的防渗漏问题是地下连续墙防水的难点和重点,特别是地下连续墙又作结构墙用,接头处的防水要求就更髙。由于项目现场地下外侧的连续墙早已施工完成,所以地下桩基埋管的水平出管无法从建筑外墙外侧接出,须另寻出路。考虑到桩基埋管数量较多,若采用水平埋管穿地下三层底板接入分集水器的方案,则会有很大的底板渗水风险。

桩基埋管地源热泵系统

经与结构等相关专业研究,本工程创新地采用一种自防水布管方式,具体做法为:将水平埋管敷设于地下三层底板内(如图2所示),沿底板至连续墙处贴内侧引出接入分集水器,分集水器安装于地下三层车库外墙内侧,贴梁底安装(如图3所示)。从而避免了水平埋管直接穿地下室底板及底板与连续墙处交接部位的防水层问题。

桩基埋管地源热泵系统


商业裙房空调水系统采用二管制一次泵变频变流量系统。夏季空调供回水温度7/12'C,冬季供回水温度45/40'C。空调水系竖直立管异程布置,水平同程布置,局部为异程布置,异程部分采用平衡阀等措施保证水系统的水力平衡。空调水系统采用排气型定压补水装置对系统定压补水。冷却水采用旁流水处理器进行水质处理。

桩基埋管地源热泵系统

6、结语


(1)大型公共建筑中,受场地限制,地源换热系统的供冷供热能力往往不能满足整个建筑的空调需求,此时需要结合冷水机组、风冷热泵等其他冷热源形式组成复核能源系统。


(2)大型公建中,地源热泵承担空调热负荷的比例可达到20%,满足江苏省公建标准对甲类公建可再生能源利用量的要求。


(3)本项目采用地埋管地源热泵循环水为地下室各发电机组提供水冷却,使地埋管换热系统得到充分的利用,也有效提升系统的经济性;另一方面,发电机组无需另设水冷或风冷设备,有效降低设备投资,同时减少相应的水管井和风井,提髙了建筑利用率。


(4)本项目地源埋管为灌注桩埋管,创新地应用了一种自防水水平管布管方式。


(5)本项目的地源水平埋管敷设于地下室底板内,垂直埋管出桩头的节点处理、地下室底板防水、底板内埋管穿越后浇带、地下室底板浇筑过程中避免埋管破坏等技术难点均离不开土建专业及施工作业单位的密切配合。