项目简介及空调方案设计

一、工程概述

本工程为重庆XX别墅项目，建筑面积353m2。建议使用绿色环保节能的地源热泵空调系统。

 

二、 设计依据

1. 参考资料

《采暖通风与空气调节设计规范》 GBJ19-87

《简明空调设计手册》

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002

《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005

《地源热泵工程技术指南》

《Ground Water Applications Manual》,Mammoth Inc.

《Mammoth Catalogues》,Mammoth Inc.

业主提供的图纸及资料

 

2. 设计参数

（1）室外空气设计参数

夏季：

大气压力:97310Pa

空调室外点:DB=36.3℃,WB=27.3℃

通风室外点:DB=32.4℃,RH=58%

空调室外日平均温度:32.2℃

 

冬季：

大气压力:99360Pa

空调室外点:DB=3.5℃,RH=82%

通风室外温度:5.2℃

采暖室外温度:5.1℃

 

（2）室内设计参数

夏季：24±2℃，相对湿度：＜60%

冬季：18±2℃

 

 

三、负荷估算

冷负荷估算指标

180～250 W/m2；

卧室：200W/m2；客厅250W/m2；餐厅：220 W/m2。

热负荷估算指标

一般来讲，建筑物的热负荷也可以采用以下公式估算：

热负荷 = 建筑面积 *80W/m2

负荷总计

别墅

建筑面积m2	空调面积m2	总冷负荷kw	总热负荷kw
353	164.3	35.04	28.24

 

四、主要设备

户型	数量	建筑面积（m2）	总冷负荷（kW）	主机选型
别墅	1	353	28.24	MSR-J086WLE	1台

五、主机参数

机组型号	数量	制冷量（kW）	制热量（kW）	源水侧水量（m3/h)	负载侧水量（m3/h)	制冷功率（kW）	制热功率（kW）
MSR-J086WLE	1	26.2	26.8	5.42	4.5	5.41	7.39

六、单户辅助设备

序号	设备	参数	数量	备注
1	水泵	流量6.7m3/h，扬程22.5m，N=1.1KW	1	源水侧

 

七、室内空调系统设计说明：

室内部分采用集中式地源热泵系统。

别墅采用三位一体机加风机盘管的形式，可将主机设于地下室。地源热泵主机为别墅各房间集中提供冷热水，以水为冷热载体，冬夏季通过末端风机盘管为供热供冷。每个风机盘管都可以独立控制，风机盘管可配合装修直接吊于天花内，采用侧吹或顶出风方式。

 

地源热泵系统介绍地下换热器设计

随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断的出现，空调在现代建筑中扮演着越来越重要的角色。人们对空调的要求也不断提高，节能、环保、灵活成为今后共同追求的目标。近年来，随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调系统进入了我国，并通过在工程中的成功运用得到了空调界人士的认可和推崇，成为了我国中央空调发展的趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

一、 地源热泵系统的组成、工作原理

 

图1 地源热泵系统组成图

 

地源热泵系统主要由地源热泵机组、土壤型换热器、膨胀水箱、循环水泵、室内风管、水管等组成（见图1）。地源热泵机组有水—水和水—空气两种型式。地源热泵机组与空气源热泵不同的就是主机无需放在室外。地源热泵机组可吊装于卫生间吊顶内、储藏室或室内其他隐蔽处。土壤型换热器是一个由高密度塑料管组成的闭式环路。

循环介质为水或加有防冻液的水溶液。系统夏季运行时，通过地下换热管中介质的循环流动，将地源热泵机组冷凝器放出的热量散发给土壤。冬季运行时埋在地下换热管中的介质从土壤中吸收热量并将它传递给地源热泵机组的蒸发器（见图2）。由于在地表两米以下的土壤基本上不受大气环境温度的影响，而常年保持恒定温度。冬季远高于冬季大气环境温度。夏季又远低于夏季大气环境温度。因此地源热泵克服空气源热泵的技术障碍。空调效果不受大气环境温度影响，运行稳定可靠，并且效率大大提高，更重要的是不会对周围环境产生热与噪声等污染。是国家鼓励使用的一种空调形式。

图2 地源热泵系统工作原理图

 

地下埋管型换热器有以下四种埋管形式（图3）：

立埋管系统，横埋管系统，螺旋埋管系统及水池浸埋管系统。

二、地源热泵系统的特点及优势

1. 高效节能 

地下土壤浅层温度一年四季相对稳定，热泵承受的动荷载小，磨损轻，使运行更稳定可靠，热泵寿命可长达20年，保证了系统的高效性和经济性。

冬季地下水与土壤浅层温度为16～18℃，大容量地表水体温度为6～14℃，比环境空气温度高，所以热泵供热循环的蒸发温度提高，压缩比小能效比系数提高，与空气源热泵及溴化锂直燃机相比，相当于减少35〜50% 以上的能源消耗。

夏季地下水与土壤温度为18～20℃，大容量地表水体温度为22～26℃，其温度均比环境空气温度低，冷凝压力降低，压差小效率提高，可以节约用户40～50% 的空调运行费用。

2. 一机多用功能 

地源热泵系统可供暖气、冷气实现舒适空调，可取代常规的锅炉加空调的两套装置。在热源条件充分情况下特定的热泵机组还可提供生活热水，达到经济实惠，安全可靠，一机多用。

3. 环境效益显著 

水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。

水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4. 优势

地源热泵与空气源热泵相比，没有室外机那样热气流污染又破坏建筑物外观形象。与溴化锂直燃机及煤锅炉相比没有燃烧后二氧化硫及温室气体的排放，（是造成大面积酸雨的主要原因）没有为燃料的存储所的引发火灾及爆炸而担忧。更没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地。地源热泵是以水作为传热介质与大地土壤进行热交换，不需要消耗地下水资源，不会对地下水质产生污染。

地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。因而运行费用较低。

地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气炉效率提高48%。

地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。

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。这种系统更容易适合供冷、供热负荷的分区。

地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

三、地源热泵系统的应用

地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

四、地下换热器设计计算

该建筑中央空调系统采用节能环保的地源热泵中央空调系统。根据项目所在地的地质勘测和建筑的平面布置情况，其冷热源采用安装灵活、易于控制的埋管式土壤源热泵系统，也称土壤耦合式热泵系统。该系统是以水作为冷热量载体，水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组。通过地源热泵机组给室内供冷、供热。

我们根据该地区的地质结构、地下水位和以往在该地区的实际工作经验并参照《地源热泵系统工程技术规范》、国际地源热泵协会的相关资料以及《地源热泵工程技术指南》。对建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量情况进行计算。

 

1.冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。

见下表：

夏季冷量（kW）	冬季热量（kW）	夏季排热量（kW）	冬季吸热量（kW）
26.2	26.8	32.75	20.1

 

由此可知，夏季的排热量要大于冬季的吸热量，所以，地下换热器计算以夏季的排热量为依据进行计算。

确定竖井数目及间距

我们根据当地的地质结构特点和实际要求，选取竖井深度为100m米（单U）较为合理，孔间距按照4米，孔径约为130mm~150mm (如果地下有石头或其他硬物，则需另外考虑)，考虑到系统的水力平衡等因素，地下埋管环路设计采用同程式。根据下式计算竖井数目:

空调地下换热器设计计算汇总表格如下：

 

户型	设计冷量KW	设计热量KW	夏季排热量KW	冬季吸热量KW	孔深m	埋管总长度m	排热孔数	钻孔数	埋管面积m2
别墅	26.2	26.8	32.75	20.1	100.00	1023.4	6	6	96

 

五、地埋管施工工艺

地源热泵立埋管的施工包括土壤钻孔、埋管、灌浆、管道连接、试压、清洗剂等内容。具体施工工艺如下：

a．钻孔准备

1．了解并确定土壤地质条件。

2．确定地下综合管线分布及设置情况，并做好明显的标识记号。

3．平整土地，根据地埋管施工图，用白灰标示具体钻孔位置及总管坑槽位置。

4．确认钻孔支架打设位置。

5．确认钻孔机械电源容量及供给情况。

6．提供水源至钻孔现场。

b．工程钻孔

1．根据工程实际情况，随时填写记录表并及时分析土壤实际状况。无特殊情况，每孔必须填写四次深度记录表。

2．钻孔直径130-150mm。

3．确保钻孔深度。钻孔深度以设计为准，并做好记录。

4．施工时，可根据工程需要和土壤情况，钻孔深度可适当增加，并做好记录便于埋设相应的管道。

5．钻孔完毕后，应及时埋设管道并灌浆。

c．地埋立管施工

1．管材采用HDPE高密度聚乙烯材料（SDR11），所有的聚乙烯管都要用专用的热熔设备进行热熔连接。必须根据生产厂家的说明进行施工。

2．管道拉直。

3．下料，根据钻孔深度确定立埋管深度，采用单U型埋管，每孔两根管。

4．单U管制作，采用热熔工具焊接U型管。

5．单U管水压试压，试验压力不小于10Kgf/cm2。

6．管道检漏，具体参照《地源热泵系统工程技术规范》中4.5.2条实行。

7．检漏合格后剪掉气头，并在管口做好临时封闭，且保护接口不受破坏。

8．填写试压验收记录。

9．把捡漏后的U型管子逐渐放入钻好的孔内，放入时，严禁突然放手，否则管子浮起后难以再放入。

10．放好埋管、灌浆前，应固定埋管，并在孔和管子之间的缝隙放入一些细黄沙并用石块等固定管口。

11．严格作好到管口临时封闭。记录埋管前端编号及尾端编号，确保立管深度与孔深相当。

d．灌浆

1．钻孔结束，放好立埋管后，即开始灌浆。

2．灌浆应采用专用设备（灌浆泵），通过绑扎好的灌浆管进行。

3．确保根据灌浆速度，同时提升上拔灌浆管。

4．在浆液涌出地面后停止灌浆，并拔出灌浆管，用石块等固定管口。

5．浆液膨胀凝固需24小时，此前严禁进入下一步施工。

e．地埋横管施工

1．根据图纸及现场要求备料。管道连接同样需用原厂提供专用热熔器对管路进行熔接焊接。

2．立埋管施工完成后，根据设计开挖横埋管沟槽，深度不宜小于1.5米（具体按设计要求）。沟槽与立管交叉处应特别注意立管保护不受破坏。管沟内填充至少200mm厚度的细黄沙，且确保周围200mm范围内无石头及金属硬物。

3．管道连接前应确保管道内壁及接口清洁。

4．待所有接口都熔接好后，整个地埋管系统要充水试压检漏，试验压力与立埋管试验压力一致。稳压至少2小时应无明显压力变化，切无泄露。

5．系统检漏合格后，系统排气、注水。注水时，从回路的一端注水，另一端排气。切忌两端同时注水。

6．横埋管出地面的管道应保温，且做防水保护外壳。穿墙应按规范设置穿墙套管。

7．地埋管换热系统安装完毕后，且冲洗、排气及回填完成后，应再进行水压试验，试验压力与上面一致。

f．回填

1．系统试压合格，确认无漏后，才可以回填土壤。

2．回填土首层应为至少200mm厚度的细黄沙，且确保其中无石头及其它硬物；200mm以外用一般土回填

3．横埋管在地表下的深度至少为1.5米，回填后在相对标高-0.2米处设置对应的横管及立管标识。

g．系统清洗

系统清洗在水系统设备和管道全部连接完毕后进行。

清洗步骤

1、将回水集管上的检修口软管接到建筑物供水管上；

2、将供水集管上的检修口软管放入一空桶，打开检修阀门；

3、关闭所有回水干管上的关闭阀；

4、打开所有供水干管上的关闭阀；

5、打开建筑物供水干管阀门，同时打开第一个回水干管上的关闭阀；

6、当水开始流出进入桶中时，关闭第一个供水干管上的关闭阀，打开第二个回水干管上的关闭阀；

7、继续重复以上步骤，每次一个干管，直至打开所有回水干管的关闭阀，关闭所有给水干管的关闭阀；

8、关闭建筑物给水。