項目簡介及空調(diào)方案設(shè)計

一、工程概述

本工程為重慶XX別墅項目，建筑面積353m2。建議使用綠色環(huán)保節(jié)能的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

二、 設(shè)計依據(jù)

1. 參考資料

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》 GBJ19-87

《簡明空調(diào)設(shè)計手冊》

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005

《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50242-2002

《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366-2005

《地源熱泵工程技術(shù)指南》

《Ground Water Applications Manual》,Mammoth Inc.

《Mammoth  Catalogues》,Mammoth Inc.

業(yè)主提供的圖紙及資料

2. 設(shè)計參數(shù)

（1）室外空氣設(shè)計參數(shù)

夏季：

大氣壓力:97310Pa

空調(diào)室外點:DB=36.3℃,WB=27.3℃

通風(fēng)室外點:DB=32.4℃,RH=58%

空調(diào)室外日平均溫度:32.2℃

冬季：

大氣壓力:99360Pa

空調(diào)室外點:DB=3.5℃,RH=82%

通風(fēng)室外溫度:5.2℃

采暖室外溫度:5.1℃

（2）室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

夏季：24±2℃，相對濕度：＜60%

冬季：18±2℃

三、負(fù)荷估算

冷負(fù)荷估算指標(biāo)

180～250 W/m2；

臥室：200W/m2；客廳250W/m2；餐廳：220 W/m2。

熱負(fù)荷估算指標(biāo)

一般來講，建筑物的熱負(fù)荷也可以采用以下公式估算：

熱負(fù)荷 = 建筑面積 *80W/m2

負(fù)荷總計

別墅

四、主要設(shè)備

五、主機參數(shù)

六、單戶輔助設(shè)備

七、室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計說明：

室內(nèi)部分采用集中式地源熱泵系統(tǒng)。

別墅采用三位一體機加風(fēng)機盤管的形式，可將主機設(shè)于地下室。地源熱泵主機為別墅各房間集中提供冷熱水，以水為冷熱載體，冬夏季通過末端風(fēng)機盤管為供熱供冷。每個風(fēng)機盤管都可以獨立控制，風(fēng)機盤管可配合裝修直接吊于天花內(nèi)，采用側(cè)吹或頂出風(fēng)方式。

地源熱泵系統(tǒng)介紹地下?lián)Q熱器設(shè)計

隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，先進的中央空調(diào)系統(tǒng)不斷的出現(xiàn)，空調(diào)在現(xiàn)代建筑中扮演著越來越重要的角色。人們對空調(diào)的要求也不斷提高，節(jié)能、環(huán)保、靈活成為今后共同追求的目標(biāo)。近年來，隨著國際經(jīng)濟技術(shù)合作的不斷深入，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)進入了我國，并通過在工程中的成功運用得到了空調(diào)界人士的認(rèn)可和推崇，成為了我國中央空調(diào)發(fā)展的趨勢，體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。美國環(huán)境保護局已經(jīng)宣布，地源熱泵系統(tǒng)是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。

一、地源熱泵系統(tǒng)的組成、工作原理

圖1 地源熱泵系統(tǒng)組成圖

地源熱泵系統(tǒng)主要由地源熱泵機組、土壤型換熱器、膨脹水箱、循環(huán)水泵、室內(nèi)風(fēng)管、水管等組成（見圖1）。地源熱泵機組有水—水和水—空氣兩種型式。地源熱泵機組與空氣源熱泵不同的就是主機無需放在室外。地源熱泵機組可吊裝于衛(wèi)生間吊頂內(nèi)、儲藏室或室內(nèi)其他隱蔽處。土壤型換熱器是一個由高密度塑料管組成的閉式環(huán)路。

循環(huán)介質(zhì)為水或加有防凍液的水溶液。系統(tǒng)夏季運行時，通過地下?lián)Q熱管中介質(zhì)的循環(huán)流動，將地源熱泵機組冷凝器放出的熱量散發(fā)給土壤。冬季運行時埋在地下?lián)Q熱管中的介質(zhì)從土壤中吸收熱量并將它傳遞給地源熱泵機組的蒸發(fā)器（見圖2）。由于在地表兩米以下的土壤基本上不受大氣環(huán)境溫度的影響，而常年保持恒定溫度。冬季遠(yuǎn)高于冬季大氣環(huán)境溫度。夏季又遠(yuǎn)低于夏季大氣環(huán)境溫度。因此地源熱泵克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙?？照{(diào)效果不受大氣環(huán)境溫度影響，運行穩(wěn)定可靠，并且效率大大提高，更重要的是不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生熱與噪聲等污染。是國家鼓勵使用的一種空調(diào)形式。

圖2 地源熱泵系統(tǒng)工作原理圖

地下埋管型換熱器有以下四種埋管形式（圖3）：

立埋管系統(tǒng)，橫埋管系統(tǒng)，螺旋埋管系統(tǒng)及水池浸埋管系統(tǒng)。

二、地源熱泵系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢

1. 高效節(jié)能

地下土壤淺層溫度一年四季相對穩(wěn)定，熱泵承受的動荷載小，磨損輕，使運行更穩(wěn)定可靠，熱泵壽命可長達(dá)20年，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。

冬季地下水與土壤淺層溫度為16～18℃，大容量地表水體溫度為6～14℃，比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵供熱循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，壓縮比小能效比系數(shù)提高，與空氣源熱泵及溴化鋰直燃機相比，相當(dāng)于減少35?50% 以上的能源消耗。

夏季地下水與土壤溫度為18～20℃，大容量地表水體溫度為22～26℃，其溫度均比環(huán)境空氣溫度低，冷凝壓力降低，壓差小效率提高，可以節(jié)約用戶40～50% 的空調(diào)運行費用。

2. 一機多用功能

地源熱泵系統(tǒng)可供暖氣、冷氣實現(xiàn)舒適空調(diào)，可取代常規(guī)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置。在熱源條件充分情況下特定的熱泵機組還可提供生活熱水，達(dá)到經(jīng)濟實惠，安全可靠，一機多用。

3. 環(huán)境效益顯著

水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時，消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的污染就小。設(shè)計良好的水源熱泵機組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少30％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上。

水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質(zhì)。水源熱泵機組的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。

4. 優(yōu)勢

地源熱泵與空氣源熱泵相比，沒有室外機那樣熱氣流污染又破壞建筑物外觀形象。與溴化鋰直燃機及煤鍋爐相比沒有燃燒后二氧化硫及溫室氣體的排放，（是造成大面積酸雨的主要原因）沒有為燃料的存儲所的引發(fā)火災(zāi)及爆炸而擔(dān)憂。更沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地。地源熱泵是以水作為傳熱介質(zhì)與大地土壤進行熱交換，不需要消耗地下水資源，不會對地下水質(zhì)產(chǎn)生污染。

地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環(huán)再生，實現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷。因而運行費用較低。

地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節(jié)能40%，比電采暖節(jié)能70%。比燃?xì)鉅t效率提高48%。

地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。

地源熱泵系統(tǒng)在運行中無需燃燒，因此不會產(chǎn)生有毒氣體，也不會發(fā)生爆炸。

由于地源熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱更為平穩(wěn)，降低了停、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值。這種系統(tǒng)更容易適合供冷、供熱負(fù)荷的分區(qū)。

地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達(dá)50年。

三、地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用

地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于自然能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”。被認(rèn)為是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用?？蓮V闊應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。

四、地下?lián)Q熱器設(shè)計計算

該建筑中央空調(diào)系統(tǒng)采用節(jié)能環(huán)保的地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)項目所在地的地質(zhì)勘測和建筑的平面布置情況，其冷熱源采用安裝靈活、易于控制的埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，也稱土壤耦合式熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以水作為冷熱量載體，水在埋于土壤中的換熱管道內(nèi)與熱泵機組間循環(huán)流動，實現(xiàn)機組與大地土壤之間的熱量交換。冬季循環(huán)水通過埋在土壤中的高密度聚乙烯管環(huán)路，從土壤中吸收熱量，使循環(huán)水溫度升高，供給地源熱泵機組。夏季循環(huán)水通過地埋管將熱量排放到土壤中，使循環(huán)水溫度降低供給地源熱泵機組。通過地源熱泵機組給室內(nèi)供冷、供熱。

我們根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水位和以往在該地區(qū)的實際工作經(jīng)驗并參照《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》、國際地源熱泵協(xié)會的相關(guān)資料以及《地源熱泵工程技術(shù)指南》。對建筑物冷熱負(fù)荷及冬夏季地下?lián)Q熱量情況進行計算。

1.冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。

見下表：

由此可知，夏季的排熱量要大于冬季的吸熱量，所以，地下?lián)Q熱器計算以夏季的排熱量為依據(jù)進行計算。

確定豎井?dāng)?shù)目及間距

我們根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)特點和實際要求，選取豎井深度為100m米（單U）較為合理，孔間距按照4米，孔徑約為130mm~150mm (如果地下有石頭或其他硬物，則需另外考慮)，考慮到系統(tǒng)的水力平衡等因素，地下埋管環(huán)路設(shè)計采用同程式。根據(jù)下式計算豎井?dāng)?shù)目:

空調(diào)地下?lián)Q熱器設(shè)計計算匯總表格如下：

五、地埋管施工工藝

地源熱泵立埋管的施工包括土壤鉆孔、埋管、灌漿、管道連接、試壓、清洗劑等內(nèi)容。具體施工工藝如下：

a．鉆孔準(zhǔn)備

1．了解并確定土壤地質(zhì)條件。

2．確定地下綜合管線分布及設(shè)置情況，并做好明顯的標(biāo)識記號。

3．平整土地，根據(jù)地埋管施工圖，用白灰標(biāo)示具體鉆孔位置及總管坑槽位置。

4．確認(rèn)鉆孔支架打設(shè)位置。

5．確認(rèn)鉆孔機械電源容量及供給情況。

6．提供水源至鉆孔現(xiàn)場。

b．工程鉆孔

1．根據(jù)工程實際情況，隨時填寫記錄表并及時分析土壤實際狀況。無特殊情況，每孔必須填寫四次深度記錄表。

2．鉆孔直徑130-150mm。

3．確保鉆孔深度。鉆孔深度以設(shè)計為準(zhǔn)，并做好記錄。

4．施工時，可根據(jù)工程需要和土壤情況，鉆孔深度可適當(dāng)增加，并做好記錄便于埋設(shè)相應(yīng)的管道。

5．鉆孔完畢后，應(yīng)及時埋設(shè)管道并灌漿。

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專用的熱熔設(shè)備進行熱熔連接。必須根據(jù)生產(chǎn)廠家的說明進行施工。

2．管道拉直。

3．下料，根據(jù)鉆孔深度確定立埋管深度，采用單U型埋管，每孔兩根管。

4．單U管制作，采用熱熔工具焊接U型管。

5．單U管水壓試壓，試驗壓力不小于10Kgf/cm2。

6．管道檢漏，具體參照《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中4.5.2條實行。

7．檢漏合格后剪掉氣頭，并在管口做好臨時封閉，且保護接口不受破壞。

8．填寫試壓驗收記錄。

9．把撿漏后的U型管子逐漸放入鉆好的孔內(nèi)，放入時，嚴(yán)禁突然放手，否則管子浮起后難以再放入。

10．放好埋管、灌漿前，應(yīng)固定埋管，并在孔和管子之間的縫隙放入一些細(xì)黃沙并用石塊等固定管口。

11．嚴(yán)格作好到管口臨時封閉。記錄埋管前端編號及尾端編號，確保立管深度與孔深相當(dāng)。

d．灌漿

1．鉆孔結(jié)束，放好立埋管后，即開始灌漿。

2．灌漿應(yīng)采用專用設(shè)備（灌漿泵），通過綁扎好的灌漿管進行。

3．確保根據(jù)灌漿速度，同時提升上拔灌漿管。

4．在漿液涌出地面后停止灌漿，并拔出灌漿管，用石塊等固定管口。

5．漿液膨脹凝固需24小時，此前嚴(yán)禁進入下一步施工。

e．地埋橫管施工

1．根據(jù)圖紙及現(xiàn)場要求備料。管道連接同樣需用原廠提供專用熱熔器對管路進行熔接焊接。

2．立埋管施工完成后，根據(jù)設(shè)計開挖橫埋管溝槽，深度不宜小于1.5米（具體按設(shè)計要求）。溝槽與立管交叉處應(yīng)特別注意立管保護不受破壞。管溝內(nèi)填充至少200mm厚度的細(xì)黃沙，且確保周圍200mm范圍內(nèi)無石頭及金屬硬物。

3．管道連接前應(yīng)確保管道內(nèi)壁及接口清潔。

4．待所有接口都熔接好后，整個地埋管系統(tǒng)要充水試壓檢漏，試驗壓力與立埋管試驗壓力一致。穩(wěn)壓至少2小時應(yīng)無明顯壓力變化，切無泄露。

5．系統(tǒng)檢漏合格后，系統(tǒng)排氣、注水。注水時，從回路的一端注水，另一端排氣。切忌兩端同時注水。

6．橫埋管出地面的管道應(yīng)保溫，且做防水保護外殼。穿墻應(yīng)按規(guī)范設(shè)置穿墻套管。

7．地埋管換熱系統(tǒng)安裝完畢后，且沖洗、排氣及回填完成后，應(yīng)再進行水壓試驗，試驗壓力與上面一致。

f．回填

1．系統(tǒng)試壓合格，確認(rèn)無漏后，才可以回填土壤。

2．回填土首層應(yīng)為至少200mm厚度的細(xì)黃沙，且確保其中無石頭及其它硬物；200mm以外用一般土回填

3．橫埋管在地表下的深度至少為1.5米，回填后在相對標(biāo)高-0.2米處設(shè)置對應(yīng)的橫管及立管標(biāo)識。

g．系統(tǒng)清洗

系統(tǒng)清洗在水系統(tǒng)設(shè)備和管道全部連接完畢后進行。

清洗步驟

1、將回水集管上的檢修口軟管接到建筑物供水管上；

2、將供水集管上的檢修口軟管放入一空桶，打開檢修閥門；

3、關(guān)閉所有回水干管上的關(guān)閉閥；

4、打開所有供水干管上的關(guān)閉閥；

5、打開建筑物供水干管閥門，同時打開第一個回水干管上的關(guān)閉閥；

6、當(dāng)水開始流出進入桶中時，關(guān)閉第一個供水干管上的關(guān)閉閥，打開第二個回水干管上的關(guān)閉閥；

7、繼續(xù)重復(fù)以上步驟，每次一個干管，直至打開所有回水干管的關(guān)閉閥，關(guān)閉所有給水干管的關(guān)閉閥；

8、關(guān)閉建筑物給水