土壤源热泵方案及施工组织设计.doc

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高淳地源热泵
中央空调工程设计方案

2011年11月

广州瑞姆节能设备有限公司简介

美国节能联盟（Alliance to save energy , 简称ATSE）是全世界最专业的节能技术和产品联合体，其总部设在美国纽约，主要在全世界范围内推广最新的节能技术和节能产品。广州瑞姆节能设备有限公司是美国ATSE在中国的战略合作伙伴。通过由美国ATSE提供最先进的热泵节能技术，结合天津大学热能研究所的深入研发，现拥有“热姆热泵”（REALM）自主品牌。在广州和天津分别设立了生产基地和研发中心，主要负责热姆热泵系列产品的研发，制造和中国境内的产品销售，美国ATSE负责国际市场的产品销售。

●热姆热泵（REALM）系列产品主要有：
家用、商用空气源热泵热水机组
家用、商用冷暖热三联供机组
热泵型冷暖中央空调
水源、地源热泵热水机组

●我们的企业目标
打造中国的节能品牌--热姆热泵
成为国内先进的热泵新技术研发、新产品实验及生产基地
建立国内一流的热泵营销、服务培训基地
建立全国性的热姆热泵连锁专卖店及服务保障体系

●我们的服务及保障
产品整机保修一年，保修范围内的故障配件一年免费包换
产品正常使用寿命10-15年
每年提供一次免费例行巡检服务

热姆热泵(REALM)系列产品严格按照美国ATSE的质量控制体系及工艺要求进行生产，并通过了ISO9001认证和美国EMC成员认证，中国CCC认证、全国工业产品生产许可证和节能认证，全国热泵热水器十大著名品牌，全国质量、信誉、服务AAA级会员单位。

目 录

第一章、地源热泵产品介绍
第二章、地源热泵设计方案
第三章、 运行费用对比分析
第四章、部分工程业绩
第五章、售后服务承诺

维也纳大酒店400匹冷暖热三联供机组配80吨热水系统(★★★★)

第一章、水/地源热泵产品介绍
--热源稳定、独有热回收技术
机组的热源可采用地下水、还可采用地下埋管的形式利用地下土壤进行换热，热源稳定，不受季节转换影响，在室外环境温度零下30度时能可靠的制热。制冷水温---7-12℃，制热水温---45-40℃，生活用水---42-55℃左右，独有热回收技术，充分保证了空调制冷、制热及夏季免费生活用水的要求。
--节能环保、节省投资
地源热泵系统具备极高的能效比，其COP可达5.5，比普通空调省电50%左右。冷凝器常年使用恒定的地下水或土壤，蒸发器利用水作为载冷剂，从而大大提高了制冷量，效果显著，是一种高效节能的产品。
--高效压缩机、高效换热器
采用国际名牌压缩机，噪音小、运行平稳，经久耐用。选用高效换热器，结构简单、换热稳定、效率持久、不易冻坏等特点，大大的延长了主机的使用寿命。主机寿命长达20年以上；地埋管换热器寿命长达50年以上。
--科学控制、装备完善
采用国际名牌电脑芯片，联动控制技术，根据负荷的大小自动控制主机的工作状态，可实现机组柔性变容量，充分节能省电。采用大屏幕液晶显示屏，人性化设计，操作方便快捷；并可实现远程控制。

第二章、水/地源热泵中央空调设计方案
（一）工程概述：
项目地址：高淳
项目功能：餐厅
建筑规模：总建筑面积约2250㎡
功能要求：中央空调制冷、制热
（二）空调设计使用气象参数及设计依据
1、设计使用气象参数
1）室外空调设计参数
夏季：tw=36.38℃,tws=28.3℃ ；平均风速3.2m/s,大气压力100340Pa
冬季：tw=-8℃；平均风速3.6m /s,大气压102460Pa
2）室内设计参数
夏季：温度 25-28℃ 相对湿度 45%-65%
冬季：温度 18-21℃ 相对湿度 40%-60%
2、设计依据
1) 《采暖通风及空气调节规范》GBJ19-87
2) 《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243-98
3) 《通风与空调工程质量检验评定标准》T613 GB50045-95
4) 《建筑设计防火规范》GB 50016—2006
5) 《地源热泵工程技术规范》GB 50366—2005
6) 业主所提供的建筑图纸及相关要求

(三)本建筑各层冷量配置及主机选型
配置表

楼层
房间
面积m2
冷指标（W/m2）
总冷负荷（W）
末端规格
数量
备注
一层
包房
62
200
12400
FP－136
2
风机盘管
包房
28
200
5600
FP－136
1
风机盘管
包房
28
200
5600
FP－136
1
风机盘管
包房
28
200
5600
FP－136
1
风机盘管
大堂餐厅
1645
200
329000
BGG-150W/L
4
空调箱
新风机组

71640
BGG-70W/L
1
新风机组
合计

1791

429840

10

由上表可知，本工程夏季计算总冷负荷为429.84KW，现选用瑞姆水冷冷暖空调机组RMRB-25SSR共5台，额定制冷/制热量为94.5kW/80kW,额定制冷/制热功率为20.5KW/21KW。
系统设计原理
冷冻系统设置---
机组配置冷冻水泵2台，1用1备，系统回水管上设置电子水处理仪，以保证系统运行。
冷却水系统设置---
机组配置冷却水泵2台，1用1备，冷冻水由分集水器接至室外埋管，系统回水管上设置电子水处理仪，以保证系统运行。

（四）方案冷热源及方案优势

Ⅰ）系统选择
本此空调工程方案设计选择当今空调工程最节能、环保的地源热泵埋管方案。
冷(热)源来自与地下土壤进行热交换。
· 夏季制冷 地下土壤带走夏季空调系统100%的余热，向周围地源蓄热能。
· 冬季供热 由热泵系统以地下埋孔提取地下低位蓄热能向建筑物供热。

Ⅱ）方案优势
· 省电 、节能 地源热泵中央空调为现今空调类能效比最高产品，其能耗仅为普通空调的40-60%，大大节约用电，缓解用电压力；
· 保证制热效果 地源热泵提取地下恒定能源，不仅满足空调制冷效果，而且其制热效果更加显著，在-30℃严冬仍能保证空调制热，而风冷形式如VRV系统通常在-5℃以下需要辅助电加热系统补充热能；
· 提供生活热水（可选） 瑞姆地源热泵中央空调不仅充分保证空调效果，其制造生活热水的功能更加显著，该机组通过低于地层恒温的制冷剂蒸发来吸收地层的低位能，再经过压缩机输入微小电能将低位能转化变成超过55度可利用的高位能，对使用侧生活热水循环加热，从而使水温加热至设定温度。该形式最大程度的节约了能源，增强了功能、减少了二次投资及运行费用；
· 环保节能 地源换热形式高效稳定，无大气、水源、声音污染，适合办公、住宅等环境要求较高场所，避免了风冷系统与空气进行换热噪声大、造成局部环境热效应的缺点；
· 长效稳定 地下换热形式恒定、全封闭冷却系统，有效延长整体系统使用寿命； 主机压缩机等主要零部件在稳定良好状态下运行，其运行负荷仅为风冷形式如VRV等空气源形式空调零部件的50%，有效的延长主机寿命，从而保证了系统稳定性；
· 智能控制 模块化主机模糊控制，整套系统完全适配室内空调实际需求量，柔性调节，科学运行，管理简便；
· 体积小巧 本工程采用瑞姆出口别墅专用高档地源热泵机型，全部采用板式换热器、名牌压缩机。能效比非常高且机型小巧、美观，节省空间。
·
Ⅲ）地埋管施工过程中的质量控制
1) 在正式埋管施工前，用探矿仪器检测地下200m内地质结构，每5m绘出地质结构图，预测埋管过程中遇到的问题，及时修正埋管施工方案。
2) 用瑞姆公司专用换热检测设备检测埋管换热器导热曲线。
3) 埋管施工结束后，进行流量试验，传热试验，确保埋管施工质量。
4) 经过本公司严格的施工过程控制，确保本工程地下埋管工程一次性验收合格。

Ⅳ）地埋管施工方案
1) 拟投入施工设备：待定；
2) 施工周期：待定 ；
3) 拟投入人员：待定；
4) 参照施工规范《埋管聚乙烯给水管道工程技术规程CJJ101-2004》
《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005》
2、 土壤换热器形式设计
地源热泵系统的设计中，室外地埋管的计算是关键环节，其垂直地埋管设计方法如下:
垂直地埋管换热器计算的基础是单个钻孔的传热分析。在多个钻孔的情况下，可在单孔的基础上运用叠加原理加以扩展。步骤如下：
a) 流体至管道内壁的对流换热热阻

b) U形埋管的管壁热阻
c) 钻孔封井材料的热阻
d) 地层热阻，即从孔壁到无穷远处的热阻
e)
由N个平行钻孔（U型管）组成集群的地热换热器的地层热阻

短期连续脉冲负荷引起的附加热阻

对于时间很长的情况，考虑深度方向的传热为稳定状态下的地层热阻

垂直地埋管换热器长度的工程设计计算公式为

制冷工况

供热工况

运行份额是考虑热泵间歇运行的影响，
供热运行份额Fh＝一个供热季中热泵的运行小时数/（一个供热季天数×24）
制冷运行份额Fc＝一个制冷季中热泵的运行小时数/（一个制冷季天数×24）
或当运行时间τ取作一个月时
供热运行份额Fh＝最冷月份运行小时数/（最冷月份天数×24）
制冷运行份额Fc＝最热月份运行小时数/（最热月份天数×24）
式中： 下标c,h 分别表示制冷工况和供热工况。
L：地热换热器所需的钻井总长度（m）；
Qc, Qh ：分别是热泵的额定冷热负荷（kW）；
EER、COP：热泵的性能系数，由热泵生产厂家提供；
h：流体至管道内壁的对流换热系数（W/m2 ℃）；
rb：钻孔的半径，（m）；
ks 和a：地层的平均导热系数（W/m.k）和热扩散率m2/s；
τ：运行时间，s；
xI：：第i个钻孔与所考虑的钻孔之间的距离，（m）；
τp（s）： 短期脉冲负荷连续运行的时间，例如8小时；
di：U形埋管的内径，（m）；
do：U形埋管的外径，（m）；
db：钻孔的直径，（m）；
de：U形埋管的当量直径 ；
kp：U型管导热系数，（W/m.k）；
kb：灌浆材料导热系数，（W/m.k）；
H：钻孔深度，（m）；
I： 指数积分：
地热换热器中循环液的设计平均温度通常可选为tmax=37℃，tmin= －2～5 ℃。
根据XPS环路设计软件与本地地质资料，

结合多年的地源热泵设计施工经验土壤换热器形式设定如下：
² 土壤耦合器采用单井单U形埋管，钻孔直径为￠130；
² 考虑井之间相互热干扰，埋管间距为5m*5 m；
² 水平管连接方式为同程连接；
² 钻孔深度，结合工程地质情况初定80m，可根据实际钻孔情况调整。

3、 地耦换热器计算

3.1换热量的计算
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。可以根据以下公式计算（制热时的COP=4.6，制冷时COP=5.36）：
Q1’、= Q1 x（1+）
Q2’、= Q2 x（1－）
其中： Q1’：夏季向土壤排放的热量， KW
Q1 ：夏季设计总冷负荷，KW
Q2’：冬季向土壤吸取的热量， KW
Q2 ：冬季设计总冷负荷，KW
COP1 ：设计工况下水源热泵机组的制冷系数
COP2： 设计工况下水源热泵机组的供热系数

3.2计算埋管管长
地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。
根据我们已掌握的实际工程中经验，可以利用管材“换热能力”来校核管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管换热为50～110W/m(井深)，或25～55W/m(管长)，水平埋管为15～40W/m（管长）左右。
本项目设计取换热能力的中间值，即35W/m（管长），具体计算公式如下：

其中——竖井埋管总长，m
——夏季向土壤排放的热量，kW
分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m
即：

3. 3 确定竖井数目及间距
竖井深度多数采用50～100m，初步定该地区竖井打60-90米较为合理。根据下式计算竖井数目:

其中——竖井总数，个
——竖井埋管总长，m
——竖井深度，m
分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。

3.4土壤耦合器材料选择
考虑到土壤换热器是地源热泵系统深埋于地下的关键换热设备,其性能对系统性能和寿命影响明显，本方案设计采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯（HDPE100）管作为埋管材料。
在实际工程中确定管径必须满足两个要求：（1）管道要大到足够保持最小输送功率（管道阻力最小）；（2）管道要小到足够使管道内保持紊流（流体的雷诺数Re达到3，000以上）以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。垂直U型管常用管径有De25mm、De32mm、De40mm，本工程垂直埋管选用管De32 x2.9mm的PE管。内流速：单U控制在0.6-1.0m/s；

3．5地埋管数量计算：
根据软件设计后的地埋孔数量校核计算如下：
1、 根据上述公式，计算本工程打孔数
Q1’= Q1 x（1+）

150(个)；
考虑到实际地形及工程联管需要，本工程实际打孔数量为150个

第三章、运行费用分析对比
A、地源热泵运行费用分析
（1）计算条件：
① 运行天数为夏季120天，冬季为120天；
② 空调运行时间为10小时；
③ 电价按1元/kwh计算；
④ 制冷系统能效比按4.5计算，制热系统能效比按4计算；
⑤ 假定每天开启率为100%;
⑥ 制热量暂按制冷量的80%计算；
⑦ 暂载率按75%计算；
（2）运行费用分析：
夏季：120×10×450kw/4.5×1×75%≈9万元
冬季：120×10×360kw/4×1×75%≈8.1万元

全年空调总费用：9+8.1=17.1万元

B、风冷热泵运行费用分析
（1）计算条件：
运行天数为夏季120天，冬季为120天；
⑧ 空调运行时间为10小时；
⑨ 电价按1元/kwh计算；
⑩ 制冷系统能效比按2.8计算，制热系统能效比按1.8计算；
⑪ 假定每天开启率为100%;
⑫ 制热量暂按制冷量的80%计算；
⑬ 暂载率按75%计算；
⑭ 冬季最冷月需考虑20%辅助电加热；
（2）运行费用分析：
夏季：120×10×450kw/2.8×1×75%≈14.5万元
冬季：120×10×360kw/1.8×1×75%+360*20%/1.8×30×1×10≈19.2万元
全年空调总费用：14.5+19.2=33.7万元
C、单冷螺杆+燃油锅炉运行费用分析
（1）计算条件：
运行天数为夏季120天，冬季为120天；
⑮ 空调运行时间为10小时；
⑯ 电价按1元/kwh计算，柴油按5元/公斤计算
⑰ 制冷系统能效比按4.5计算；
⑱ 假定每天开启率为100%;
⑲ 制热量暂按制冷量的80%计算；
⑳ 暂载率按75%计算；
（2）运行费用分析：
夏季：120×10×450kw/4.5×1×75%≈9万元
冬季：柴油锅炉
10300kcal/Kg × 燃烧效率85% = 8755kcal/Kg
每日需热量：360÷11.63×10=310wkal
日耗油：310×10000÷8755=354kg
年耗轻柴油（以4个月计）：354公斤×120天=42480（公斤）
年运行费用（以4个月计）：42480公斤×5元/公斤=21.3万元

全年空调总费用：9+21.3=30.3万元

第四章、近期部分工程业绩
1、南海金怡大酒店 ★★★★★ 2、佛山海逸大酒店★★★★
3、广州南沙高尔夫商务别墅(192套家用) 4、广州南沙高尔夫会所
5、广州侨东名匠美容美发中心 6、云南曲靖星湖宾馆★★★★
7、清远右福桑拿休闲中心 8、广东南洋科技技术学院
9、增城锦绣香江员工宿舍 10、广州番禺执信中学
11、香港金波罗电业科技公司　　　　　　　　　12、东莞振华机械设备有限公司
13、强力电梯厂员工宿舍 　　　　　　　　　　14、天津大学
15、皇都桑拿 　　　　　　　　　　　　　16、江湾大酒店★★★
17、宏基电子科技公司宿舍(40吨) 　 18、新凤凰大酒店★★★★
19、广州珠江灯光音响有限公司(20吨) 　　 　20、核工业部南沙基地
21、广州凯旋新世界会所 22、云海桑拿健康中心
23、惠州涛景高尔夫员工宿舍 24、广州艺强公司员工宿舍
25、茂名恒源大酒店 （★★★★ ） 26、杭州卡贝谰大酒店★★★★
27、化州国土局培训中心 （★★★ ） 28、清远生肉加工中心
29、重庆大厦小洞天宾馆 （★★★ ） 30、涛景高尔夫别墅群—120套
31、山海湾大酒店 （★★★ ） 32、东莞基业员工宿舍
33、三水会宾楼 34、花都珠宝城
35、广州新机场航空公寓 36、广宁广海大酒店★★★★
37、台资东莞长安高美电子厂（冷暖热三联供机组1800M2中央空调2000人80吨中央热水）
38、台资东莞长安高美电子厂（冷暖热三联供机组1350M210万级洁净厂房恒温系统）
39、台山市富城大酒店 （★★★★）

南京水足源风冷冷暖模块机组(240HP)

五、售后服务承诺
“让用户放心”是瑞姆中央空调始终如一的服务宗旨。瑞姆中央空调对所有客户实行长期跟踪服务，保证及时为用户提供最贴心的售后服务。
售后服务承诺
一、保修期：主机自出厂之日起24月；主机安装运行调试结束后18个月； 以先到期限为准。
二、调试运行：安装过程中我公司将派专业人员进行现场安装；机组开机调试前，我公司专业技术人员将对机组进行全面检查，包括对电气部分及机械部分的全面检查测试，确保安全开机。
三、培训服务：工程验收结束后，我公司将派专业技师为买方公司中央空调操作人员进行现场操作培训。如在以后的操作过程中遇到任何问题，随时可向我公司专业技师进行咨询，我公司专业技师将对提出的问题进行详细的解答。
四、维修处理：在质保期内，因我方所提供的设备及系统发生的质量问题，1小时内派出工程技术人员赶到现场维修处理。
五、追踪服务：在服务工作完成后，公司话务中心将就服务人员的服务情况和服务质量对贵公司进行追踪回访，确保产品的正常运行。
六、零部件供应：在免费维修保养期满后，我方及时实行有偿维保易损坏的零配件，酌情收取成本费。
七、质量保证期外的保养服务：
1．机组保修期结束后，我公司仍会为您提供各种有偿保养服务，确保您所使用的设备能够正常运行。
2．机组保修期结束后的服务仍严格按照公司售后服务要求和标准执行，提供机组所需的零部件，按我公司的备件收费标准及服务的收费标准收取费用。
八、公司热线：
服务中心电话：[phone] 4007-058-068
服 务 传 真：（86）020-62856811
二)、产品的现场安装与调试
1、热姆产品在安装过程中，公司将派技术人员常驻现场，进行示范安装、调试和技术服务，并对安装质量和调试结果负责。
热姆产品的安装应严格按照说明书及安装规范进行安装，保证热泵正常运行及便于今后维修。
公司的产品不需要特殊的支架或吊架。
公司的产品的生产、运输、服务等都有严格的质量保证体系。
公司对水管、电路的连接都有严格的规定，保证连接可靠、不影响其他设备、并且便于维修更换。
公司的产品属于民用产品，噪音水平极低，因此可以忽略不计。
三)、产品知识培训及产品的日常维护
1、在安装验收完毕后，公司会对用户提供适当的培训，保证用户熟悉所有细节、保证设备运行获得最大的效率。
2、热泵产品操作维护十分简单，因此培训课程在1天之内完全可以完成。
3、产品设计先进、结构优良，用户只需定期拉动排污阀放水，其他不需任何保养和维护。
四)、保修期外的产品维修服务
1、在保修期结束之前，公司或公司的授权单位将对热泵进行一次全面检查，免费解决出现的问题。任何维修活动都有一式三联的维修单为佐证，表明故障情况、维修情况等信息，并要求用户签字认可。
保修期结束之后，公司的本产品实行终身上门维修服务。这是一项公开的服务政策和承诺，公司也有专门的维修收费标准和服务范围，维修时维修人员须向用户出示以上标准。
在产品的寿命周期内，公司以优惠价格保证供应相关的备品备件。
二、工程项目的特别服务承诺
广州瑞姆节能设备有限公司承诺为REALM（热姆）牌冷暖热泵的项目用户特别提供如下售前售后服务：
一、在工程全过程中，对热泵的安装位置、水路、电路、管路系统的设计提供技术咨询；
在工程全过程中，负责向用户提供技术培训及现场技术指导，如热泵及配套系统的安装操作规范、注意事项等；
二、在工程全过程中，严格监督热泵的安装质量，并在安装完毕后，协助工程方按照“热姆热泵安装规范”进行验收；
热姆热泵品质保证内容
l 热泵整机保修2年。
l 终身维修，上门服务
l 为每一位用户建立完善的售后服务档案，不定期进行电话回访
l 对批量型用户，每年进行一次全面检修
l 用户报修后24小时内服务到位，在维修后两周内电话回访
三、热姆热泵安装操作规范
l 安装热姆热泵必须由公司授权的人员进行。
l 安装热姆热泵，必须严格按照随机所附的《安装使用说明书》进行。任何热泵都不能装在建筑的外墙上或防护栏上。
l 安装时遇到特殊情况，必须征求用户意见并和用户协商解决。
l 所有热泵的进、出水管必须采用能承受与热泵相同工作压力的硬管，与热泵配套安装的管件，如单向阀、截止阀、阀门等，必须采用专业生产厂家生产的合格产品。
l 调试前应对管道及接头进行气密性检查，保证管道不漏水。
l 采暖机组的排水管口应接入地漏，防止意外情况下排出的水损伤用户的财产。
l 安装电路及控制器时，选用的电源线必须与热泵的功率匹配；地线与零线必须严格分开；无漏电保护的应建议用户安装漏电保护开关。
l 热泵安装完毕，应对所有的冷、采暖管路进行耐压和检漏试验。
l 热泵安装完毕，应进行基本工作性能和安全性能的检查。
l 热泵一切正常之后，应培训用户正确的使用方法和有关的注意事项。
四、热泵安装质量标准
l 安装完毕的热姆热泵，其位置和四周空间应满足以下要求：
l 热泵必须安装在室外，必须是通风良好的地方；
l 热泵排气口不能对准窗户；
l 热泵周围500mm范围内不能有易燃、易爆物品；
l 热泵周围必须留有便于维护和拆卸的空间。
l 电热泵的线路连接必须牢固不易脱落，各种保护装置作用良好。
l 电线管道必须用能防火的管线连接，管道及接头应无漏水。
l 热泵的冷、采暖管路在规定水压范围内应无漏水。
l 热泵的温度控制装置应作用灵敏，在规定的温度应能自动切断电源。
l 整个热泵及管路系统应整齐、美观、实用。

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