苏州别墅地源热泵系统方案.doc

江苏河海新能源有限公司 苏州别墅地源热泵冷暖热三联供系统工程

苏州别墅
地源热泵冷暖热三联供系统工程

初
步
方
案

编制单位：江苏河海新能源有限公司
设计研发中心吴栋工作室
编制时间：2009年12月28日
1

江苏河海新能源有限公司 苏州别墅地源热泵冷暖热三联供系统工程
目 录

第一章 项目概况及负荷计算 1
一、项目概况 1
二、负荷计算 1
三、主机选型 1
第二章 本工程技术方案 2
一、总体方案概述 2
二、地源热泵系统设计 2
（一）总体原理图 2
（二）地埋管换热器的设计计算 3
（三）冷热源——土壤热能提取利用技术 3
（四）地源热泵运行工况 4
第三章 经济性分析 5
一、地源热泵系统的投资分析 5
二、地源热泵系统运行成本分析 6
三、地源热泵系统综合分析 8

10
人居环境与世界同步

第一章 项目概况及负荷计算

一、项目概况
本项目为苏州别墅地源热泵冷暖热三联供系统工程。建筑面积300平方米左右，本项目拟采用地埋管地源热泵绿色节能能源方式，以土壤作为冷热源，为本项目提供空调和生活热水服务，最大限度地降低运营成本。
二、负荷计算
1、空调冷负荷与热负荷的计算
名称
面积
指标（w/ m）
建议同时
使用系数
负荷（KW）

别墅

300m
冷：120
70%
25.2
热：50
100%
15

2、生活热水热负荷计算
别墅热水用水定额50℃时110L/（人·d），入住人数按5人计，浴缸按每天使用1次计算，则热水用量为：
Q1=4*0.11+0.35*1=0.8 m/d，在地下室屋面设置0.8m3蓄热水罐。
利用热泵制备生活热水热泵功率计算:
W= = KW
W——热水热泵功率；KW
Δt——制备热水温升,45℃，设计冷水温度5℃，热水温度50℃；
ΔT——制备热水时间，夜间谷电8h。

三、主机选型
表1-2 别墅部分机组选型表
序号
性能参数
数量（台）
备注
1
制冷量25.4KW，制热量42KW
热水制热量5.3kw
1
热回收型地源热泵机组

第二章 本工程技术方案

一、总体方案概述
采用地下环路式地埋管地源热泵系统，以地埋管换热器制取的冷热媒水为冷热源，采用带热回收功能的一体化地源热泵机组（含循环水泵），设置在一层楼梯底或储藏室内，屋面设置生活热水水箱及膨胀水箱，夏季集中制备7℃空调冷水，冬季制备45℃采暖热水，全年供应50℃生活热水，通过地源热泵机组控制面板上按钮，切换空调、采暖、热水工况。
二、地源热泵系统设计
（一）总体原理图

图2-1 地源热泵系统原理图

（二）地埋管换热器的设计计算
根据实际情况，本工程建议在别墅周围绿化用地下打井埋管。
1、确定竖井埋管管长
竖井中的埋管采用单U型管，管径为φ32。
L= ==1089m
其中：L——竖井埋管总长，m；
   Q——夏季设计总排热量；
28——夏季每m管长释热量，W/m。
2、确定竖井数目
N===7口。
    其中：N——竖井总数，口；
     L——竖井埋管总长，m；
     H——竖井深度，取80m；
2——考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。

（三）冷热源——土壤热能提取利用技术
地源热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环系统，它通过循环液体在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的换热。在冬季制热过程中，流体从地下吸取热量，再通过热泵系统把热量带到室内；夏季制冷时系统逆向运行，即把室内热量带到地下岩土中。因此，地耦管地源热泵系统保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术。具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。

图2-2 地源热泵示意图

（四）地源热泵运行工况
1、夏季工况
地源热泵以土壤源作为冷源，可有效降低系统投资，提高系统的运行节能效果。选用地源热泵机组为基础负荷热能转换设备，充分利用地源热泵机组高效节能、经济的特点，热回收机组供冷同时提供夏季生活热水。
（1）地源热泵的能效系数制冷时按照4.3。
（2）夏季供冷的参数初步设定为7/12℃，进入热泵系统媒介水温度设定为30/35℃。
2、冬季工况
冬季土壤源温度稳定且不低于15℃，因此冬季工况采用土壤源作为主热源，有利于提高系统能效。选用地源热泵机组为基础负荷热能转换设备，充分利用机组高效节能、经济的特点，提供空调系统的热源。
（1）地源热泵的能效系数按照制热时4.5。
（2）冬季供热的参数设定为45/40℃，进入热泵系统媒介水温度设定为10/5℃。
3、制热水工况
在制冷季节利用带热回收地源热泵机组热回收功能制备生活热水，能源成本仅为自来水费用，最大限度节约费用。
（1）热回收原理：
热回收机组通过回收冷却水出水的废热，用于加热制取50℃生活热水，储存至热水水罐中，保证水罐底部水温不低于45℃，不但可以实现废热利用，减少冷凝热对环境产生的热污染，又可减少能源的损耗。热回收技术应用于低温热水的预热，使其热交换效率更高，节省大量的系统运行费用。
（2）热回收特点：
热回收机组的制热效率远远超过各种锅炉，同时又为空调系统提供冷量，是优秀的锅炉替代品，尤其适用于同时需要冷量和热量的项目。

第三章 经济性分析

一、地源热泵系统的投资分析
1、初投资估算明细表
地源热泵系统能源中心工程费用投资估算明细表
序号
分项工程
工程量
单位
估算指标
估算价格
备注
（万元）
一
地源热泵一体机投资

1
热泵主机
25.4
KW
2元/ W
5.1

2
泵组及阀门
18
KW
0.2元/ W
0.36

3
管线安装费
18
KW
0.15元/ W
0.27

4
恒温水箱
1.0
m
2500元/m
0.25

5
小计1

5.98

二
管网及末端

1
室外管网
300
m2
20元/m2
0.600

2
室内管网
300
m2
20元/m2
0.600

3
风机盘管及配套设施
300
m2
100元/m2
3.00

4
小计2

4.2

三
地暖系统及打井费

1
地埋管及打井
780
m
50元/m
2.80

2
地暖系统
300
m2
50元/m
1.5

3
小计3

4.3

四
总计

14.48

二、地源热泵系统运行成本分析
本项目冷负荷25.2KW，热负荷15KW；空调系统夏季供冷120天；冬季供热100天。生活热水0.8m/天，平均使用率50%，热水全年提供。
主机每天运行24小时，白天平均开机率0.3，夜间平均开机率0.5。
苏州市自来水价格3.2元/吨，电价如下表。
序号
收费项目
收费标准（元/KWh）
收费依据
备注
1
居民生活用电
0.5283
苏价工〔2008〕221号
峰电8时到21时；谷电21时次日8时。
2
居民生活峰谷用电
峰电：0.5583
谷电：0.3583

1、夏季运行成本分析
（1）夏季单位KWh的运营成本
① 峰电时段单位KWh成本
==0.137元/KWh
式中：S——地源热泵一体机每KWh的输出功率的运行成本，元/KWh；
ƒ——峰电电价，0.5583元/KWh；
——管网及水泵的损耗，取5%；
—主机能效比，夏季取4.3。
② 谷电时段单位KWh成本
==0.088元/KWh
式中：S——地源热泵一体机每KWh的输出功率的运行成本，元/KWh；
ƒ——谷电电价，0.3583元/KWh；
——管网及水泵的损耗，取5%；
—主机能效比，夏季取4.3。
（2）夏季运行成本
S= S WT t+ S WT t
= 0.13725.2120130.3+0.08825.2120110.5
= 1616+1464
=3080（元）
2、冬季运行成本分析
（1）冬季单位Kwh的运营成本分析
① 峰电时段单位KWh成本
==0.13元/KWh
② 谷电时段单位KWh成本
==0.084元/KWh
（2）冬季运行成本
S= S WT t+ S WT t
= 0.1315100130.3+0.08415100110.5
=760+693
=1453（元）
3、全年生活热水成本
全年生活热水分为两部分，夏季采用带热回收热泵机组制备生活热水，费用仅为自来水成本费；冬季及过渡季节利用热泵机组在谷电时段制备生活热水。使生活热水成本降到最低。
（1）夏季热回收制取生活热水
生活热水成本仅为：S =0.8吨/天50%120天3.2元/吨 = 154元
（2）冬季及过渡季节生活热水每Kwh的成本
==0.108元/KWh
每吨水设计温升45，耗能为：
1*45/0.859=52.4Kwh/吨，自来水价格3.2元/吨
冬季及过渡季节生活热水成本为：
（3.2元/吨+0.108元/KWh52.4KWh/吨）0.8吨/天215天50%
=868元
（3）全年生活热水成本
则生活热水全年成本为：154元 + 868元 =1022元

三、地源热泵系统综合分析
别墅地源热泵系统投资
项目
能源方式
单栋别墅投资
别墅
地源热泵系统
14.48万元

别墅地源热泵系统运行费用
项目
能源方式
运行费用（元）
年总运行费用（元）

别墅

地源热泵
夏季
3080

5555
冬季
1453
生活热水
1022