地源热泵供暖方案.doc

某中学地源热泵技术
供暖方案

1

第一部分 地源热泵项目设计

一、项目概况及设计依据
该总建筑面积约22916平方米，节能建筑，其中教学楼分别为2872㎡和2761㎡各一栋，综合教学楼3916㎡，专业教室2545㎡,学生公寓两栋计8722㎡，餐厅2100㎡,其中学生餐厅暂不考虑供暖，机组选用KLSH-160D两台，按照供热需求调剂使用以便节能；地源侧循环泵和用户端循环泵分别按照机组配置；水泵的启用模式与机组启用模式相同，可降低运行费用。地源热泵水源水系统来自室外地下埋管系统，其水系统在闭式PE管路中循环，无须自地下提取地下水。
设计依据
1、甲方提出的设计任务及相关专业提供的条件图；
2、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
3、《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）
4、《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
5、《民用建筑电气设计手册》
6、《智能建筑设计规范》GB/T50314-2000
7、《智能建筑弱电工程设计施工图集》GBBT-471
8、《建筑电气工程施工质量及验收规范》GB50303-2002
9、《建筑电气通用图集》92DQ1
10、暖通专业要求及暖通专业条件图
二、方案考虑原则
1、在条件允许的情况下，满足建筑物冬季采暖要求；
2、在保证安全可靠的情况下，尽量节省投资费用；
3、在满足使用效果的情况下，尽量节约运行费用；
4、尽量满足小区不同建筑物供暖效果一致，室外管网建议采用同程式连接方式；
5、对周边的环境不造成污染和破坏及地质改变。
三、方案设计参数
冬季供暖区域热水供回水温度根据我们过去工程实际运行经验，正常供暖供回水温度达到35/28℃即可满足室内18℃以上要求，实际系统供暖热水温度最高可达到45/40℃，完全满足冬季恶劣气候供暖需求。
四、方案设计说明
1、充分考虑建筑物的使用特点，合理配置冷热量。
2、根据建筑物的建筑特点，住宅楼采用地板采暖。
3、取暖热源由地源热泵机组提供，其特点如下：
n 标准设计 按照国际标准，结合中国实际国情设计，切实满足用户要求；
n 部件优良 进口压缩机及制冷部件，配合进口控制器，保证机组品质优良；
n 性能卓越 计算机辅助优化设计，机组在任何工况下均处于最佳运行状态；
n 热泵技术 可提供7-52 ℃系统冷热水；
n 节水性能 地源侧进水温差可达5℃，较同行业产品节水20-30%；
n 水源技术 可广泛采用各类地温条件；
n 操作简便 全电脑控制，并有备用手动操作系统，不需专人值守；
n 安全可靠 采用电脑控制和多重保护，整机运行安全可靠。
n 机组寿命长 压缩机工作寿命达到50000小时。
4、合理利用地下水温度，采用地埋管方式，实现地埋管系统的长期安全使用，对系统无损害，安全，稳定。地埋管水平连接管部分最浅处离地平面1.5米,最深处一般2米，所以地埋管区域地上不受地面绿化或路面硬化影响。

五、负荷分析与设备选型
根据甲方提供图纸,各楼宇暖通设计参数如下:
序号
建筑类型
设计热负荷kw
1
教学办公楼一
176
2
教学办公楼二
176
3
教学办公综合楼
176
4
学生宿舍楼
260
5
专业教室楼
116
6
合 计
904
据此,根据相关设计规范和地源热泵技术、使用特性，供暖时地源侧进出水温度按照5~0℃工况设计，其机组选型及机组参数如下：
地源热泵机组参数如下： 负荷/功率单位：KW
方案
机组型号
地源工况
数量
制热量
电功率
上海堃霖
KLSH-160D
5-0℃
1台
494.7
128
注：地源侧进出水温度5/0℃，用户侧进出水温度40/45℃时机组效能。
机房主要设备参数表
名 称
技术参数
单位
数量
地源热泵机组
Qr=494.7，q=128
台
2
地源侧循环泵
Q=50，H=32，q=7.5
台
3
用户侧循环泵
Q=100,H=32,q=15
台
3
用户稳压膨胀机组
H=32，q=0.37*2
台
1
地源稳压膨胀机组
H=12，q=0.37*2
台
1
全自动软水器
3~4=
台
1
地源侧集水器
DN500
台
1
地源侧分水器
DN500
台
1
用户侧集水器
DN500
台
1
用户侧分水器
DN500
台
1
六、系统方案分析
1、空调形式分析
以地源热泵系统作为项目的热源，相较于传统的集中供暖来讲初投资少，运行费用低，可人性化供暖，系统运行过程不产生任何污染，是国家倡导的、节能环保的优质方案。
2、地源热泵机组冬季运行费用预测分析（略）
备注：冬季：按机组运行120天计算，循环泵每天运行24小时，机组满负荷运行时间为12小时/天，电费按照0.6元计算。
按照国家普通教育现行作息方式，寒假一般四周28天，且该时间一般为冬季最冷时间，由此测算运行费用为：12.15元/平方米。
3、钻孔数量及造价说明
根据工程经验及高青地质状况分析，在满足使用空间的前提下，此工程地埋管初步设计孔间距均为5m，共钻孔340眼，为机组提供换热源。
PE管材管件选用河北明珠公司PE100级1.6Mpa产品。钻孔由多年专业钻孔经验的钻孔队伍专业施工。
4、水质处理
冷却水采用地下环路式，所有水均经过全自动软水器软化处理，无水量、水质和因使用地源热泵引起的低质改变担忧。地源侧、用户侧水系统进机组时一律加装过滤器，防止污物进入机组；地源侧、用户侧一律安装集、分水器，集分水器安装放气阀、压力表，保证系统排气和压力监测。
5、关于初投资分析列表
地埋管系统投资组成（略）

机房系统投资组成（略）
设备用电缆一律采用国标铜芯电缆，机房管材选用国标热镀锌管，管件采用国标管件。保温采用橡塑保温。
地源热泵系统投资总列表 （略）
注：该造价中不包括
1、机房自来水引入；
2、机房主电源引入；
3、机房建筑物的构建；
4、机房基础的预制；
5、工程配合费等其它费用。

第二部分、太阳能热水部分

一、太阳能方案设计
1. 基本条件及用户要求
1.1 基本情况及要求
学校热水系统将采用太阳能与热泵结合的方式提供热水，当太阳不能满足热水供应或冬季气候寒冷太阳能不足时将由热泵补充供热水或完全由热泵供应热水。
系统主要为教学楼、宿舍、专业教室提供热水，所以系统需考虑备用设备。
单栋宿舍楼共有宿舍104间，每个宿舍住8人，为学生卫生用水，则该系统每天的用水量为20.8T。
集热器和热水箱均放置在楼顶，为各学生提供45℃热水。
1.2 地理位置和气象条件
该地区位于北纬37.22度，东经118.02度附近。
根据美国国家宇航局提供的气象资料，该地区的十年来的平均气象条件为：
水平面上日平均辐射量（kWh/m2/d）
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
2.86
3.69
4.70
5.75
5.84
5.54
5.00
4.73
4.49
3.52
2.89
2.50

地区每月平均温度(℃)
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
-0.2
1.5
6.2
13.3
18.8
22.8
24.6
24.3
21.7
16.6
8.8
2.6
2．方案设计
2.1 设计方案主要考虑的几个问题
方案设计应充分考虑用户的下列问题，科学设计热水系统，使其达到合理、可靠、先进。
1) 根据用户要求，采用太阳能集热器和辅助能源结合为宿舍楼提供生活热水。
2) 系统处在山东地区，冬季存在结冰问题，系统设计应充分考虑太阳能及管路的冬季防冻问题。
3) 系统设计可实现优先利用太阳能加热；当太阳能不足时，再利用辅助能源补充热能，以达到节能降耗的目的。
4) 系统设计充分考虑了可靠、耐用、方便管理等问题。
5) 在保证工程质量和使用效果的前提下，最大可能降低工程造价。
2.2 本方案设计依据参考以下国家相关标准：
1) GB50364-2005 《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
2) GB/T17049-1997《全玻璃真空太阳集热管》
3) GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》
4) GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
5) GB/T18708-2002《家用太阳热水系统热性能试验方法》
6) NY/T343-1998《家用太阳热水器技术条件》
7) GBJ17-88《钢结构设计规范》
8) GBJ10-89《钢筋砼设计规范》
9) GBJ9-87《建筑载荷规范》
10) GB50015-2003《建筑给排水设计规范》
11) GBJ93—86《工业自动化仪表工程施工及验收规范》
12) GBJ242—82《采暖与卫生工程施工及验收规范》
13) JGJ/T16—92《民用建筑电气设计规范》
14) GBJ131—90《自动供热仪表安装工程质量检验评定标准》
15) 《建筑给排水工程规范》（暖通空调规范）
16) GB50057—94《建筑物防雷设计规范》
17) JGJ116—98《建筑抗震加固技术规程》
2.3 系统基本设计
1)选用抗冻性强、热效率高、经济实惠的全玻璃真空管集热器。在零下25℃的条件下，仍可产生洗浴热水。
2) 太阳能集热器分别铺放在楼顶屋面。
3) 太阳能集热器的补水管直接由供水管网提供.
4) 每个热水回水管路安装循环泵，当热水主管道温度低于设定温度时，启动循环。
5) 冬季管路防冻采用防冻循环,防止管路结冰冻坏。
6) 采用北京公司生产的PLC控制器，实现热水系统的全自动化、智能化，确保控制系统的可靠性，实现自动化运行，并具有可以根据用户的实际需要，任意修改控制程序，使系统实现真正意义上的全自动控制和智能化管理。
2.4 太阳能部分的设计
2.4.1集热器产品主要技术数据：
产品型号
W-50/47-1500
集热器件
真空集热管f47×1500mm
数 量
50支
集热面积
6.25㎡
内胆材料
0.6mm不锈钢
外壳材料
0.5mm镀铝锌板
保温材料
聚氨酯
密封材料
硅橡胶密封圈
外形尺寸
2000mm×3100mm×140mm
重 量
70㎏
2.4.2太阳能集热器面积确定：
根据屋顶结构和安装位置，集热器采用W-50/47-1500规格。安装角度为30-50度，此处按45度角计算.
太阳能集热器45度角平面上日平均辐射量（kWh/m2/d）
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
1．66
2．46
3.62
4．8
5．13
4．96
4.46
4.09
3.63
2.54
1．72
1.37
QwCw(tend-ti)f
JTηcd（1-ηL）
由国标可知，集热器的总面积可据用户的每日用水量和用水水温确定，公式如下：

Ac=

根据计算，设计安装W-1500/50型太阳能集热器60块，每块集热器集热面积为6.25平米，总集热面积为 平米.
两栋楼共需初投资 万元（不含室内系统投资）。
2.4.3水箱
水箱采用304/2B进口不锈钢内胆水箱，外敷大于50mm的聚氨脂发泡保温，并做镀铝锌板外壳。为方便观测储热水箱中水位及避免水箱从上端人孔溢水。
2.4.4、控制系统
利用独立设计的PLC智能控制柜，对热水系统进行自动化控制，实现各种功能，达到自动控制的要求。
2.4.5、辅助能源
采用热泵作为辅助能源，在太阳能不能够满足用户要求时自动启动辅助能源。
2.4.6、供水系统
太阳能系统作为一次热源，给水箱内的水加热，如果太阳能提供的水温足够，则不启动热泵，直接给用户端供水；如果太阳能提供的水温不能够满足热水温度要求，则启动热泵，把水箱内水加热后再供应给用水端。加装回水系统，保证每个水龙头“一开就有热水”。
2.4.7系统运行原理（附运行原理图）
2.4.8控制系统的功能
（1、水温水位显示：集热器顶部温度处显示集热器顶部温度T1，集热器底部温度处显示集热水箱温度T3，水箱温度处显示恒温水箱温度T4，按向下键一次集热器顶部温度处显示温度T6，集热器底部温度处显示集热器底部温度T2，水箱温度处显示用户管路温度T5，时钟处显示实时时钟，定时时间处显示定时加热时间和定时上水时间，状态显示区显示各种外接负载的运行状态。
（2、温差循环：当集热器顶部温度与集热水箱温度之差T1-T3>7℃（可调）时，水泵P1打开，进行循环，当T1-T3<3℃（可调）时，水泵P1关闭，停止循环。
（3、定温进水：当恒温水箱温度T4大于定温进水温度1且水位小于6格时，电磁阀E1打开，定温补水；到恒温水箱温度T4小于等于此设定温度-2或水位达到6格时，电磁阀E1关闭,停止上水。
（4、集热水箱向恒温水箱定温进水：当集热水箱温度T3大于定温进水温度2且水位小于6格时，且电磁阀E1不启动，启动泵P3；到T3小于等于此设定温度-2或水位达到6格或电磁阀E1启动时，停止泵P3。
（5、手动上水：电磁阀E1不启动时，手动上水到设定的水位自动停止。
（6、定时上水：电磁阀E1不启动时，自动在设定的时间上水到设定的水位，并自动停止。
（7、自动上水：通过自动上水键启动循环上水功能，当恒温水箱水位低于设定下限水位时且电磁阀E1不启动时，启动泵P3上水到设定上限水位值或电磁阀E1启动时,关闭泵P3停止上水。
（8、恒温水箱手动加热：手动启动辅助加热，把恒温水箱内的水加热到电加热设定温度1后停止加热。
（9、恒温水箱定时加热：可任意设定辅助加热定时启动时间（建议设定在下午3时至5时之间）。当恒温水箱温度T4在设定时间前达到电加热设定温度1时，辅助加热自动取消；而当恒温水箱温度在设定时间前未达到此设定温度时，辅助加热自动启动，直到恒温水箱温度T4大于设定值+2时停止加热。真正做到光电互补，既节电又保证全天候使用。
（10、恒温水箱自动加热：可用辅助加热反复循环加热，使恒温水箱温度恒定在电加热设定温度1附近。当恒温水箱温度T4低于此设定温度时，自动启动辅助加热，到恒温水箱温度高于此设定温度+2后停止。
（11、防冻电热带：当温度T6小于防冻设定温度时，防冻电热带启动；当温度T6大于此设定温度+3℃后防冻循环停止。
（12、自动管路循环：若管路温度T5低于设定温度，且恒温水箱温度T4高于此设定值+5℃，启动管路循环泵P2，当T5高于此设定温度+3℃或T4低于此设定温度+3℃，停止P2。
（13、防冻循环功能：当集热器底部温度T2小于设定温度时，水泵P1启动，进行循环防冻；当集热器底部温度T2大于此设定温度+3℃，延时2分钟后防冻循环停止。
（14、高温度保护：当集热器顶部温度T1小于设定温度时，P1不启动(按泵循环按键可启动P1，5分钟后停)；当T1小于此设定温度时，恢复启动P1。
（15、低水位保护：当水位为0格时，H2、P2不启动。
（16、停电保持：停电时，控制器内置电池可以维持系统时钟继续运行，可以连续运行1年以上，系统运行参数可以永久保存。
（17、故障报警：将可能发生的故障显示在屏幕上，便于故障确认及维修。
（18、宽电压工作：可以承受较宽的电压波动，耐高压、耐低压幅度较大。
（19、安全防护：设有短路、过流、漏电、过温断电四种安全防护功能。
3、建筑需提供条件
1）太阳能基础需要设置在承重梁上，因此须提供承重梁的位置，集热器部分承重要求为75kgf/m2;
2） 提供足够的太阳能集热器的安装面积；
3） 需要提供压力大于0.2Mpa的水源；
4） 控制部分需要提供功率大于20KW的电源，提供足够功能的辅助能源；
5）提供控制柜的放置位置。
二、经济性能分析
集中供水时燃煤、电和太阳热水系统对比(以宿舍楼太阳能热水系统为例)
1、年费用分析表
2、经济分析对比图

3、回收年限(Ne)
一般三年左右回收太阳能系统成本。
以上数据均为理论值，部分参考于《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》（由国家发改委、建设部组织编写），仅供参考.
三、售后服务保证
北京公司近年来在全国完成了多个个大面积真空集热管太阳能热水工程项目，以优良的工程质量、良好的产品性能、及时的售后服务赢得了用户的一致好评，公司拥有强大的设计、施工力量，并一直坚持不外包工程，自己施工，确保工程质量。本公司拥有多支对大中型太阳能系统工程具有丰富的安装维修经验和奉献精神的专业施工服务队伍，在全国重点县级市设有专门的维修服务机构。本公司安装的系统在保修期内，属产品质量问题，免费维修；系统保修期过后，酌情收费。因此，我们可以保证：
1.将严格按照用户的要求和国家相关安装工程施工及验收规范如期完成所有的工程安装、调试等工程任务；完工后，由双方分别对太阳能主体工程、供水、补水装置和避雷装置及辅助燃电加热系统等工作情况逐项进行调试及系统试水；各项调试合格后，进行系统总调试。最后取得验收，并交付甲方使用。同时提供相关的工程图纸、产品说明书、使用说明书、操作指南、保修卡等工程资料。
2.建立专门的用户档案，常年专人跟踪售后服务。
3.太阳能中央热水工程的真空管、连箱免费保修五年，其它工程设备免费保修期为一年。工程设备及设备附件在保修期内，因质量问题导致损坏，免费维修、调换。保修期后，维修及部件更换，均优惠收费，只收配件材料费，免收人工费。并提供终身优惠维修保养。
4.专门为甲方免费培训二名技术人员，使该技术人员能处理日常系统维护与维修事宜。在工程系统完工验收合格后，保证贵方能熟练并正确掌握使用和正常维护方法，我方派专职售后服务人员定期进入小区免费监控整个系统运行情况，负责整个系统的维护和管理及时处理各种相关问题。直到贵方相关技术人员能熟练并正确掌握相关管理和维护方法为止。
5.甲方的技术人员不能解决的一般系统故障,将由公司山西长治市服务中心安排售后服务技术人员在接到报修电话半小时内赶到现场，5小时内排除故障。
6．如果遇到重大故障或紧急抢修，本公司保证派技术人员24小时之内随叫随到。
7．零部件从预订至到货的时间期限为24小时。

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