某科技園溫室地源熱泵空調系統(tǒng)設計方案.doc

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無錫市XX科技園溫室 地源熱泵空調系統(tǒng)設計方案 1. 工程概況 本項目位于無錫市東部XX區(qū)XX科技園內，構筑物南北長120米，東西寬40米，坡頂高度4.8米，天溝高3.9米，四周及頂部均采用4mm單層玻璃做為圍護材料，整個玻璃溫室由鋼結構骨架支撐，總面積4800平方米。 2. 空調冷熱源 2.1 設計參數(shù) 室外設計參數(shù) 夏季：空調室外計算干球溫度 35℃ 冬季：空調室外計算干球溫度 -3℃ 室內設計參數(shù) 夏季：25～30℃，濕度不控制 冬季：8～15℃，濕度不控制 2.2 空調設計負荷 夏季根據(jù)圍護結構進行逐項逐時冷負荷計算，選取峰值負荷；冬季耗熱量由圍護結構耗熱量、冷風滲透耗熱量及冷風侵入耗熱量組成，計算結果如下： 夏季：336.5 kW 冬季：442.2 Kw 由于夏季室內溫度保持在30℃左右，且該溫室設有遮陽設施及通風換氣設備，對空調溫度要求不高；而冬季主要靠地源熱泵系統(tǒng)加溫，無其它輔助設備，且室溫須嚴格保持在8～15℃。因此，本設計以冬季供熱負荷為計算依據(jù)。 2.3 空調冷熱源 溫室供暖系統(tǒng)常用兩種形式：熱風系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)。熱風系統(tǒng)一般采用燃油鍋爐，將溫室內的回風加熱后，經暖風機通過塑料薄膜風管送出。送風管的壁面上有規(guī)律地排列了很多小風口，能較均勻的送出熱風。采用塑料薄膜風管的好處是造價低廉，對光照影響不大，但熱風溫度控制困難。熱水供熱系統(tǒng)采用室內布設光管或管道繞翅片做為散熱面，與熱風系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點是室內溫度場均勻，溫度波動小，缺點是當冷風大量滲透時加熱較慢。 本工程以垂直地埋管換熱器替代鍋爐作為冬季空調的熱源，并兼做夏季空調的冷卻水水源。室內地源熱泵機組均勻吊裝在溫室內，直接送出熱風，去除了常規(guī)溫室供熱系統(tǒng)中的風管或者散熱管道。該系統(tǒng)吸收了熱風采暖的優(yōu)點，又省去了大量的散熱管道，室內溫度控制均勻。地源熱泵系統(tǒng)中的換熱器垂直埋放在溫室東側的綠化帶內。 3. 空調系統(tǒng)設計 3.1 空調水系統(tǒng) 水系統(tǒng)采用兩管制，整個溫室為一個閉式水系統(tǒng)。水泵機房設置集、分水器，考慮到系統(tǒng)內水的膨脹量，機房屋頂設一個膨脹水箱。溫室內空調供回水管為同程布置；地埋管分組布置，組與組之間為異程式，通過平衡閥進行阻力平衡。 3.2 室內熱泵機組的選用及安裝 根據(jù)熱負荷，選擇清華同方HGS系列冷熱風型水源熱泵機組（具體技術參數(shù)見附錄），HGSLR-17，共20臺，直接吊裝于溫室內，詳見圖1及圖2。 圖1：地源熱泵空調系統(tǒng)平面圖 圖2：安裝剖面圖 4． 地源熱泵豎直地埋管熱交換器設計與安裝 4.1 換熱量計算 地下埋管式換熱器是地源熱泵系統(tǒng)設計的重點，也是地源熱泵系統(tǒng)設計中最主要的部分。根據(jù)無錫地區(qū)的的土壤特性、氣候特點、地質結構等特點，結合該項目的具體情況以及相關工程經驗，本項目采用豎直地埋管熱交換器。 熱交換器冬夏季換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。本工程中，根據(jù)以下公式計算地埋管熱交換器冬季的換熱量： kW 式中，—為冬季從土壤吸收的熱量，kW；—為冬季設計總熱負荷，kW；—為設計工況下水源熱泵機組的供熱系數(shù)。 4.2 換熱管管長計算 供熱工況下，豎直地埋管換熱器鉆孔的長度可按照下列公式計算： 根據(jù)以上公式，結合本項目相關實際參數(shù)，利用軟件計算得到單位長度換熱管負荷為25W/m，則換熱管長度計算如下： m 式中，為換熱管長度，m；為換熱量，W；為單位長度換熱管負荷，W/m。 4.3 確定換熱孔數(shù)目及間距 按地源熱泵技術要求，豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m ,鉆孔孔徑不宜小于0.11m，鉆孔間距應滿足換熱需要，間距宜為3～6m。水平連接管的深度應在凍土層以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m 。 根據(jù)無錫地區(qū)的地質資料、現(xiàn)場條件以及鉆井設備條件等諸多因素綜合分析，認為該地區(qū)豎井深度取60m較為合理。豎井數(shù)目計算如下： 個 式中，為豎井總數(shù)，個；為地埋管換熱器總長，m；為豎井深度，m 。 考慮到溫室內不同植物對溫度的要求不同可能帶來的換熱量變化問題，豎井數(shù)目圓整后取120個。根據(jù)現(xiàn)場情況，豎井沿溫室南北方向分兩排布置，每排需要布置50個豎井，排與排之間的間隔為10m，而溫室南北長為120m，則南北向孔間距約為2m，鉆孔直徑為180mm，詳見圖1。 4.4 地埋管換熱器管材、管徑及系統(tǒng)的設計安裝 本工程選用聚乙烯PE管，公稱壓力為1.25MPa；管內流速取0.6m/s，換熱管管徑選取DN32，水平集管選取DN50。由于南方地區(qū)凍土曾較淺，水平埋管深度取1m ，見圖3。 由于換熱孔的數(shù)量較多，一般要求每對供回水集管連接的地埋管環(huán)路數(shù)量宜相等，且環(huán)路之間做同程布置。根據(jù)本工程實際情況，采用每對供回水集管連接10個地埋管環(huán)路的方式，集管之間的阻力由平衡閥加以平衡，詳見圖4。 圖3：水平埋管剖面圖 圖2：地埋管接管詳圖 4.5 水泵選擇計算 根據(jù)地源熱泵機組對流量的要求，并在此基礎上考慮換熱孔間距較小而適當加大流量，確定系統(tǒng)流量約為140m3/h。地埋管部分壓力損失公式為 計算得50.08Pa，則水泵揚程可計算得到，為201.57kPa。 系統(tǒng)中，管路最大壓力應小于管材的承壓能力。在不考慮豎井地下水引起的靜壓力抵消的情況下，管路所需承受的最大壓力按照以下公式計算： 式中，為管路最大壓力，Pa；為建筑物所在地區(qū)大氣壓力，Pa；為地埋管中流體密度，kg/m3；g為當?shù)刂亓铀俣龋琺/s2；為地埋管最低點與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點的高度差，m；為水泵揚程，Pa。 經過計算，本系統(tǒng)中，管路最大壓力為0.89MPa，本工程采用的管材額定承壓能力為1.25MPa，管材滿足設計要求。 5. 地源熱泵空調系統(tǒng)的優(yōu)勢 本項目在研究溫室供暖的基礎上，采用地源熱泵空調系統(tǒng)利用地下能源，從而取代燃煤、燃氣、燃油等常規(guī)鍋爐對溫室供暖，實現(xiàn)了空調系統(tǒng)的近乎零污染和零排放。實際運行中，優(yōu)勢明顯： (1) 運行可靠， 地源熱泵空調系統(tǒng)的運動部件相比常規(guī)系統(tǒng)少，減少了維護費用；同時，由于系統(tǒng)安裝在室內和埋在地下，延長了系統(tǒng)的使用壽命；系統(tǒng)在運行過程中沒有燃燒，因此也就沒有普通鍋爐運行所帶來的安全隱患；供熱平穩(wěn)，降低了停、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值，運行更為可靠。 (2) 運行費用低 地源熱泵系統(tǒng)的效率比普通鍋爐設備高，系統(tǒng)只需要很小的電量就可以正常運行，所以是一種非常節(jié)能的空調系統(tǒng)。 (3) 改善環(huán)境 地源熱泵系統(tǒng)與普通鍋爐相比，沒有燃燒，也就沒有各種有害氣體的排放，對大氣幾乎無污染；地埋管安裝在綠化地內，機組安裝在溫室內，無視覺障礙；運行噪音很小，無噪聲污染。 (4) 本項目于2006年19月底竣工，即將投入使用，讓實踐來檢驗設計成果。 附： 1． 地源熱泵空調系統(tǒng)平面圖（見附件） 2． 地買管接管詳圖（見附件） 3． 地源熱泵機組技術參數(shù) 地源熱泵機組技術參數(shù)表 HGSLR整體水風立式系列 型號 HGSLR 05 08 10 17 22 27 33 48 65 90 120 150 額定制冷量KW 5 7.6 10.2 16.7 21.9 26.6 33.3 47.1 64.7 90.1 118.7 150.0 額定制冷功率 KW 1.75 2.45 3.05 5.3 7.28 9.14 11.0 14.23 22.1 26.89 38.74 51.48 能效比 W/W 3．16 3.44 3.71 3.5 3．34 3．23 3．36 3.28 3．25 3.72 3．4 3．25 額定制熱量Kw 6.1 10 13.8 21.6 29.7 37.7 41 60.5 84.5 113.3 153.4 193.8 室內風量（中檔） m3/h 1080 1400 1520 2630 3240 4680 5400 9000 14400 17500 19800 22200 機外余壓pa 75 75 100 100 100 180 180 180 200 180 200 200 聲壓力級 dB(A) 61/65 66/74 66/74 74/79 67/77 67/78 66/79 69/86 70/87 72/92 72/92 73/91 電源 V/PH/HZ 220V/1-50Hz 380V/3N-50Hz 額定最低水流量m3/h 1 1.54 1.98 3.31 4.39 5.36 6.62 9.39 12.96 17.85 24.37 31.07 水側盤管壓降kPa 55 70 21 39 54 66 120 90 150 110 120 120 長 513 513 643 755 1200 1200 1400 1800 1800 2000 2000 2000 高 850 1072 1072 1092 1240 1240 1435 1770 1770 1940 1940 1940 寬 510 538 538 720 720 720 720 800 800 1250 1250 1250 進出水管徑（外螺紋） 3/4" 3/4" 1" 1" 1" 1" 1" 1 1/4" 1 1/4" 2" 2" 2" 冷凝水管徑（外徑） mm 19 19 19 19 19 19 19 25 25 25 25 38 凈 重 kg 85 104 145 260 320 390 450 625 760 850 1050 1200 裝運重量 kg 93 106 160 280 342 415 477 658 800 895 1100 1260 設備名稱：HGSLR立式系列冷熱風型水源熱泵機組 規(guī)格：HGSLR-17 數(shù)量：20臺