高檔住宅樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案

1、某高檔住宅樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案一、工程概況占地面積1公頃，總建筑面積約22萬平米，地下室約55000m2。本工程的目標是建設(shè)一座高舒適度、低能耗、健康、綠色、環(huán)保型的里程碑式住宅建筑，它充分利用現(xiàn)有的建筑類高科技力量，對其屋面、外墻、外窗、采暖、制冷、新風等進行了全面的系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，從而滿足一部分人對高品質(zhì)居住、辦公、購物、休閑的要求，在節(jié)約能源的情況下，實現(xiàn)他們對高品質(zhì)生活的追求。二、空調(diào)系統(tǒng)概述系統(tǒng)設(shè)計充分考慮初投資和運行費用，采用以地源熱泵為主，燃氣鍋爐和冷卻塔作調(diào)峰的復合式系統(tǒng)。由于地處北京市核心地帶，沒有場地，因此將土壤換熱器設(shè)置在車庫底板下，共計635組雙U換熱管，埋深100米。本

2、項目的末端系統(tǒng)為頂棚輻射+新風系統(tǒng);地源熱泵機組夏季的排熱由土壤換熱器和冷卻塔完成;冬季取熱源由土壤換熱器實現(xiàn)，不足部分采用燃氣熱水鍋爐;生活熱水部分通過熱泵機組熱回收實現(xiàn)，不足部分通過燃氣鍋爐提供。具體見下圖。 工程圖三、土壤換熱器系統(tǒng)設(shè)計3.1、土壤換熱器系統(tǒng)介紹土壤換熱器系統(tǒng)是由埋設(shè)在地下的PE管(高密度聚乙烯管)和循環(huán)泵及相關(guān)附屬部件組成。地源熱泵系統(tǒng)的土壤換熱器埋置方式多種多樣。目前普遍采用的有水平埋管和垂直埋管兩種基本的配置形式。水平埋管是在淺層土壤中挖溝渠，將土壤換熱器(PE管)水平的埋置于溝渠中，并填埋的施工工藝。垂直埋管是在地層中垂直鉆孔，然后將地下土壤換熱器(PE管)以一定

3、的方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工藝。水平埋管 垂直埋管水平埋目前在管國內(nèi)還沒有大面積推廣，有效的實測數(shù)據(jù)也很少，參照國外的參考數(shù)據(jù)，水平埋管每米換熱量取8w/m。本項目最初設(shè)計考慮了4000m的水平換熱管，水平埋管總熱交換量為32kw，如此小的換熱量在整個系統(tǒng)中所起到的作用可以說是微不足道，所以，在最終的方案中取消了水平埋管方式。最終方案中采取了在地下二層車庫的底板下面埋置土壤換熱器的垂直埋管方式，共埋置土壤換熱器的數(shù)量為635個。3.2、土壤換熱器的現(xiàn)場測試3.2.1、測試目的為了使設(shè)計參數(shù)更加優(yōu)化、合理，在現(xiàn)場采用我們自主開發(fā)的測試儀器對現(xiàn)場進行了換熱孔的具體測試，具體的測試目

4、的為：1、獲取土壤換熱器每延米的換熱量。2、確定最佳的鉆孔機具。3、確定土壤換熱器換熱孔的最佳深度和合理間距。4、確定最佳填料。5、結(jié)合鉆進難度，合理安排施工工期。3.2.2、測試原理該測試簡單模擬地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)夏季制冷的運行模式，具體測試原理如下：將儀器的水路循環(huán)部分與所要測試換熱孔內(nèi)的PE管路相連接，形成閉式環(huán)路，通過儀器內(nèi)的微型循環(huán)水泵驅(qū)動環(huán)路內(nèi)的液體不斷循環(huán)，同時儀器內(nèi)的加熱器不斷加熱環(huán)路中的液體。該閉式環(huán)路內(nèi)的液體不斷循環(huán)，加熱器所產(chǎn)生的熱量就不斷通過換熱孔內(nèi)的換熱管釋放到地下。在閉式環(huán)路內(nèi)的液體循環(huán)的過程中，將進/出儀器的溫度、流量和加熱器的加熱功率進行采集記錄，來進行分析計算土

5、壤的熱物性參數(shù)。其原理如下圖： 測試原理圖3.2.3、測試內(nèi)容本次測試共鉆了3個120m深的換熱孔，且分別啟用了三種不同的鉆機進行鉆孔，成孔后進行視電阻率測井。在其中的2個換熱孔內(nèi)分別下入雙U型換熱管后進行模擬測試。3.2.4、測試結(jié)果1、視電阻率測井結(jié)果表明本項目現(xiàn)場第四系的地層粘土較少、砂礫石居多，而且賦水率很高。所以換熱孔采用的最佳填料應(yīng)該是級配砂石料，因為級配砂石填料的透水性好，不阻斷地下水在換熱孔處的流動，更有助于換熱孔與周圍土壤的換熱，地下水流對換熱管、填料及周圍土壤的換熱性能有很大的影響，也就是說級配砂石填料在這種賦水率比較高的地層中比其他填料的的效果要好。2、測試中啟用了三種不

6、同的鉆機，以下為三種不同鉆機的性能及實際鉆進情況： 三種鉆機的性能及鉆進情況通過以上對巖芯1000m鉆、黃河鉆和汽車工程鉆在本項目現(xiàn)場的鉆探比較，可以看出鉆井速度最快的是黃河鉆，其次是巖芯1000m鉆，最慢的是汽車工程鉆;巖芯1000m鉆和黃河鉆所鉆孔徑適合方便的下入雙U型換熱管;巖芯1000m鉆的工程成本最低，綜合分析后，本項目應(yīng)該采用巖芯1000m鉆。3、利用專業(yè)軟件模擬對地下巖土溫度變化情況進行模擬，以獲取換熱孔的最佳間距。測試結(jié)果表明，0.5m深度以下，距孔中心越近，排熱工況下巖土溫度場受影響程度越大，溫升幅度越大，0.5m以下不同深度溫度變化幅度基本一致。同一時刻溫升幅度隨距孔中心距

7、離增大而減小。模擬測試結(jié)束時，距換熱孔中心0.1m處溫度達到29，溫升幅度達15，而距換熱孔中心2.5m處溫升幅度僅約為0.01，距換熱孔中心3m處溫升幅度僅約為0.002。距換熱孔中心距離不同，溫度變化速率也不同。距孔中心越近，一開始溫度變化速率大。隨著作用時間的增長，溫度上升速率變小，溫度變化緩慢。而距孔中心較遠處，溫度變化速率的規(guī)律與上述正好相反。綜合以上的模擬及分析結(jié)果，該區(qū)域土壤換熱器的合理間距為5m。4、孔深確定由120米地層資料揭示該地區(qū)100米以下含卵礫石較多，且土壤換熱器埋設(shè)于-11.25米的底板下，如仍按照120深實施難度較大，將會造成成本加大、工期加長，因此綜合考慮將深度

8、定位100米深。四、土壤換熱器的施工工藝4.1、換熱孔的施工工藝流程 換熱孔的施工工藝流程4.2、水平聯(lián)絡(luò)管的設(shè)計及施工本項目地埋管的數(shù)量大，分布范圍廣，為確保每一個換熱孔都能有一定的換熱液流過，實現(xiàn)有效、高效換熱，同時最大限度增加系統(tǒng)的安全性，根據(jù)換熱孔的分布區(qū)域，按照相對集中的原則，將整個土壤換熱器分為42個小系統(tǒng)，大約每15個左右的垂直換熱孔設(shè)置為一個換熱循環(huán)單元，供、回水分別集中到單獨的分、集水器上;分集水器匯入總管接入機房，使得整個地埋管的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)既統(tǒng)一又相對獨立，從而實現(xiàn)高效、安全運行。水平聯(lián)絡(luò)官采用D90PE管，整個土壤換熱器系統(tǒng)按同程方式連接，確保各換熱孔內(nèi)循環(huán)液的流量、流速一

9、致，為系統(tǒng)的安全運行提供可靠的保障。五、設(shè)計及施工難點5.1、土壤換熱器聯(lián)絡(luò)總管穿底板的防水問題本項目換熱孔D32管道經(jīng)D90水平聯(lián)絡(luò)管匯集，穿結(jié)構(gòu)底板進入檢查井內(nèi)的分集水器，各個分集水器通過管道匯集，最終進入到機房內(nèi)與熱泵機組相連。車庫地下兩層，底板標高-11.28米，共有188個D90管道穿底板。底板防水在建筑工程中歷來是個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常采用柔性和剛性兩道防水層做法。目前圖集和規(guī)范中均有穿外墻防水套管做法，但是還沒有穿底板套管做法，此種做法在國內(nèi)尚屬首例，因此穿底板防水問題成為本項目的難點。為了解決此問題我們專門成立了攻關(guān)小組，通過深入研究目前防水工藝、規(guī)范，通過請教設(shè)計院、防水協(xié)會專家、防水廠家，結(jié)合地熱井井噴施工中的相關(guān)經(jīng)驗制作多個方案，通過多個實物模型承壓能力對比分析等多種途徑終于制定了一套切實可行的方案。方案經(jīng)專家、設(shè)計、監(jiān)理、業(yè)主、施工單位等參加的專題論證會討論，得到一致認可。此做法對柔性防水套管作了改進，采用上下兩道壓環(huán)，確保地下水不會通過管道和套管內(nèi)壁滲入地下室。上下兩側(cè)壓環(huán)壓緊后可承擔8kg壓力，經(jīng)過1個月的耐壓試驗沒有滲漏。管外壁防水做法也經(jīng)專家討論制定了特殊的方案。5.2、施工中對基底的擾動問題由