某高檔住宅樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、某高檔住宅樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方 案某高檔住宅樓空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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55000m2o 本工程的目標(biāo)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(duì)其屋面、 外墻、外窗、釆暖、制冷、新風(fēng)等進(jìn)行了全面的系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從 而滿足一部分人對(duì)高品質(zhì)居住、辦公、購(gòu)物、休閑的要求，在節(jié)約能 源的情況下，實(shí)現(xiàn)他們對(duì)高品質(zhì)生活的追求。二、空調(diào)系統(tǒng)概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮初投資和運(yùn)行費(fèi)用，采用以地源熱泵為主，燃 氣鍋爐和冷卻塔作調(diào)峰的復(fù)合式系統(tǒng)。由于地處北京市核心地帶，沒 有場(chǎng)地，因此將土壤換熱器設(shè)置在車庫(kù)底板

2、下，共計(jì)635組雙U換 熱管，埋深100米。本項(xiàng)目的末端系統(tǒng)為頂棚輻射+新風(fēng)系統(tǒng);地源熱 泵機(jī)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(shí)現(xiàn)，不足部分釆用燃?xì)鉄崴仩t;生活熱水部分通過熱泵機(jī)組 熱回收實(shí)現(xiàn)，不足部分通過燃?xì)忮仩t提供。具體見下圖。折鳳胭味統(tǒng)|r擁-段&卜一2、 1靈統(tǒng)夏挙工祝1：壤快姚科JTI隅爐頂棚輻対紊統(tǒng)新風(fēng)機(jī)Mfk生活熱水策統(tǒng)冬軍工況工程圖三、土壤換熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)31、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。目前普遍釆用的有水平埋管和垂直埋管兩種基本的

3、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(guó)內(nèi)還沒有大面積推廣，有效的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也很 少，參照國(guó)外的參考數(shù)據(jù)，水平埋管每米換熱量取8w/m。本項(xiàng)目最 初設(shè)計(jì)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(gè)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(kù)的底板下面埋置土壤換熱器 的垂直埋管方式，共埋置土

4、壤換熱器的數(shù)量為635個(gè)。32、土壤換熱器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、測(cè)試目的為了使設(shè)計(jì)參數(shù)更加優(yōu)化、合理，在現(xiàn)場(chǎng)采用我們自主開發(fā)的測(cè) 試儀器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了換熱孔的具體測(cè)試，具體的測(cè)試目的為：1、獲取土壤換熱器每延米的換熱量。2、確定最佳的鉆孔機(jī)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(jìn)難度，合理安排施工工期。測(cè)試原理該測(cè)試簡(jiǎn)單模擬地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)夏季制冷的運(yùn)行模式，具體測(cè) 試原理如下：將儀器的水路循環(huán)部分與所要測(cè)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(dòng)環(huán)路內(nèi)的液體不斷循 環(huán)，同時(shí)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

5、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(jìn)/出儀器的溫度、 流量和加熱器的加熱功率進(jìn)行釆集記錄,來進(jìn)行分析計(jì)算土壤的熱物 性參數(shù)。其原理如下圖：測(cè)試原理圖、測(cè)試內(nèi)容本次測(cè)試共鉆了 3個(gè)120m深的換熱孔，且分別啟用了三種不同的鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，成孔后進(jìn)行視電阻率測(cè)井。在其中的2個(gè)換熱孔內(nèi)分別下 入雙U型換熱管后進(jìn)行模擬測(cè)試。324、測(cè)試結(jié)果1、視電阻率測(cè)井結(jié)果表明本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)第四系的地層粘土較少、 砂礫石居多，而且賦水率很高。所以換熱孔釆用的最佳填料應(yīng)該是級(jí) 配砂石料，因?yàn)榧?jí)配砂石填料的透水性好，不阻斷地下水在換熱孔處 的流動(dòng)，更有助于換熱孔與

6、周圍土壤的換熱，地下水流對(duì)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(jí)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(cè)試中啟用了三種不同的鉆機(jī)，以下為三種不同鉆機(jī)的性能 及實(shí)際鉆進(jìn)情況：性濟(jì)性名歯袖圧hot估o ir.昧遲巧袪力匹倔壞何救人詁13Ur it 叮凋丿、32ILK-235mm120mSPC-3O0MOSFK?JFKiA遇.u-fitfim 牧a.孔樣120mDT10Oikvmn f i me. we 取“方便.可皺備忡廉位矣試. 愛如方便F第塔諂況.Nil 6?堆廣責(zé)34 4時(shí) 幾檜100mm fttt 100mft林三種鉆機(jī)的性能及鉆進(jìn)情況通過以

7、上對(duì)巖芯1000m鉆、黃河鉆和汽車工程鉆在本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng) 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(xiàng)目應(yīng)該釆用巖芯1000m鉆。3、利用專業(yè)軟件模擬對(duì)地下巖土溫度變化情況進(jìn)行模擬，以獲 取換熱孔的最佳間距。測(cè)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(chǎng)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(shí)刻溫升幅度隨距孔中心距離增大而減小。 模擬測(cè)試結(jié)束時(shí)，距換熱孔中心0lm處溫度達(dá)到29C,溫

8、升幅度達(dá) 15C,而距換熱孔中心25m處溫升幅度僅約為0.01-C,距換熱孔中 心3m處溫升幅度僅約為0.002Co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(shí) 間的增長(zhǎng)，溫度上升速率變小，溫度變化緩慢。而距孔中心較遠(yuǎn)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1125米的底板下，如仍按照120深實(shí)施難度較大，將會(huì)造 成成本加大、工期加長(zhǎng)，因此綜合考慮將深度定位100米深。四、土壤換熱器的施工工藝41、換熱

9、孔的施工工藝流程換熱孔的施工工藝流程42、水平聯(lián)絡(luò)管的設(shè)計(jì)及施工本項(xiàng)目地埋管的數(shù)量大，分布范圍廣，為確保每一個(gè)換熱孔都能 有一定的換熱液流過，實(shí)現(xiàn)有效、高效換熱，同時(shí)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(duì)集中的原則，將整個(gè)土 壤換熱器分為42個(gè)小系統(tǒng),大約每15個(gè)左右的垂直換熱孔設(shè)置為一 個(gè)換熱循環(huán)單元，供、回水分別集中到單獨(dú)的分、集水器上;分集水 器匯入總管接入機(jī)房，使得整個(gè)地埋管的聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)既統(tǒng)一又相對(duì)獨(dú) 立，從而實(shí)現(xiàn)高效、安全運(yùn)行。水平聯(lián)絡(luò)官采用D90PE管，整個(gè)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 一致，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的保障。五、

10、設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)51、土壤換熱器聯(lián)絡(luò)總管穿底板的防水問題本項(xiàng)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(jìn) 入檢査井內(nèi)的分集水器，各個(gè)分集水器通過管道匯集，最終進(jìn)入到機(jī) 房?jī)?nèi)與熱泵機(jī)組相連。車庫(kù)地下兩層，底板標(biāo)高11.28米,共有188個(gè)D90管道穿底板。底板防水在建筑工程中歷來是個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常釆用柔性和剛性 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(guó)內(nèi)尚屬首例，因此穿底板防水 問題成為本項(xiàng)目的難點(diǎn)。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(qǐng)教設(shè)計(jì)院、防水協(xié)會(huì)專家、防水廠家，結(jié)合地 熱井井噴施工中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)制作多個(gè)方案，通過多個(gè)實(shí)物模型承壓能 力對(duì)比分析等多種途徑終于制定了一套切實(shí)可行的方案。方案經(jīng)專 家、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主、施工單位等參加的專題論證會(huì)討論，得到一 致認(rèn)可。此做法對(duì)柔性防水套管作了改進(jìn)，釆用上下兩道壓環(huán)，確保地下 水不會(huì)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(dān) 8kg壓力，經(jīng)過1個(gè)月的耐壓試驗(yàn)沒有滲漏。管外壁防水做法也經(jīng)專 家討