地源熱泵分析

湖北能源調(diào)度大樓

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)分析報告一、項目概況湖北能源調(diào)度大樓位于武漢市武呂區(qū)徐東大街中段，項目用地面積9770.5m2，總建筑面積96806m2，其中地上39層建筑面積71300m2，地下3層建筑面積25506m2?？偨ㄖ叨葹?67.8m。地上一到三層為裙樓，四層到三十九層為標(biāo)準(zhǔn)辦公層，避難層設(shè)置在十五層和二十八層。二、集中空調(diào)系統(tǒng)初步設(shè)計方案簡介原設(shè)計中，本大樓采用集中供冷、供熱的水一空氣系統(tǒng)，分設(shè)2個獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)。1-37層為一個冷熱源空調(diào)系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)一），其中1-14層為低區(qū)，16-37層為高區(qū)。38、39層為電力調(diào)度中心，另設(shè)一個單獨(dú)冷熱源的空調(diào)系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)二）。1、空調(diào)冷熱源空調(diào)系統(tǒng)一：夏季采用，冰蓄冷（2臺）+雙工況螺桿式冷水機(jī)組（3臺）+地埋管地源熱泵機(jī)組（2臺）的方式供冷，高低區(qū)分設(shè)空調(diào)水系統(tǒng)，低區(qū)由分水器直接供冷、高區(qū)通過設(shè)置在15層（避難層）的冷水板換供冷；高低區(qū)共用空調(diào)冷源，冷量由蓄冰罐、雙工況螺桿式冷水機(jī)組、地埋管地源熱泵機(jī)組聯(lián)合提供。夏季在夜間電價低谷時開啟雙工況螺桿式冷水機(jī)組蓄冰。白天根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷大小采用以下三種模式：蓄冰盤管單獨(dú)供冷、蓄冰罐與雙工況螺桿式冷水機(jī)組聯(lián)合供冷、蓄冰罐+雙工況螺桿式冷水機(jī)組+地埋管地源熱泵機(jī)組聯(lián)合供冷。地源熱泵機(jī)組啟停由室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷大小和冬季從土壤總吸熱量與夏季對土壤總放熱量基本平衡決定，即夏季當(dāng)蓄冰罐與螺桿式冷水機(jī)組聯(lián)合供冷不能滿足大樓空調(diào)冷負(fù)荷要求時，開啟一臺或二臺地源熱泵機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)充供冷，反之則地源熱泵機(jī)組停止運(yùn)行。冬季低區(qū)采用地埋管地源熱泵機(jī)組直接供熱，高區(qū)采用二臺燃?xì)庹婵斟仩t直接供熱?？照{(diào)系統(tǒng)二：冬夏季采用風(fēng)冷渦旋式熱泵機(jī)組供冷供熱，主機(jī)選擇二臺，每臺機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)工況時的制冷量均為253KW，制熱量為260KW，熱泵機(jī)組設(shè)置在39層屋面上。三、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析：1、地埋管地源熱泵是通過輸入少量的高位能源將淺層低位地能向高位能源轉(zhuǎn)移的可再生能源利用技術(shù)，它可以將地下土壤中的熱量或者冷量轉(zhuǎn)移到所需要的地方，實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷、采暖或者生活熱水使用，僅需要消耗極少的輸送能耗。該系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率高30%-60%，能大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。2、冰蓄冷空調(diào)技術(shù)是利用錯峰分時電價優(yōu)惠政策，夜間電網(wǎng)低谷時運(yùn)轉(zhuǎn)制冷機(jī)制冷，并以冰的形式蓄存，在白天用電高峰時將冰融化提供空調(diào)供冷，從而達(dá)到轉(zhuǎn)移高峰電力負(fù)荷，提高電廠一次能源利用效率、降低空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用的一項調(diào)荷節(jié)能技術(shù)3、有良好的社會和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益我國上世紀(jì)50年代天津大學(xué)開始進(jìn)行地源熱泵研究，2000年后北京中科院能源高科技有限公司開始市場化運(yùn)行。2006年北京市發(fā)改委、規(guī)劃委等9家聯(lián)合發(fā)文在北京“埋管式地源熱泵按45元/皿一次性補(bǔ)助”.現(xiàn)全國已有31個以上省進(jìn)行地源熱泵的工程。一、對初期投資影響（1）機(jī)組初投資比冷水機(jī)組費(fèi)用多10%-30%。（2）增加打井（埋管）費(fèi)用。（3）無冷卻塔和冷卻系統(tǒng)，不僅省費(fèi)用，還可節(jié)約建筑面積和建筑空間（4）減少鍋爐房和鍋爐容量、無入網(wǎng)費(fèi)（煤氣、天燃?xì)猓┗蛏偃刖W(wǎng)費(fèi)、和減少儲油罐安全費(fèi)。二、運(yùn)行費(fèi)比較（1）夏季制冷，節(jié)約費(fèi)用＞20%。（2）夏季采用熱回收，可免費(fèi)提供生活熱水。（3）冬季制熱時，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用相當(dāng)于天燃?xì)狻⑷加湾仩t的50%。（4）全年運(yùn)行費(fèi)節(jié)約30%左右。四、對目前方案的意見和建議1、從最新的設(shè)計說明上看，有效埋管深度為80米，埋管深度可增大至100米~~~120米，如有效深度至120米，則總的埋管深度增加16560米，在夏季可多提供散熱量800KW左右。2、原設(shè)計有35個溫度測點(diǎn)，我們的場地不大，實(shí)際可否減少，而且可以考慮在地埋管孔內(nèi)直接安放傳感器。3、原設(shè)計中，白天根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷大小采用以下三種優(yōu)先模式：蓄冰盤管單獨(dú)供冷、蓄冰罐與雙工況螺桿式冷水機(jī)組聯(lián)合供冷、蓄冰罐+雙工況螺桿式冷水機(jī)組+地埋管地源熱泵機(jī)組聯(lián)合供冷。該設(shè)計意圖是優(yōu)先使用冰蓄冷，然后才是水源熱泵系統(tǒng)。因?yàn)榈卦礋岜每照{(diào)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和舒適性以及是本大樓的亮點(diǎn)，而且地源熱泵的制冷量比冰蓄冷大，我們建議優(yōu)先運(yùn)行地源熱泵系統(tǒng)。4、冰蓄冷空調(diào)是利用夜間低谷負(fù)荷電力制冰儲存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲存冷量釋放出來，可以減少電網(wǎng)高峰時段空調(diào)用電負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量。但根據(jù)目前國家對能源調(diào)控的趨勢，將逐步取消峰谷電價，實(shí)行階梯電價。從2010年6月起，湖北省停止執(zhí)行居民分時和蓄能產(chǎn)品優(yōu)惠電價政策，分時電表將不再享受優(yōu)惠。隨后，國家發(fā)改委正式回應(yīng)電價問題，有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，發(fā)改委正研究電價調(diào)整一事，同時湖北省物價部門有關(guān)負(fù)責(zé)人通告媒體，實(shí)行階梯電價是大方向。一旦峰谷電價取消，冰蓄冷系統(tǒng)在運(yùn)行費(fèi)用上將大幅提高。由于原方案本身就有螺桿機(jī)冷水機(jī)組，建議取消冰蓄冷系統(tǒng)，把冷水機(jī)組改成離心機(jī)式的亦可完全滿足需求，并且運(yùn)行效率更高。由于系統(tǒng)的簡化，將節(jié)省初期投資100萬左右。5、空調(diào)系統(tǒng)（二）建議取消。因該系統(tǒng)實(shí)為精密空調(diào)，一般用在實(shí)驗(yàn)室等對空氣溫度、濕度要求比較高，一般是恒溫恒濕的環(huán)境里。而我們的調(diào)度樓辦公室對溫度、濕度沒有這么高的要求，只是普通的辦公環(huán)境。因此建議取消該系統(tǒng)，直接使用系統(tǒng)（一），或者有必要的話加裝普通中央空調(diào)。五、負(fù)三層埋管工程分析負(fù)三層埋管是地源熱泵系統(tǒng)施工的關(guān)鍵。1、施工方案的前期調(diào)查和論證本工程地源熱泵的施工是在地下負(fù)三層施工，為此我們進(jìn)行了廣泛的研究咨詢。（1）國內(nèi)的地源熱泵項目絕大多數(shù)是在平地上或廣場上進(jìn)行施工，施工難度很小。我們這個項目是在地下三層實(shí)施，這將會增加深基坑暴露的時間。由于項目周邊的普通居民住宅離基坑只有十米左右，深基坑的安全風(fēng)險非常大。預(yù)估414口井的打井時間需要兩個月，實(shí)際施工時必須加強(qiáng)安全管理、交叉施工管理，合理安排好施工方案。預(yù)計地埋管打井施工會和土方開挖等作業(yè)交叉施工，成品保護(hù)是關(guān)鍵，否則，一旦對埋管造成破壞就是不可補(bǔ)救的。我們通過了解，武呂火車站在做地源熱泵施工時，后期土方開挖等對埋管造成了很多破壞，引起換熱量達(dá)不到設(shè)計要求，實(shí)際使用效果很差。建議地埋管施工和主機(jī)設(shè)備采購、安裝由一個承包商來完成，避免出現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)平衡問題。并且發(fā)生問題后，兩家互相扯皮，互不認(rèn)賬，不能很好解決問題。我們通過了解，武漢新火車站地源熱泵施工由四家施工單位完成，究其原因，是要平衡各方的關(guān)系和利益不得已而為之，最后造成投資增加、工期延長等一系列問題。冬季從土壤總吸熱量與夏季對土壤總放熱量保持平衡是數(shù)年后系統(tǒng)還能保持良好運(yùn)行效果的關(guān)鍵。一般來講，總放熱量大于總吸