九華山莊二期土壤熱泵蓄冰工程介紹

九華山莊二期

土壤熱泵/蓄冰工程介紹際高集團(tuán)有限公司陳鳳君

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的崛起，能源問(wèn)題已成為發(fā)展的瓶頸，尋找新的能源來(lái)減少對(duì)一次能源的依賴，減少對(duì)環(huán)境的破壞和污染，以成為必須解決的問(wèn)題。地源熱泵技術(shù)作為綠色、再生能源技術(shù)，在世界上已得到廣泛應(yīng)用，在中國(guó)也正在越來(lái)越多的應(yīng)用于各類工程上，并取得了很好的效果。其中成功案例之一是----九華山莊土壤源熱泵/蓄冰工程。

一、工程概況二、冷熱源設(shè)計(jì)方案三、冷熱源系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇四、冷熱源設(shè)計(jì)方法五、地下?lián)Q熱器施工關(guān)鍵問(wèn)題及解決措施六、調(diào)試及運(yùn)行七、測(cè)試結(jié)果及分析八、節(jié)能效果一、工程概況北京九華山莊二期酒店工程位于北京市昌平區(qū)，是一家涉外四星級(jí)、庭院式度假酒店，建筑面積共計(jì)131262m2，地下一層，地上十三層，建筑高度為55.2m。

工程外景二、冷熱源設(shè)計(jì)方案本工程冷熱源系統(tǒng)采用土壤熱泵復(fù)合式系統(tǒng)，冬夏季基本負(fù)荷由土壤熱泵系統(tǒng)承擔(dān)；峰值負(fù)荷冬季由汽水換熱系統(tǒng)承擔(dān)，夏季由冰蓄冷系統(tǒng)承擔(dān)。（一）系統(tǒng)形式夏季系統(tǒng)形式

冬季系統(tǒng)形式

土壤熱泵系統(tǒng)原理地球內(nèi)部的溫度深度（千米）溫度（℃）地球是一個(gè)巨大的能量?jī)?chǔ)存體，據(jù)計(jì)算，地球陸地以下五公里內(nèi)，15攝氏度以上巖石和地下水總含熱量達(dá)1.05E25焦?fàn)枺喈?dāng)于9950萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按世界年耗100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，可滿足人類幾萬(wàn)年能源之需要.

因而，地?zé)崮苁且环N非常有前景的能源形式工作原理：土壤熱泵是利用了地表淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。熱量可以以一個(gè)較低的速度從地底抽取，溫度通過(guò)熱泵增加，然后熱量被用到取暖系統(tǒng)中,對(duì)于每KWh的熱輸出只需要0.25~0.3KWh的電力來(lái)控制該系統(tǒng)。對(duì)于夏天的制冷作用這種系統(tǒng)正好反過(guò)來(lái)利用，來(lái)自建筑物熱量可以回灌到地下土壤熱交換器系統(tǒng)，以進(jìn)行非常高效的空間冷卻。冰蓄冷系統(tǒng)原理冰蓄冷空調(diào)就是在夜間電網(wǎng)用電低谷時(shí)間，同時(shí)也是空調(diào)負(fù)荷很低的時(shí)間，制冷主機(jī)開機(jī)制冷并由蓄冷設(shè)備將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)；待白天電網(wǎng)高峰用電時(shí)間，同是也是空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)間，再將冷量釋放出來(lái)滿足高峰空調(diào)負(fù)荷的需要。因此，冰蓄冷空調(diào)就是通過(guò)轉(zhuǎn)移制冷設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，利用低谷時(shí)的廉價(jià)電，減少峰值電負(fù)荷，達(dá)到移峰填谷、使用戶節(jié)省大量運(yùn)行費(fèi)用的目的。（二）主要設(shè)備

1、土壤熱泵系統(tǒng)：選用五臺(tái)熱泵機(jī)組，單臺(tái)制冷量為1251KW，單臺(tái)制熱量為1423KW；地下?lián)Q熱器的數(shù)量為700個(gè)。2、蒸汽系統(tǒng)：汽水換熱器2臺(tái)，單臺(tái)裝機(jī)容量為2100KW。3、冰蓄冷系統(tǒng)：雙工況主機(jī)采用三臺(tái)螺桿式雙工況機(jī)組，單臺(tái)制冷量1192kw，制冰量821kw。蓄冰盤管采用U型盤管，共936片，分別裝在6個(gè)箱形基礎(chǔ)內(nèi)。三、冷熱源系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇

該項(xiàng)目周邊無(wú)城市供暖管網(wǎng)，同時(shí)本著綠色、環(huán)保、節(jié)能的思想，經(jīng)多方論證，擬選擇土壤熱泵系統(tǒng)，并通過(guò)兩種方案比較確定最終系統(tǒng)形式。1、全部采用土壤熱泵系統(tǒng)：按滿足峰值負(fù)荷需要設(shè)計(jì)土壤熱泵系統(tǒng)；2、復(fù)合式系統(tǒng)：土壤熱泵系統(tǒng)僅承擔(dān)基本負(fù)荷，峰值負(fù)荷由其他冷熱源來(lái)補(bǔ)充。1、全部采用土壤熱泵系統(tǒng)1.1系統(tǒng)性價(jià)比低

與復(fù)合式系統(tǒng)相比，全部采用土壤熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器數(shù)量會(huì)大量增加，系統(tǒng)初投資會(huì)提高35~40%。而峰值負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間不足全年運(yùn)行時(shí)間的10%，超過(guò)80%設(shè)計(jì)負(fù)荷所出現(xiàn)的時(shí)間也并不長(zhǎng)，只有全年運(yùn)行時(shí)間的25%。這樣使得系統(tǒng)初投資高、利用效率低。

1.2系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力差，熱平衡無(wú)法保證。本工程中夏季空調(diào)所需要的冷量要比冬季供暖所需的熱量大得多。如果負(fù)荷全部用土壤熱泵系統(tǒng)承擔(dān)，夏季空調(diào)向土壤排放的熱量遠(yuǎn)大于冬季供暖時(shí)所提取的熱量,那么長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果勢(shì)必使土壤溫度越來(lái)越高,右圖模擬了25年來(lái)溫度的變化情況。2、復(fù)合式系統(tǒng)2.1僅從地下熱平衡方面考慮：按冬季負(fù)荷選擇地下?lián)Q熱器，夏季采用冷卻塔補(bǔ)充的方式。2.2從初投資、回收期和系統(tǒng)安全性考慮：冬季采用“地下?lián)Q熱器+蒸汽換熱”方式，蒸汽換熱來(lái)承擔(dān)峰值負(fù)荷；夏季采用“地下?lián)Q熱器+冷卻塔”方式，地下埋管多少由冬季基本熱負(fù)荷來(lái)確定，超出冬季從土壤吸熱量的那部分夏季排熱量由冷卻塔來(lái)提供。2.3本工程復(fù)合式系統(tǒng)組成：夏季土壤熱泵系統(tǒng)承擔(dān)峰值負(fù)荷的48%，其余52%由蓄冰系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)，融冰系統(tǒng)提供冷量占峰值冷負(fù)荷的25%。冬季土壤熱泵系統(tǒng)承擔(dān)峰值負(fù)荷的60%，其余40%由蒸汽換熱器來(lái)承擔(dān)。四、冷熱源設(shè)計(jì)方法冷負(fù)荷1、負(fù)荷計(jì)算

熱負(fù)荷影響雖蓄冰喚量的追因素：電價(jià)收政策建筑罷物功壩能運(yùn)行腿方式夜間種負(fù)荷在原永設(shè)計(jì)梳初期是，我拖們先逮后根擺據(jù)工法程功址能及勢(shì)負(fù)荷果分布么情況杏做出帆了不山同蓄案冰量咳情況嚇下的集經(jīng)濟(jì)擁技術(shù)票分析處，最裝后確唯定采薯用的暈形式悅為：曉總蓄近冰量閣28董12嫌8捎kw鑼h，漏承擔(dān)盛設(shè)計(jì)剝?nèi)辗鍋G值負(fù)貞荷的疲25點(diǎn)%禾。2、靠冰蓄離冷系茅統(tǒng)設(shè)參計(jì)冰蓄朱冷系雖統(tǒng)采用案部分楊負(fù)荷每蓄冰病系統(tǒng)犧，雙薯工況棵主機(jī)毒與蓄寫冰裝衛(wèi)置采裕用串魯聯(lián)方勤式，臨雙工塞況主沿機(jī)在浙上游盤。移峰雖節(jié)能浸情況：移高峰電量（KWH）

移平峰電量（KWH）

216547394023和常碌規(guī)電歲制冷敲機(jī)組服相比喝，可蝕節(jié)省剛運(yùn)行輪費(fèi)用幻玉30動(dòng)%以踩上。3、退地下另?yè)Q熱眼器系增統(tǒng)設(shè)疫計(jì)土壤捏熱泵短系統(tǒng)戀設(shè)計(jì)潮的核題心是省地下憂換熱督器的付設(shè)計(jì)麗,地符下?lián)Q注熱器貝的設(shè)岡計(jì)與天土壤晝的熱較工參守?cái)?shù)、拒建筑蒼物的襪負(fù)荷梁情況芹以及陸運(yùn)行筋時(shí)間甩都有允很大芒關(guān)系值，不版能僅橫僅根風(fēng)據(jù)冷家熱峰杜值負(fù)頁(yè)荷簡(jiǎn)畢單計(jì)稠算地苦下埋餓管長(zhǎng)護(hù)度，于要綜廈合考稻慮熱桌泵機(jī)段組全旋年運(yùn)陳行的勵(lì)影響舊。3.震1美測(cè)占取地術(shù)下熱根工參孕數(shù)-婆--席-熱馬響應(yīng)蛋試驗(yàn)巖土存的導(dǎo)隨熱性素能、餡溫度系、濕哨度以車及地饑下水雀情況劫等都假會(huì)影惠響地鈴下?lián)Q證熱器本的設(shè)助計(jì)，商準(zhǔn)確淘的土碗壤熱板性能精參數(shù)齒是保顛證土反壤熱毅泵系秒統(tǒng)設(shè)癥計(jì)的襖重要贏條件葛。熱主響應(yīng)伯試驗(yàn)著就是檔通過(guò)簡(jiǎn)輸入于確定羊的熱巨負(fù)荷現(xiàn)，測(cè)船定循田環(huán)流糠體的目溫度醋變化祥，獲賀得可辣靠的專土壤靜數(shù)據(jù)謝。我姥們?cè)谏w九華霜山莊得相應(yīng)矛區(qū)域棒打試棚驗(yàn)用施孔,綠采用植進(jìn)口僻測(cè)試罰設(shè)備出,實(shí)蠟際測(cè)耳得當(dāng)厚地土犯壤的五初始沾溫度節(jié)和土辦壤的距導(dǎo)熱織系數(shù)蟲。3.責(zé)2霞確定脹地下炎換熱泡器系棟統(tǒng)根據(jù)略熱響油應(yīng)試鋸驗(yàn)測(cè)炮出的轎土壤器特性縫，輸偉入建寬筑負(fù)朽荷，遷由地息下?lián)Q社熱器推專業(yè)銹計(jì)算顛軟件默，確部定工鏡程的接埋管孫形式防，垂督直埋宣管的急深度欲、打隊(duì)井?dāng)?shù)萄量和妙分布死等情叔況傭。本桶工程白共采圓用7恭00俊個(gè)雙暖U型筑地下咱換熱滾器，撕深1廊00薦米。地下壞換熱懇器設(shè)鍬計(jì)軟緩件3.姑3美地下插熱平閉衡模猛擬保證暑地下籌熱平羅衡是喂地下姓換熱很器系晝統(tǒng)常牛年穩(wěn)孫定運(yùn)礎(chǔ)行的壇關(guān)鍵倉(cāng)。根膜據(jù)初津步確恭定的瘋系統(tǒng)仇方案聚和調(diào)摘峰比雖例，旨利用貿(mào)軟件難進(jìn)行濾模擬賄，依曾據(jù)模鼓擬結(jié)露果反忠復(fù)調(diào)昌整和示優(yōu)化宵方案晴，最幟終方饞案模京擬結(jié)打果如偏下：第2嗓5年肅溫度無(wú)情況25靜年溫匪度情敵況五、全地下虧換熱騙器施賞工關(guān)番鍵問(wèn)撫題及被解決籮措施雙U豬型埋樹管技衫術(shù)可有鋤效地滴提高布單孔舊換熱也能力恒，減協(xié)少打既孔數(shù)暢量。熱熔繳連接鞏技術(shù)熱熔曉接口碧強(qiáng)度勸要大促于管洲材本不身的蓮強(qiáng)度堤，并氣且要汪求強(qiáng)語(yǔ)度一忘致，凝確保夢(mèng)地下爪埋管柔為一出個(gè)整自體，指不存最在機(jī)土械連吊接存姑在的默漏水撿隱患廁和采源用金付屬管譜件存愈在腐臣蝕而寨影響偷使用范壽命科的問(wèn)愉題。1、圣埋管脈技術(shù)要求品回填則料有漂較好喊的傳域熱性楊能，問(wèn)較好皇的可桐塑性的、耐稅壓性叨。還煉要考蛇慮其必凝固塊強(qiáng)度針等級(jí)醬，防撕止擠白壓破籍壞地夕下?lián)Q懶熱管撲。2、睡專用娘回填析料-木--葉-根盒據(jù)地居質(zhì)特炸性配說(shuō)方3、僑回填肢技術(shù)回填司泵采啊用進(jìn)鬧口高芹壓力販的柱杯活塞男泵，銜由孔旗底部趴位注絲式入填照料向路上反繁填，坦逐步謊排除適空氣狂，確鬼保無(wú)抬回填慮空隙公，早保證城了傳悟熱效缸果。威國(guó)產(chǎn)肚泵則信因壓擴(kuò)力較怕小難伐以實(shí)輸現(xiàn)，枝回填佳到一足半時(shí)第無(wú)法踏繼續(xù)聾回填宅，另須一半沫只能持改為纏人工糠回填次。六、山調(diào)試判及運(yùn)墊行在熱把泵機(jī)飼組試鍛運(yùn)轉(zhuǎn)蕉之前妄，應(yīng)質(zhì)對(duì)地框下系縱統(tǒng)進(jìn)沃行水辛力平曲衡的液調(diào)試躁。社保證丸垂直繳換熱朋器內(nèi)詢循環(huán)妨介質(zhì)膀處于凍紊流純狀態(tài)防。調(diào)試暮前應(yīng)導(dǎo)注意蓋的問(wèn)捕題：20回04屢年冬胸季，凈該工效程土另壤熱稱泵系肢統(tǒng)施悠工完遷畢，亭具備罪了調(diào)箱試條服件。殊但由囑于該擇建筑所并未脆正式徒投入庭使用細(xì)，無(wú)揀法進(jìn)嶄行測(cè)揚(yáng)試。滅20百05凳年夏燈季，叔自2聞00飲5年皇4月庸下旬堪開始軟至今民一直朵運(yùn)行羨，測(cè)史試表湯明，本運(yùn)行億情況嗓達(dá)到其了設(shè)磨計(jì)要中求。七、膚測(cè)試虹結(jié)果小與分離析枝--墊--槍機(jī)組詞在不仔同工染況下權(quán)的運(yùn)送行情承況1臺(tái)斧熱泵充機(jī)組萄設(shè)計(jì)雙工況名運(yùn)行秘情況開啟街1臺(tái)液熱泵昌機(jī)組榨，姜按設(shè)逮計(jì)要餃求地滔下開殲啟2真?zhèn)€區(qū)證，地跪下?lián)Q孟熱器黎進(jìn)/土出水錢溫度棍基本哥穩(wěn)定宴在3臘1.梯3/蠢27矩.4祖度，累與設(shè)屠計(jì)參斗數(shù)基撥本相時(shí)符。圖示漆開機(jī)帽時(shí)，逗進(jìn)入雹地下荷換熱阿器的饑水溫罩較高習(xí)，是拜由于睬開始漠時(shí)地暈下溫柱度過(guò)闊低，賀熱泵略機(jī)組望進(jìn)行亦低溫迷保護(hù)瘦，須錯(cuò)關(guān)小偉冷凝欠器出全口閥否門，武降低肆冷卻儀水流汪量，向溫差愁大，左故冷稅凝器紡出水扔溫度顫很高飾，當(dāng)時(shí)機(jī)組醉正常患運(yùn)行撥后，滲調(diào)整址冷凍武水、頸冷卻荷水流宗量至綿設(shè)計(jì)闖值，淹地下宴溫度忽比較淹穩(wěn)定晚。1臺(tái)舒熱泵秋機(jī)組鬼開啟排比設(shè)腰計(jì)工奮況多寫50脂%的黨地下作換熱旺器運(yùn)丙行情絲式?jīng)r開啟浸1臺(tái)將熱泵景機(jī)組班，地嫌下開逝啟3匹個(gè)區(qū)鋪，當(dāng)浩機(jī)組夜正常禽運(yùn)行傍后，歪調(diào)整左冷凍較水、甲冷卻炭水流行量至半設(shè)計(jì)難值，驕地下留換熱藥器進(jìn)連/出肺水溫肺度基風(fēng)本穩(wěn)宜定在識(shí)29繁.2熱/2爪4.逮6度帳，低細(xì)于設(shè)搜計(jì)參現(xiàn)數(shù)。2臺(tái)院熱泵淚機(jī)組縫設(shè)計(jì)移工況垃運(yùn)行奏情況樓上毫負(fù)荷葵比較帶高時(shí)楚，開毀啟2字臺(tái)熱陡泵機(jī)距組，每地下踩開啟何4個(gè)疊區(qū)，打開啟望2攪臺(tái)冷楊凍水遼泵，勺2臺(tái)刑冷卻絮水泵凝，地柜下?lián)Q開熱器充進(jìn)/隱出水簽溫度害基本越穩(wěn)定芽在3寺0.撿9/洲27穗度，襪與設(shè)夏計(jì)參消數(shù)相踏符。一臺(tái)礙熱泵警機(jī)組鉗開啟森比設(shè)慕計(jì)工頓況少諷50腹%的據(jù)地下渠換熱碑器運(yùn)愚行情絞況為了早測(cè)試揉地下熔換熱萬(wàn)器設(shè)幅計(jì)不瞎足的蘇狀況速，開庭啟1飯臺(tái)熱慨泵機(jī)滴組，冷地下私開啟完1個(gè)腦區(qū)，倦地下窗換熱躬器進(jìn)匹/出椒水溫壓度穩(wěn)朝中有混升，轟機(jī)組境滿負(fù)開荷運(yùn)句行1砍5小輸時(shí)，比停機(jī)治時(shí)地幼下?lián)Q科熱器裝溫度煌超過(guò)畏37喚℃，瘡證明卸地下目換熱復(fù)器超態(tài)負(fù)荷孩運(yùn)行陰，機(jī)胸組效炊率下蔽降，盆不能烈達(dá)到針經(jīng)濟(jì)鐮運(yùn)行慌的目房誠(chéng)的?！嫘r(shí)總結(jié)地下?lián)Q熱器出口溫度地下?lián)Q熱器進(jìn)口溫度一臺(tái)熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工況運(yùn)行24.1~27.427~31.3一臺(tái)熱泵機(jī)組比設(shè)計(jì)工況多50%地下?lián)Q熱器運(yùn)行23.1~24.627.1~29.2二臺(tái)熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工況運(yùn)行24.1~2727~30.9目前栗測(cè)試至結(jié)果準(zhǔn)表明寸，土吹壤熱船泵機(jī)鄭組均臺(tái)在設(shè)被計(jì)工頭況下聚運(yùn)行授，此科項(xiàng)目睬是成胳功的耕。七、賭測(cè)試居結(jié)果牌與分禁析芽--鄭--漁地下裕流體霧溫度坑的恢底復(fù)情淡況在測(cè)搖試過(guò)箏程中移發(fā)現(xiàn)不，如上果熱鏈泵機(jī)叼組間耍歇運(yùn)嚴(yán)行，蔬每天姑滿負(fù)垮荷運(yùn)殲行的邊時(shí)間泉不長(zhǎng)捐，停丹機(jī)后點(diǎn)，地處下溫掩度很態(tài)快就系會(huì)恢狹復(fù)到單原始既地溫裹；如駕熱泵疊機(jī)組煎長(zhǎng)時(shí)結(jié)間滿客負(fù)荷朽連續(xù)碌運(yùn)行咳，這榴樣會(huì)掀導(dǎo)致鹿地溫腸持續(xù)維升高后，當(dāng)捧流體勿最高閃溫度奮達(dá)到殊37童℃時(shí)菜，則堆需很翼長(zhǎng)時(shí)飲間地更下土蒜壤才瓣能恢謙復(fù)到釀初始晉溫度雞。七、蓬測(cè)試挎結(jié)果怪與分瞧析-己--同-土修壤溫筑度的粒測(cè)試從圖芒中可崇以看漸出，途在一廊個(gè)月扎內(nèi)，背土壤夾溫度模90頃米以智上基扇本無(wú)截變化臂，9識(shí)5米煉至1貨10彎米深嬸有0眨.安1℃務(wù)的溫乖升。運(yùn)行太時(shí)應(yīng)奇注意香的問(wèn)夢(mèng)題：當(dāng)末食端負(fù)曉荷較古大，掌1臺(tái)趟機(jī)組濟(jì)長(zhǎng)時(shí)擴(kuò)間1祥00罩%開振啟，撫而冷蠻凍水抄溫度疫不能俘在短中期內(nèi)辮降低帖至7法度，扒說(shuō)明精機(jī)組虹制冷留能力籌不夠?qū)?，此芳時(shí)它竟的制斃冷量吹會(huì)超承過(guò)額拌定制盡冷量鳴，向貝地下劫換熱亦器排退熱量杜也會(huì)甲超過(guò)鋒設(shè)計(jì)和值，犬會(huì)造遞成地蝴下流驅(qū)體溫網(wǎng)度升唯高，挽機(jī)組日co辨p下靜降，旱機(jī)組師耗電粱量增銷加。當(dāng)出任現(xiàn)機(jī)稼組2么小時(shí)蔬內(nèi)不冬能將加冷凍吉水溫殿度控裳制在格設(shè)計(jì)鼓范圍遲內(nèi)，皺要及靠時(shí)開汽啟第莫2臺(tái)鞠機(jī)組嗓和相編應(yīng)的揉地下帖換熱芝器，脈避免嗚機(jī)組英和地警下?lián)Q榴熱器緒長(zhǎng)期康超負(fù)伍荷工僑作。制定爐合理梅運(yùn)行帳策略券的重糾要性仔：成功稿運(yùn)行葉的土炎壤熱子泵系軋統(tǒng)，免除了滲設(shè)計(jì)側(cè)的合敢理性湯，還穩(wěn)必須凱制定頌合理等的運(yùn)勸行策蒸略，顛并依耐此指賽導(dǎo)運(yùn)灘行管槐理，稠尤其球是在犧土壤