山东德州庆云县一中新校区开式地源热泵技术采暖能源方案解析主页 > 新闻中心
作者：项目部 张雄波
一、项目简介
本项目位于德州市庆云县县城，建筑面积179646.84平方米。其中教学区132558.9平方米，教工住宅区（含招待所）47087.94平方米。
本项目建筑室内采暖形式主要为地板辐射采暖（简称地暖），部分（如报告厅）为新风机组供冷暖；能量来源为浅层地能（垂直地埋管120米左右，简称地源），并且有开式蓄能水池辅助供热；能量转换为汇中螺杆热泵机组；地源侧和使用侧循环介质为自来水；浅层地能的补给为夏季气温，通过新风机组运行能量交换补充地埋管能量。
二、设计概况
2.1 设计依据
2.1.1 《民用建筑节能条例》国务院令2008.8.1；
2.1.2 《公用建筑节能设计标准》GB50189-2005；
2.1.3 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003；
2.1.4 《地源热泵供暖空调技术规范》GB50366-2005；
2.1.5 《通风与空调工程施工质量检验规范》GB50243-2002；
2.1.6 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002。
2.2 设计参数
2.2.1 室外计算参数：
冬季室外计算干球温度-10℃；室外相对湿度54%。
2.2.2 室内空气设计参数：
冬季室内设计温度：20℃±2℃，供水温度40-45℃。
三、建筑热负荷的确定
根据上海设计院对该工程的能源方案及业主的实际要求，建筑热负荷确定如下：
3.1教学区热负荷的确定（表1）
3.1教学区热负荷的确定（表1）
其中学生宿舍、食堂热负荷为2173kW,这些热负荷与其他热负荷在供热时间上有互补性，可以在总热负荷中减去2173kW 的60%，该校区的总热负荷确定为4835-1304=3531（kW）。该热负荷由同一个机房供热，各建筑之间的供热时间和供热负荷可以根据实际需求相互调配。总热负荷3531kW 能够满足该区供热要求。
3.2教工住宅区热负荷的确定（表2）
四、地源（能源）设计
4.1教学区地源设计
根据汇中公司在庆云县城已竣工工程的经验，采用PE100双UФ25垂直地埋管取地下潜能，冬季每米地埋管为50W。该区总热负荷3531kW,需钻井埋管总深度3531000W÷50W/m=70620m,按每井120米计算，共需钻井埋管589眼。井间距为4米，横连管长度最少为589×4×2=4712（米），井区占地面积589×4×4=9424（平方米）。
4.2教工住宅区地源设计
该区总热负荷1670kW，需钻井埋管总深度1670000W÷50W/m=33400m, 按每井120米计算，共需钻井埋管278眼。井间距为4米，横连管长度最少为278×4×2=2224（米），井区占地面积278×4×4=4448（平方米）。
五、热泵机组选型
5.1教学区热泵机组选型
选用中美合资江苏汇中戈特尔空调有限公司LESRF-BH2-480.2水源螺杆热泵机组2台，每台2压缩机，共4个压缩机互为备用，能量输出0-100%连续可调。每台额定制热量1816kW，制热输入功率364kW，满足了总热负荷3531kW(2×1816=3632)的要求。
每台冷凝配管DN100，蒸发配管DN150，冷冻水流量150.8 m3/h，配泵22kW。热水流量284.3 m3/h，配泵37kW。长4500宽1800高1950，重7吨。机房面积约为20×10=200（m2）。
5.2教工住宅区热泵机组选型
选用中美合资江苏汇中戈特尔空调有限公司LESR-BH2-220.1满液式水源螺杆（冷）热水机组2台，每台1个压缩机，共2个压缩机互为备用，能量输出0-100%连续可调。每台额定制热量864kW，制热输入功率175kW，满足了总热负荷1670kW(2×864=1728)的要求。每台冷凝水配管DN150，蒸发水配管DN150，冷冻水流量158.5 m3/h，热水流量61.7m3/h。长4000宽1450高1800，重3.5吨。机房面积约为15×8=120（平方米）。汇中主机设备示意图如下所示：
六、地源能量平衡设计思路
由于该工程仅考虑冬季供热，浅层地能会逐年衰减。必须用夏季的自然能源补充，我们设计的第一方案：通过新风机组交换夏季气温给地埋管补能。夏季即将使用侧地板辐射采暖的主供回水管切换给新风机组，地源侧地埋管系统主供回水串接于使用侧，以使用侧的水泵—新风机组供水—新风机组回水—地埋管供水—地埋管回水—水泵（循环补能）。
浅层地能夏季补能的第二方案为建设方领导提出，其基本构思为：将夏季的建筑热及气温热，用已有的使用侧地板辐射采暖系统的地板埋管逐步补入地源侧的地下地埋管。这一方案理论可行，但是循环初期由于地源侧冬季被提取浅层地能而供暖，地埋管起始水温较低（7-12℃），一旦地板埋管供回水温差过大，易造成地板结露。需通过大量实验编制控制软件，在检测室内外空气湿度、温度的前提下，控制混水比例、供回水温差以防地板结露。该方案在该工程中值得实验研究，一旦成功，即补了地下潜能，又相当于免费供冷，可为自然能源反季节应用闯出一条路子，有待深入探讨。
6.1教学区补能计算
6.1教学区补能计算
本项目夏季自然能源补充拟采用第一方案。
设教学区冬季总耗能3531kW×16小时/天×120天=6779520kWh,夏季补能采用30B-8R新风机组（汇中型号HBFP30CCX8）6台（每台额定风量30000 m3/h,额定冷量524kW，冷水流量90.36 m3/h，风机功率11kW）。夏季补能时间=6779520÷（6×524）=2156（小时），即约90天。风机总功率66kW。其中一台新风机组安装在报告厅供冷暖，用风管引致出风口。其它新风机组可安装于食堂、图书馆等夏季免费简易供冷，一举两得。
6.2教工住宅区补能计算
该区总耗能1670kW×8小时/天×120天=1603200kWh, 夏季补能采用30B-8R新风机组（汇中型号HBFP30CCX8）3台（每台额定风量30000 m3/h,额定冷量524kW，冷水流量90.36 m3/h，风机功率11kW）。夏季补能时间=1603200÷（3×524）=1020（小时），即约43天。风机总功率33kW。
七、使用侧外管网
教学区管网1：机房-3号餐厅-1.2.3.4.5.6学生宿舍-1.2号餐厅-机房；供回水约1791.6米，PE管材，Ф225，外保温后地下1米埋设。
教学区管网2：机房-报告厅-教学楼C.B.A-图书馆-实验楼A.B-行政楼-机房；供回水约1815米，PE管材，Ф225，外保温后地下1米埋设。（图1）
教工住宅区管网：机房-1.2.3号楼-招待所-11.10.9.8.12号楼-机房；供回水约1744米，PE管材，Ф225，外保温后地下1米埋设。 （图2）
八、系统蓄能、补能原理图（图3）
本项目系统设计要点：
1. 采用地热能这一可再生能源技术；
2. 主机设备选型确保学校采暖能源供给稳定，保证正常教学、生活秩序；
3. 系统全年地热能吸排热保持平衡，保证采暖设备持续高能效比，节省运行费用；
4. 本方案发挥蓄能水池的作用，在保证池水容量充足的情况下蓄存供热热源，降低室外地埋管设计量，增大机组主机运行温差，降低系统整体能耗。
九、运行费用概算
9.1计算依据
该系统设计能效比为4.5。冬季运行120天。教学区平均每天运行12小时，住宅区平均每天运行8小时。电价按0.8元/kWh计。教学区夏季补能费用(36kW+66kW)×2156h×0.8元/kWh=17.59万元；住宅区夏季补能费用(30kW+33kW)×1020h×0.8元/kWh=5.14万元。
9.2教学区冬季运行费用
（3531kWh÷4.5）×12h/d×120d×0.8元/kWh+17.59万元（补能费）=90.4万元+17.59万元=107.99万元。
每平方米运行费用107.99万元÷13.26万平方米=8.14元/平方米。
9.3教工住宅区冬季运行费用
（1670kWh÷4.5）×8h/d×120d×0.8元/kWh+5.14万元（补能费）=28.5万元+5.14万元=33.64
教工住宅区管网 图2万元。
每平方米运行费用33.64万元÷4.71万平方米=7.14元/平方米。
十、能源应用方案总结
地源热泵是一种先进的可再生能源利用技术，高效、节能、环保，有利于可持续发展，为国家重点推广应用的新技术。本新建校区项目在初步设计方案确定后，我们按照设计需要到项目现场由业主配合收集详实的设计资料，如现场的土壤温度、土壤热物性等地质资料。该学校项目采用开式地埋管地源热泵工程技术，是水源与地源的契合，技术成熟稳靠，运行费用低，社会经济效益显著，对于推动地源热泵在该地区的科学健康发展和应用具有极其重要的意义，并能够起到积极的示范作用。