某科技園溫室地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.doc

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無錫市XX科技園溫室 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 1. 工程概況 本項(xiàng)目位于無錫市東部XX區(qū)XX科技園內(nèi)，構(gòu)筑物南北長(zhǎng)120米，東西寬40米，坡頂高度4.8米，天溝高3.9米，四周及頂部均采用4mm單層玻璃做為圍護(hù)材料，整個(gè)玻璃溫室由鋼結(jié)構(gòu)骨架支撐，總面積4800平方米。 2. 空調(diào)冷熱源 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 室外設(shè)計(jì)參數(shù) 夏季：空調(diào)室外計(jì)算干球溫度 35℃ 冬季：空調(diào)室外計(jì)算干球溫度 -3℃ 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù) 夏季：25～30℃，濕度不控制 冬季：8～15℃，濕度不控制 2.2 空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷 夏季根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算，選取峰值負(fù)荷；冬季耗熱量由圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量、冷風(fēng)滲透耗熱量及冷風(fēng)侵入耗熱量組成，計(jì)算結(jié)果如下： 夏季：336.5 kW 冬季：442.2 Kw 由于夏季室內(nèi)溫度保持在30℃左右，且該溫室設(shè)有遮陽設(shè)施及通風(fēng)換氣設(shè)備，對(duì)空調(diào)溫度要求不高；而冬季主要靠地源熱泵系統(tǒng)加溫，無其它輔助設(shè)備，且室溫須嚴(yán)格保持在8～15℃。因此，本設(shè)計(jì)以冬季供熱負(fù)荷為計(jì)算依據(jù)。 2.3 空調(diào)冷熱源 溫室供暖系統(tǒng)常用兩種形式：熱風(fēng)系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)。熱風(fēng)系統(tǒng)一般采用燃油鍋爐，將溫室內(nèi)的回風(fēng)加熱后，經(jīng)暖風(fēng)機(jī)通過塑料薄膜風(fēng)管送出。送風(fēng)管的壁面上有規(guī)律地排列了很多小風(fēng)口，能較均勻的送出熱風(fēng)。采用塑料薄膜風(fēng)管的好處是造價(jià)低廉，對(duì)光照影響不大，但熱風(fēng)溫度控制困難。熱水供熱系統(tǒng)采用室內(nèi)布設(shè)光管或管道繞翅片做為散熱面，與熱風(fēng)系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是室內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，溫度波動(dòng)小，缺點(diǎn)是當(dāng)冷風(fēng)大量滲透時(shí)加熱較慢。 本工程以垂直地埋管換熱器替代鍋爐作為冬季空調(diào)的熱源，并兼做夏季空調(diào)的冷卻水水源。室內(nèi)地源熱泵機(jī)組均勻吊裝在溫室內(nèi)，直接送出熱風(fēng)，去除了常規(guī)溫室供熱系統(tǒng)中的風(fēng)管或者散熱管道。該系統(tǒng)吸收了熱風(fēng)采暖的優(yōu)點(diǎn)，又省去了大量的散熱管道，室內(nèi)溫度控制均勻。地源熱泵系統(tǒng)中的換熱器垂直埋放在溫室東側(cè)的綠化帶內(nèi)。 3. 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 空調(diào)水系統(tǒng) 水系統(tǒng)采用兩管制，整個(gè)溫室為一個(gè)閉式水系統(tǒng)。水泵機(jī)房設(shè)置集、分水器，考慮到系統(tǒng)內(nèi)水的膨脹量，機(jī)房屋頂設(shè)一個(gè)膨脹水箱。溫室內(nèi)空調(diào)供回水管為同程布置；地埋管分組布置，組與組之間為異程式，通過平衡閥進(jìn)行阻力平衡。 3.2 室內(nèi)熱泵機(jī)組的選用及安裝 根據(jù)熱負(fù)荷，選擇清華同方HGS系列冷熱風(fēng)型水源熱泵機(jī)組（具體技術(shù)參數(shù)見附錄），HGSLR-17，共20臺(tái)，直接吊裝于溫室內(nèi)，詳見圖1及圖2。 圖1：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)平面圖 圖2：安裝剖面圖 4． 地源熱泵豎直地埋管熱交換器設(shè)計(jì)與安裝 4.1 換熱量計(jì)算 地下埋管式換熱器是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最主要的部分。根據(jù)無錫地區(qū)的的土壤特性、氣候特點(diǎn)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，結(jié)合該項(xiàng)目的具體情況以及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目采用豎直地埋管熱交換器。 熱交換器冬夏季換熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。本工程中，根據(jù)以下公式計(jì)算地埋管熱交換器冬季的換熱量： kW 式中，—為冬季從土壤吸收的熱量，kW；—為冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kW；—為設(shè)計(jì)工況下水源熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)。 4.2 換熱管管長(zhǎng)計(jì)算 供熱工況下，豎直地埋管換熱器鉆孔的長(zhǎng)度可按照下列公式計(jì)算： 根據(jù)以上公式，結(jié)合本項(xiàng)目相關(guān)實(shí)際參數(shù)，利用軟件計(jì)算得到單位長(zhǎng)度換熱管負(fù)荷為25W/m，則換熱管長(zhǎng)度計(jì)算如下： m 式中，為換熱管長(zhǎng)度，m；為換熱量，W；為單位長(zhǎng)度換熱管負(fù)荷，W/m。 4.3 確定換熱孔數(shù)目及間距 按地源熱泵技術(shù)要求，豎直地埋管換熱器埋管深度宜大于20m ,鉆孔孔徑不宜小于0.11m，鉆孔間距應(yīng)滿足換熱需要，間距宜為3～6m。水平連接管的深度應(yīng)在凍土層以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m 。 根據(jù)無錫地區(qū)的地質(zhì)資料、現(xiàn)場(chǎng)條件以及鉆井設(shè)備條件等諸多因素綜合分析，認(rèn)為該地區(qū)豎井深度取60m較為合理。豎井?dāng)?shù)目計(jì)算如下： 個(gè) 式中，為豎井總數(shù)，個(gè)；為地埋管換熱器總長(zhǎng)，m；為豎井深度，m 。 考慮到溫室內(nèi)不同植物對(duì)溫度的要求不同可能帶來的換熱量變化問題，豎井?dāng)?shù)目圓整后取120個(gè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，豎井沿溫室南北方向分兩排布置，每排需要布置50個(gè)豎井，排與排之間的間隔為10m，而溫室南北長(zhǎng)為120m，則南北向孔間距約為2m，鉆孔直徑為180mm，詳見圖1。 4.4 地埋管換熱器管材、管徑及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝 本工程選用聚乙烯PE管，公稱壓力為1.25MPa；管內(nèi)流速取0.6m/s，換熱管管徑選取DN32，水平集管選取DN50。由于南方地區(qū)凍土曾較淺，水平埋管深度取1m ，見圖3。 由于換熱孔的數(shù)量較多，一般要求每對(duì)供回水集管連接的地埋管環(huán)路數(shù)量宜相等，且環(huán)路之間做同程布置。根據(jù)本工程實(shí)際情況，采用每對(duì)供回水集管連接10個(gè)地埋管環(huán)路的方式，集管之間的阻力由平衡閥加以平衡，詳見圖4。 圖3：水平埋管剖面圖 圖2：地埋管接管詳圖 4.5 水泵選擇計(jì)算 根據(jù)地源熱泵機(jī)組對(duì)流量的要求，并在此基礎(chǔ)上考慮換熱孔間距較小而適當(dāng)加大流量，確定系統(tǒng)流量約為140m3/h。地埋管部分壓力損失公式為 計(jì)算得50.08Pa，則水泵揚(yáng)程可計(jì)算得到，為201.57kPa。 系統(tǒng)中，管路最大壓力應(yīng)小于管材的承壓能力。在不考慮豎井地下水引起的靜壓力抵消的情況下，管路所需承受的最大壓力按照以下公式計(jì)算： 式中，為管路最大壓力，Pa；為建筑物所在地區(qū)大氣壓力，Pa；為地埋管中流體密度，kg/m3；g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，m/s2；為地埋管最低點(diǎn)與閉式循環(huán)系統(tǒng)最高點(diǎn)的高度差，m；為水泵揚(yáng)程，Pa。 經(jīng)過計(jì)算，本系統(tǒng)中，管路最大壓力為0.89MPa，本工程采用的管材額定承壓能力為1.25MPa，管材滿足設(shè)計(jì)要求。 5. 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 本項(xiàng)目在研究溫室供暖的基礎(chǔ)上，采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用地下能源，從而取代燃煤、燃?xì)狻⑷加偷瘸Ｒ?guī)鍋爐對(duì)溫室供暖，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的近乎零污染和零排放。實(shí)際運(yùn)行中，優(yōu)勢(shì)明顯： (1) 運(yùn)行可靠， 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件相比常規(guī)系統(tǒng)少，減少了維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)，由于系統(tǒng)安裝在室內(nèi)和埋在地下，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命；系統(tǒng)在運(yùn)行過程中沒有燃燒，因此也就沒有普通鍋爐運(yùn)行所帶來的安全隱患；供熱平穩(wěn)，降低了停、開機(jī)的頻率和空氣過熱和過冷的峰值，運(yùn)行更為可靠。 (2) 運(yùn)行費(fèi)用低 地源熱泵系統(tǒng)的效率比普通鍋爐設(shè)備高，系統(tǒng)只需要很小的電量就可以正常運(yùn)行，所以是一種非常節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。 (3) 改善環(huán)境 地源熱泵系統(tǒng)與普通鍋爐相比，沒有燃燒，也就沒有各種有害氣體的排放，對(duì)大氣幾乎無污染；地埋管安裝在綠化地內(nèi)，機(jī)組安裝在溫室內(nèi)，無視覺障礙；運(yùn)行噪音很小，無噪聲污染。 (4) 本項(xiàng)目于2006年19月底竣工，即將投入使用，讓實(shí)踐來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果。 附： 1． 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)平面圖（見附件） 2． 地買管接管詳圖（見附件） 3． 地源熱泵機(jī)組技術(shù)參數(shù) 地源熱泵機(jī)組技術(shù)參數(shù)表 HGSLR整體水風(fēng)立式系列 型號(hào) HGSLR 05 08 10 17 22 27 33 48 65 90 120 150 額定制冷量KW 5 7.6 10.2 16.7 21.9 26.6 33.3 47.1 64.7 90.1 118.7 150.0 額定制冷功率 KW 1.75 2.45 3.05 5.3 7.28 9.14 11.0 14.23 22.1 26.89 38.74 51.48 能效比 W/W 3．16 3.44 3.71 3.5 3．34 3．23 3．36 3.28 3．25 3.72 3．4 3．25 額定制熱量Kw 6.1 10 13.8 21.6 29.7 37.7 41 60.5 84.5 113.3 153.4 193.8 室內(nèi)風(fēng)量（中檔） m3/h 1080 1400 1520 2630 3240 4680 5400 9000 14400 17500 19800 22200 機(jī)外余壓pa 75 75 100 100 100 180 180 180 200 180 200 200 聲壓力級(jí) dB(A) 61/65 66/74 66/74 74/79 67/77 67/78 66/79 69/86 70/87 72/92 72/92 73/91 電源 V/PH/HZ 220V/1-50Hz 380V/3N-50Hz 額定最低水流量m3/h 1 1.54 1.98 3.31 4.39 5.36 6.62 9.39 12.96 17.85 24.37 31.07 水側(cè)盤管壓降kPa 55 70 21 39 54 66 120 90 150 110 120 120 長(zhǎng) 513 513 643 755 1200 1200 1400 1800 1800 2000 2000 2000 高 850 1072 1072 1092 1240 1240 1435 1770 1770 1940 1940 1940 寬 510 538 538 720 720 720 720 800 800 1250 1250 1250 進(jìn)出水管徑（外螺紋） 3/4" 3/4" 1" 1" 1" 1" 1" 1 1/4" 1 1/4" 2" 2" 2" 冷凝水管徑（外徑） mm 19 19 19 19 19 19 19 25 25 25 25 38 凈 重 kg 85 104 145 260 320 390 450 625 760 850 1050 1200 裝運(yùn)重量 kg 93 106 160 280 342 415 477 658 800 895 1100 1260 設(shè)備名稱：HGSLR立式系列冷熱風(fēng)型水源熱泵機(jī)組 規(guī)格：HGSLR-17 數(shù)量：20臺(tái)