Design of ground source heat pump air conditioning system in Tangshan City Traffic Bureau By Li Xiaohui And Chen Weisheng Abstract: The air conditioning design of the ground source (Vertical buried pipe) heat pump used in the office building. The design method and construction technology of ground source heat pump are introduced. At the same time according to the actual operation of air conditioning engineering parameter measurement, data processing model, the conclusion that the ground source heat pump (vertical buried pipe) is a kind of air conditioning energy of energy saving and environmental protection. Keywords: Ground source heat pump,Vertical tube,Fan coil,Buried process Hebei Tianhao Architectural Design Co. Ltd. Tangshan Mingjia Architectural Design Consulting Co. Ltd. 1工程概况 1.1设计背景 近年来随着能源和环境的问题日益严重，河北省唐山市响应国家号召取缔燃煤小锅炉作为供暖热源，此工程原来为燃煤小锅炉为热源，在取缔之列。本工程为地处开阔地的独立办公宿舍楼，周围没有市政热源，也没有燃气供应，所以热源限制在地源热泵、空气源和电热采暖。经过建设单位和设计单位以及造价单位经过技术经济比较最终确定采用地源热泵空调系统。主要因为：1）电采暖为热源，首先是因为此工程为改造工程，变配电室不能满足所需功率。电缆也存在安全隐患。并且耗能巨大，如果再改造电气系统，初投资最高，运营成本也最高。 2）空气源空调系统，因为工程地处唐山开阔地带，冬季温度较低，启效果不好。（建设单位调研给出的结论）3）地源热泵空调系统，能满足冬季采暖、夏季制冷的要求，同时能保护环境，节约能源，并且在此办公宿舍楼的红线内有足够的空地以满足达到室内采暖需求足够的地藕井。 1.2地源热泵工作原理 地下水源热泵空调系统是通过冬季从地下吸收热量，夏季从地下吸收冷量，再由热泵机组向建筑物供冷供热而实现节能，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。制冷状态时通过风机盘管，以13℃以下的冷风形式为房间供冷。制热状态时，以35℃以上热风的形式向室内供暖。 1.3本工程一层为办公室，二层为宿舍和会议室和监控室，总建筑面积1530.4平方米，建筑高度7.2米，层数为2层，层高3.6米。位于河北省唐山市，空调采暖制冷面积1236平方米。 2空调水系统设计 空调水系统采用一次泵变流量系统，空调侧管道敷设采用水平同程式系统，阻力相同的目的，达到更好的制冷制热效果。管材采用采用内衬塑镀锌钢管减少产生的铁锈等阻塞过滤网和盘管，影响空调效果。 3空调系统方式 3.1一层采用吊顶式风机盘管,遥控控制。因为本工程为空调改造工程，采用遥控控制，减少了手动控制线的工作量，同时建设单位只增加了吊顶造价。 3.2二层采用落地明装式风机盘管。在不影响空调效果的情况下，采用落地明装的风机盘管，减少二层吊顶的造价，同时由于二层有建设单位新装修的会议室和监控室，采用这种盘管，管道可以走原来散热器的预留套管，减少了对装修的破坏，同时减少正常工作的干扰。 4室外垂直埋管换热器设计 4.1由于地下情况相当复杂，因此地源热泵空调系统的设计难点主要在地埋端。埋管形式、埋管或竖井的间距、埋深、管径、流量等都是影响空调的重要因素，此外，埋管点的地质状况、气候特征、建筑物的负荷变化状况也都影响空调效果。 而设置室外垂直埋管换热器的主要费用是钻孔工程的费用,因此正确设计室外垂直埋管换热器埋管的长度对于保证空调系统的效果和经济性十分重要。 4.2经过实际的打井获取在100～110米土质为粉砂、粉质粘土，水温在10.6℃（2014年6月25日），水温在10米范围内波动很小，温度的变化有2个主要特性：一是达到一定深度后温度基本上保持一个定值,这个值接近该地区的年平均气温(唐山年平均气温10～11.3℃)；二是在地下水温度呈周期性变化,但波动幅度小于气温的波幅,而且存在时间上的延迟,随着深度的增加波幅减小,延迟度增大。这二点都有利于热泵系统工作能效比的提高。 4.3室外地埋 4.3.1管材及管件的选用 ，设计中采用了化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管及管件，d32 3.0+0.5/PE80 1.25MPa。埋深早冰冻线以下，确定为-1.5米。 4.3.2钻孔回填材料的选用。本工程钻孔回填材料采用了原土回填。 4.3.3土壤源热泵系统地埋管水系统设计 设计采用了2个水平同程环路与机房集水器及分水器相连。地埋管水系统采用一次泵定流量系统。 4.3.4室外垂直埋管换热器设计主要数据 1）室外垂直埋管材质选择：采用PE管U型双排管 d32 3.0+0.5/PE90 1.25MPa 2）井间距：5×5米 3）井径：D110 4）井深：100米 5）打井数量：2组（每组约为30个），总共60个、管径D32 6）指标：制冷44W, 制热30W。 7）钻孔回填材料：原土回填。 注：因室外总平面中有富裕的埋管区域，经业主要求，为确保空调效果，总埋管长度及打井数量在设计计算的基础上加大了15%。 5室外垂直埋管系统主要施工工艺 5.1材质：采用PE管U型双排管 d32 3.0+0.5/PE80 1.25MPa 5.2井下垂直PE管预制 5.2.1预制程序 目测PE管的外观质量，查验三证和理化报告，合格并签证后方可预制。 5.2.2减少磨损 安装单位按图纸要求截取PE管所需长度并要求在此长度的地面上铺上细砂，以减少管子与地面的磨损。 5.2.3热熔焊接 该PE管采用热熔连接。连接方法应按热熔承插连接和热熔对口连接。热熔机采用台式和便携式。具体工序要求：削平需焊的二管口工作面使其在同一工作面上，保证与管线垂直，并标出两管连接轴线。加热熔接温度：承插式260℃±10℃；对接式200℃～210℃。焊接后焊接处强度应大于管子本身强度。先焊好管线底部的“U”形弯。然后注水加压至试验压力1.2MPa,保持15分钟，压降小于0.001MPa合格泄压。保留管内清水，焊好封头。 5.2.4 PE管下井头部定位针制作 为了使PE管顺利插入井底并定位，施工制作1.65m头部带箭头的直径16mm螺纹钢，在距箭头50cm位置焊一条“7”字形的15cm长，直径10mm圆钢，以利于放管和定位。1.5m长，直径16mm螺纹钢绑扎在PE管中间，带箭状的头部伸出U形弯底部15cm。 5.2.5管口标记 若埋底不露管头的还应在PE管的闷盖处扎一条红色醒目的条带以便挖土时寻找管头，另一闷盖处扎一条施工尼龙绳来控制落管的深度，控制管头与地面的尺寸,要保证线的强度，以免断线造成管子滑下而取不出管。 5.2.6管间距控制 一口井内的每两条管子之间必须保持一定的间隙，应用标准Φ32，PE管制成圈套，用电缆扎带以4m一档扎紧。 5.2.7回填材料 向井内回填材料，绝对稳定管子在井中的位置。不让管在井中移动和沉浮。因为井中的泥浆比重很大，沙子不容易沉落，这时应向井内注入清水调稀泥浆，减小泥浆比重，使砂便于沉落井底。灌砂的深度应是井深的50%～60%，其余部分自然会被泥石填充。 6空调系统运行状况及节能经济分析 6.1冬季调试记录时间（2014-1-6），正值唐山地区近年来的最低气温-16℃。初始时，地源侧出水温度15℃，经一天（24h）不间断运行，热泵机组热水出水温度在40～45℃，最终地源侧的出水温度稳定在10～12℃。室内实测气温：20～22℃。冬季运行了一个多月，每天地源侧的初始时的出水温度在14～15℃，空调系统运行9h后，最终地源侧的出水温度在10～12℃。 6.2夏季运行记录时间（2014-6-30），热泵机组冷冻水进出水温度在11.7/7.4℃间，冷却水进出水温度在27.5/32.5℃。室内实测气温：24～26℃。 6.3节能分析：冬季最终地源侧的出水温度稳定在10～12℃，热泵机组的能效比达到4.0以上，显然，热泵空调系统冬季供热比空气源热泵空调系统及燃气锅炉供热要环保节能，不存在空气源热泵冬季需化霜、极端气温下供热效果不理想的问题；夏季地源热泵热泵空调系统冷却水进出水温度在27.2/32.8℃，与常规空调冷水机组冷却水进出水温度在32/37℃相比，在满负荷运行时，机组能耗要节约15%,在70%负荷运行时, 机组能耗要节约35%,在50%负荷运行时, 机组能耗要节约60%。 7结论 经过2014年冬季夏季运行,空调效果理想,达到了设计及建设单位使用要求,节能效果显著，通过本工程积累了唐山市地源热泵空调系统的热泵端的设计资料。了解唐山市部分地区的地下水文地质特点，为以后的地源热泵的设计积累了经验。 参考文献1 殷平.地源热泵在中国.现代空调第三辑,2001年8月:1-8 2 张群力，王晋.地源和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析.流体机械 ,2003,31(5):50-54 3 颜爱斌.地源热泵应用的技术分析与思考.天津城市建设学院学报,2002,8(2):120-122 来源：《供热制冷》12月刊 |
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