垂直地埋管地源热泵空调系统设计

垂直地埋管地源热泵空调系统设计

简介：通过国税局办公大楼采用土壤源(垂直埋管)热泵的空调设计，介绍

土壤源热泵的设计方法、施工工艺。同时根据该空调工程实际运行模式的参数

测量、数据处理，得出土壤源(垂直埋管)热泵是一种节能、环保的空调能源。

关键字：土壤源热泵，垂直埋管，节能

近年来随着能源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前

提下，合理利用能源，保护环境，减少常规能源消耗、节约能源已成为暖通空

调行业需要面对的一个重要课题。土壤源热泵热泵空调系统是通过吸收大地(包括土壤、井水、湖泊等)的冷热量，冬季从大地吸收热量，夏季从大地吸收冷量，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。为了合理利用能源、减少常

规能源消耗、节约能源，大力推广这种新型节能空调系统，对设计、施工运行

指导，国家建设部相继颁布了民用建筑及公共建筑节能设计标准，地源热泵系

统工程技术规范。本文对宁波鄞州区国税局土壤源(垂直埋管)热泵空调设计、

施工、调试及运行情况作了较详细的论述，供同行借鉴参考。

一、工程概况

宁波市鄞州区国税局办公楼坐落在风景优美的宁波鄞州区鄞县大道旁，它

是一幢办公性质综合楼。本建筑地上十九层，地下一层(主要为设备层及车库)。其中一至三层主要功能区为大厅、纳税大厅、办公室、餐厅、活动室，四至九

层以及十一至十九层主要功能区为办公室、会议室、多功能厅、招待所，十层

为信息中心、办公室，总建筑面积约为26000平方米，空调面积约为19000平

方米。建筑高度为71.1米。

建筑外景

二、设计参数及空调冷热负荷

1、室外计算参数：(参见宁波地区气象参数)

2、室内设计参数：

房间名称夏季冬季新风m3/h·p噪声CLB(A)

温度℃相对湿度%温度℃相对湿度%

办公25 6520 3530 50

会议25 6520 3525 50

餐厅26 6520 3530 50

大厅26 6520 3520 50 3、本工程空调逐时冷负荷综合最大值：2400KW，空调总热负荷：1600KW。

三、空调系统设计

1、空调系统划分

本工程空调系统由两个系统组成：K---1由五台美国原装进口的Waterfurce热泵机组(每台机组的制冷负荷为88Kw)，供十层、十五层、十四层局长办公室、十八层、十九层使用，该系统主要是满足十层计算机房、局长办公室、接待、多功能厅等特殊的场所的用途。K---2由两台意大利克莱门特热泵机组(每台机组的制冷负荷为968Kw)，供一至九层、十一至十三层、十六、十七层办公使用。

2、空调系统主要设备选择

选择五台Waterfurce制冷量Q=88Kw热泵机组、两台制冷量Q=968Kw意大利克莱门特热泵机组。

五台小机组，夏冬季的制冷、制热转换是通过机组内置的电动四通换向阀转换制冷剂的流向来达到制冷、制热转换。而两台大机组通过外面设置的十二个手动阀门切换冷冻、冷却水来实现夏冬季制冷、制热转换。

3、空调水系统设计

(1)空调冷冻水系统采用一次泵变流量系统，管道附设采用竖向同程、水平同程。

(2)空调冷却水系统采用一次泵定流量系统，管道附设采用十四个水平同程环路。

4、空调系统方式

(1)一~四层大厅、餐厅采用空调风柜加低速风道系统。

(2)办公采用风机盘管加新风系统。

5、空调系统的自动控制：采用DDC控制系统。

四、室外垂直埋管换热器设计

由于埋管换热器中循环介质与大地岩土间的换热情况相当复杂，因此土壤源热泵热泵空调系统的设计难点主要集中在地下换热器的设计上。埋管形式、埋管或竖井的间距、埋深、管径、循环介质的流量等既是影响埋管换热器与大地岩土间换热的重要因素，又是构成埋管换热器具体形式的主要参数。此外，埋管地点的地质状况、气候特征、建筑物的负荷变化状况也都影响换热器的换热，其中地下岩土的热物性对传热的能力影响很大。

由于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。目前，国内外已开发了一些地热换热器设计计算软件，如：清华大学的DEST软件2003年，美国地源热泵协会的GLHEPRO软件3.03版,可以避免在设计中盲目估算带来的失误。

在工程设计中，室外垂直埋管换热器设计应根据埋管建筑物的地质勘察报告、气候特征等资料采用有关设计计算软件进行设计计算。

(一)本工程地质勘察报告资料

1、建筑物土壤地质资料

由本工程钻孔堪察结果提供的资料，分析得出，土壤在0-70米深范围内大致可分为如下几层：

地层标高(m)主要土类

-10.17粘土、淤泥

-21.27淤泥、粉质粘土

-30.87粘土

-36.697粘土

-51.07粉质粘土

-55.77粉砂、粉质粘土

-66.07粉砂、粉质粘土、圆砾

-70.87粘土

2、大地热工特性表

地层材料传导率Btu/h*ft*0F扩散率ft2/h密度1b/ft3热容量Btu/1b*0F

密集岩层(花岗岩)2.00.0502000.20

普通岩石(石灰石)1.40.0401750.20

重土-潮湿(粘土、紧密的沙子肥土)0.750.02501310.23

重土-干燥(粘土、紧密的沙子肥土)0.500.0201250.20

轻土-潮湿(松散的沙子淤泥)0.500.0201000.25

轻土-干燥(松散的沙子淤泥)0.500.011900.20