某工程地源热泵空调系统可行性分析报告

某工程地源热泵空调系统可行性分析报告

作者：余志锋吴杰

来源：《城市建设理论研究》2013年第03期

摘要结合项目地质勘探报告及项目用地情况，从技术经济性、项目的冷热平衡及项目的可再生能源贡献率三个方面论证了采用地源热泵中央空调的可行性。

关键词地源热泵中央空调冷热平衡经济效益可再生能源贡献率

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：

一、项目概况

1、基本情况

本项目是包含酒店、餐饮、购物、娱乐与一体的公共建筑。地上主楼10层，裙房4层，地下两层。地上总建筑面积34459平方米，包括酒店11500平方米，商业22959平方米。地下总建筑面积22600平方米，包括地下停车库、局部地下商业购物中心、设备房等。本项目高度不高于45.0米，容积率2.20。

地块的空调负荷估算值如下

（1）酒店面积约11250平米，夏季空调冷负荷1450kw，冬季空调热负荷800kw。

（2）商业22959平方，初步估算夏季空调冷负荷2600kw，冬季空调热负荷1550kw。

（3）热水系统最高日小时平均耗热功率184kW，设计小时耗热功率562kW,结合热水箱的储热，热源功率按300kW考虑，每天运行15小时可满足全天热水耗热量。

2、地质情况

本地块的地质情况如下所述。

根据勘探揭露，拟建场地勘探深度内地基土按成因类型和物理力学特征，可划分为8个工程地质大层及若干亚层。现将各岩土层的主要工程地质特征描述如下：

1-1层，杂填土，层厚0.60~2.80m；1-2层，粘土，层厚0.00~2.60m；2层，淤泥，层厚6.80~11.10m；4-1层，层厚8.80~13.40m；4-2层，淤泥质粘土，层厚0.00~11.00m；5-1层，粉质粘土，层厚0.00~8.80m；5-2层，粉质粘土，层厚0.00～7.20m；5-3层，中砂，层厚0.00～7.90m；6层，粘土，层厚7.0~13.50m；7-1层，圆砾，层厚3.90～10.50m，7-2层，粉质粘

土，层厚2.40～7.80m，8-1层，粉质粘土夹砂，层厚1.40~6.10m；8-2层，含粘性土砾砂，层厚2.60～5.20m；

8-3层，粉质粘土夹砂，该层土本次勘察未揭穿。

据勘察揭露：

1-1层杂填土成份复杂，性质不均，厚度较小。

1-2层粘土呈软可塑状，高压缩性，俗称“硬壳层”，具一定强度，但其厚度较小。

2、4两大层淤泥质土为本区的主要软土层，其土的工程性质差，承载力低，在上部荷载的作用下易产生较大的沉降量。

5大层土由5-1、5-2层粉质粘土及5-3层中砂组成，其力学性质均尚可，但其埋深略浅、个别亚层厚度不足且分布不稳定。

6层土为灰色软可塑土，均匀性差。

7大层中7-1层圆砾呈中密状，力学性质好；7-2层粉质粘土呈可塑状，力学性质尚可；

8大层中8-1层粉质粘土夹砂、8-2层含粘性土砾砂、8-3层粉质粘土夹砂力学性质较好，分布尚稳定，故8层组合总体强度较高。

拟建场地勘探施工结束后统一测得地下水位埋深在地表以下0.50~0.87m之间，地下水水位埋深较浅，为浅层孔隙潜水，水量较小，主要接受地表水及大气降水渗入补给，排泄途径以蒸发为主，地下水位受季节影响有一定变化，根据区域资料年变幅一般不大于1.50m。

图1.1 勘察剖面图

二、地源热泵系统的简述

1、地源热泵的特点及工程应用

地源热泵按冷源/热汇的形式可分为地表水地源热泵、土壤源热泵及采用地下水的地源热泵。

地下水在本地禁止使用，项目周围无合适的地表水源。本项目仅对土壤源热泵做可行性分析。

建设部建筑科学研究院做了研究，根据中国的地域特点，把中国分成了地源热泵的应用分成了适合区，一般适合区，不适合区。由于冷热很难平衡，东北的大部及两广都不适合做地源

热泵，宁波地区一般空调全用地源热泵也难于做到冷热平衡，但可以通过其他方式实现平衡，但经济性及节能性是否合理因工程而异，故为一般适合区。而华北大部则认为有节能性。

同时，因为地源热泵系统要正常运行，除了热泵机组的运行外，还需水泵来完成水（地）源侧水循环，而水泵的能耗作为基本能耗是必不可少的，水泵能耗在同时使用系数不高的空调系统中尤为重要。

出于保护地下水资源，防止城市区域性地面沉降的原因，紧张开发采用地下水；本地块周围也无可以利用的地表水资源。故本报告仅对采用土壤源作为热源/热汇的地源热泵空调做可行性分析。

2、地源热泵空调系统应用可行性分析

为保证地源热泵空调系统在使用后，可达到一个良好的经济效益和节能减排的效果，工程项目应达到下面5个条件。

⑴地质情况良好。

地质条件适合地源热泵埋管的施工和换热。

⑵土壤源冷热平衡情况良好

地源热泵空调系统以土壤源作为冷热源时，必须在一个周期运行中，土壤中的蓄热量和散热量达到平衡，从而才能保证系统有效的运行下去。

⑶场地条件合适

项目应具备较好的施工条件。

⑷经济效益较好。

使用地源热泵空调系统，在投入运行后，与传统空调系统相比，应具备较好的经济效益。

⑸节能减排效果显著

使用地源热泵空调系统后，其可再生能源应用应具备较好的贡献率。

三、地源热泵空调系统可行性分析

1、场地可利用情况

根据总平面布置图，本项目为双层地下室，项目用地面积为15936㎡，地下室面积为11300㎡，项目周围可利用的空地约4600㎡。

2、土壤源的冷热平衡

由于酒店建筑的冷负荷值大于热负荷值，且制冷运行时间大于制热运行时间，在投入使用后，其夏季释放至土壤源的热量累计量同样远大于冬季从土壤源吸收的热量累计量。考虑酒店具备较大的生活热水需求，空调运行式时可采用余热回收的方式制备生活热水，降低土壤源冷热的不平衡性。

3、地质条件的影响

根据地质勘察的数据可知，本项目有可用于埋管的土壤层，根据地质勘测报告显示在70m 以上。

4、项目经济效益分析

本项目建议酒店部分采用地源热泵空调。酒店部分冷负荷1450kW，空调热负荷800kw，热水热负荷300kw，从初投资及土壤热平衡方面考虑，宜设计地埋管+冷却塔辅助散热的系统形式，以热负荷需求计算地埋管长度。考虑设备散热取修正值0.8，如全部热负荷采用地源热泵，则所需地埋孔的孔数计算如下：

1100kW×1000×0.8÷40W/m÷70m/个=315（个）

210钻孔总的深度为22000m，总管长44000m。

垂直地埋孔间距取4m×4m，需要的用地面积为5040㎡。从总平面图及总技术指标可看出，本项目地块用地总面积15936㎡，地下室占地面积约11300㎡，项目周围可利用的空地约4600㎡，基本上能满足地源热泵空调的埋管占地要求。地埋管打孔方案如下图所示。

图1 地埋管打孔方案示意图

⑴初投资比较

地源热泵空调系统方案按照满足生活热水及冬季负荷考虑地埋管数量。