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湖南某別墅

水源熱泵中央空調(diào)

設(shè)

計

方

案

金國達(dá)科技（湖南）有限公司

JINGUODA TECHNOLOGY   (HUNAN) CO.，LTD.

2013年06月10日

一、工程概況

本工程位于湖南某地市，該項目為家用別墅，共三層；總的建筑面積約為550㎡，其中空調(diào)面積約287㎡，100㎡需做地板采暖，屬常規(guī)型中央空調(diào)。

二、設(shè)計思路

1、設(shè)計依據(jù)及參數(shù)   

①、室外計算參數(shù)（參考郴州市）

        夏季空調(diào)室外(干球)計算溫度：35.5℃

夏季空調(diào)室外(濕球)計算溫度：27.5℃

        冬季空調(diào)室外(干球)計算溫度：-2℃   

②、室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

        夏季：24----28℃

冬季：18----22℃  

 2、機(jī)組選擇原則：考慮到投資方的利益，既要節(jié)省投資，又要達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)使用要求，主機(jī)選用國家大力推廣使用節(jié)能環(huán)保的金國達(dá)水源熱泵機(jī)組。省去了鍋爐房及加熱設(shè)備、除塵凈化設(shè)備的投資和對大氣環(huán)境的污染。

3、本方案設(shè)計采用金國達(dá)水源熱泵(帶熱回收)系統(tǒng)，真正做到“一機(jī)五用”。利用水源熱泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，并可全年提供生活熱水，提高了設(shè)備的利用率，夏季用空調(diào)時，生活熱水完全免費，大大節(jié)省運行費用。

（①制冷、②制熱（含地暖）、③制冷+免費熱水、④制熱+熱水、⑤熱水）

4、末端采用風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組；制取熱水溫度≦65℃；熱水隨開隨有。

三、 室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷設(shè)計

四、主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計     

1、按每平方200KW的制冷負(fù)荷配置：287㎡×200W/㎡=57.4KW;

2、主機(jī)選1臺JGDSSDRH-60T水源熱泵 (帶熱回收)機(jī)組提供冷、熱源、熱水；

3、水源熱泵冷熱源取水方案、取水量及抽水井和回灌井?dāng)?shù)量

①、夏季水源水量Gs（m3/h）按下式計算:

Gs=0.86（Qr+N）/Δts  

式中 Qr - 水源熱泵主機(jī)制冷量(KW)；

N - 水源熱泵主機(jī)制冷功率(KW)；

Δts-水源水進(jìn)出熱泵機(jī)組溫差(℃)。    

夏季水量：空調(diào)主機(jī)用水量：0.86×(58.8+13)/11=5.62m3/h 

②、冬季水源水量Gs（m3/h）按下式計算

Gs=0.86（Qr-N）/Δts      

式中 Qr - 水源熱泵主機(jī)制熱量(KW)；

N - 水源熱泵主機(jī)制熱功率(KW)；

Δts-水源水進(jìn)出熱泵機(jī)組溫差(℃)。    

冬季水量：空調(diào)主機(jī)用水量：0.86×(63-16.5)/7=5.72m3/h

 4、機(jī)房系統(tǒng)說明

  根據(jù)計算制冷量與制熱量，空調(diào)系統(tǒng)冷熱源選用金國達(dá)公司生產(chǎn)的JGDSSDRH-60T型水源熱泵機(jī)組一臺，單臺制冷量為58.8KW，單臺制熱量為63KW，夏季提供7~12℃的空調(diào)冷水；冬季提供40~45℃的空調(diào)熱水?？照{(diào)冷熱水系統(tǒng)采用一次泵定流量閉式循環(huán)系統(tǒng)，選用兩臺循環(huán)水泵，一用一備。水源水系統(tǒng)采用開式循環(huán)。系統(tǒng)采用落地式定壓罐定壓。為保護(hù)機(jī)組和系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)補水應(yīng)用軟化水，擬設(shè)計軟化水設(shè)備一套并軟化水箱一個。為保證水質(zhì)，在水源水管道上安裝旋流除砂器和電子水處理儀各一臺。

5、選用一臺JGDSSDRH-60T水源熱泵機(jī)組，系統(tǒng)總的井水需求量為6t/h。 本工程地點郴州安仁，在沒有鉆試驗井的情況下,供水井出水量暫時按10t/h考慮，回灌量為10t/h，本工程需要供水井為1口，回水井的數(shù)量為1口。

6、施工說明   

①空調(diào)水系統(tǒng)使用管材：空調(diào)供回水管采用鍍鋅鋼管，空調(diào)凝水管采用PVC管。

②管道連接方式：管徑小于等于DN 32的管道采用螺紋連接，管徑大 于DN 32管道采用焊接。

③保溫：室內(nèi)管道：管徑小于等于DN40保溫材料用25mm厚的橡塑保溫管；管徑大于DN40保溫材料用30mm厚的橡塑保溫管，外網(wǎng)水管道保溫采用50mm厚聚氨脂發(fā)泡保溫。 

④閥門：管徑大于等于DN40時采用法蘭蝶閥，管徑小于DN40時采 用螺紋截止閥。

⑤空調(diào)系統(tǒng)的控制

開啟順序：水源水循環(huán)泵-空調(diào)冷熱水循環(huán)泵-水源熱泵機(jī)組

關(guān)閉順序：水源熱泵機(jī)組-空調(diào)冷熱水循環(huán)泵-水源水循環(huán)泵

⑥所有動力設(shè)備均采用消聲或隔振措施；水泵采用低噪聲型；水泵與水管連接處采用橡膠接頭。

7、自動控制系統(tǒng)

①、溫度自動控制：依據(jù)設(shè)定的溫度，自動確定開機(jī)及關(guān)機(jī)數(shù)量。

②、時間自動控制：預(yù)先設(shè)定自動開關(guān)機(jī)的時間。

 ③、運行時間自動平衡：每次啟動時，優(yōu)先啟動運行時間短的機(jī)組。

④、故障漢字顯示：運行故障自動記錄，并有漢字查詢、顯示。

⑤、運行數(shù)據(jù)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢、傳遞、打?。ㄐ杼貏e提出，費用要增加）。

 ⑥、運行自動保護(hù)：壓機(jī)的過載、欠壓、缺相、超溫等保護(hù)裝置。進(jìn)出水溫度過高、過低、缺水、防凍等保護(hù)。

⑦、主機(jī)安全運行：循環(huán)水泵、潛水泵、主機(jī)順控連鎖。

五、水源熱泵技術(shù)簡介     

 1、水源熱泵技術(shù)的概念和工作原理 

  水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。地球表面淺層水源如深度在1000米以內(nèi)的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太陽進(jìn)入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取能量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。 

水源熱泵根據(jù)對水源的利用方式的不同，可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種。閉式系統(tǒng)是指在水側(cè)為一組閉式循環(huán)的換熱套管，該組套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通過與土壤或海水換熱來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。（其中埋于土壤中的系統(tǒng)又稱土壤源熱泵，埋于海水中的系統(tǒng)又稱海水源熱泵）。開式系統(tǒng)是指從地下抽水或地表抽水后經(jīng)過換熱器直接排放的系統(tǒng)。與鍋爐（電、燃料）和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，水源熱泵具明顯的優(yōu)勢。鍋爐供熱只能將90%~98%的電能或70～90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶使用，因此水源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.8～5.0，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的50～60％。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的水源熱泵市場也日趨活躍，可以預(yù)計，該項技術(shù)將會成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。  

在中國的傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中，由于國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和政策的影響，在相當(dāng)長的時期中，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題，在南方以水冷機(jī)組解決夏季制冷問題。在二十世紀(jì)八十年代以后，制冷機(jī)組的方式開始多樣化，此時，出現(xiàn)了溴化鋰機(jī)組、風(fēng)冷機(jī)組，機(jī)組的容量也從原有的大中型機(jī)組過渡為大中小型機(jī)組，在二十世紀(jì)九十年代以后，對于取暖方式也開始有新的嘗試和探討，特別是隨著可持續(xù)發(fā)展和公眾環(huán)保意識的提高，世界和中國能源利用的結(jié)構(gòu)都正在轉(zhuǎn)變，從原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。北京作為大氣污染最為嚴(yán)重的城市之一，其治理大氣污染的政策中就包括能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，從以煤為主改為天然氣和電力替代能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題，可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，從可持續(xù)發(fā)展的角度看，必須提高能源利用效率或者尋找可以再生的能源，而水源熱泵機(jī)組就是比較理想的一種設(shè)備。

2、水源熱泵的特點：由于水源熱泵技術(shù)利用地表水作為空調(diào)機(jī)組的制冷制熱的來源，所以其具有以下優(yōu)點：

 ①屬可再生能源利用技術(shù)：水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。

②高效節(jié)能：水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40％的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

③運行穩(wěn)定可靠：水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

④環(huán)境效益顯著：水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時，消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的污染就小。設(shè)計良好的水源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少30％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上。水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質(zhì)。水源熱泵機(jī)組的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。

⑤一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣：水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。 

⑥自動運行：水源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計簡單的系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運行簡單可靠，維護(hù)費用低；自動控制程度高，使用壽命長可達(dá)到15年以上。

當(dāng)然，像任何事物一樣，水源熱泵也不是十全十美的，其應(yīng)用也會受到制約。 

⑴可利用的水源條件限制：水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當(dāng)大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個關(guān)鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開式系統(tǒng)，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統(tǒng)，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。  

⑵水層的地理結(jié)構(gòu)的限制：對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確?？梢栽诮?jīng)濟(jì)條件下打井找到合適的水源，同時還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。 

⑶投資的經(jīng)濟(jì)性：由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同?？傮w來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會有所不同。

六、水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)初投資