3、本工程空調逐時冷負荷綜合最大值：2400KW，空調總熱負荷：1600KW。

三、空調系統(tǒng)設計

　　1、空調系統(tǒng)劃分

　　本工程空調系統(tǒng)由兩個系統(tǒng)組成：K---1由五臺美國原裝進口的Waterfurce熱泵機組（每臺機組的制冷負荷為88Kw），供十層、十五層、十四層局長辦公室、十八層、十九層使用，該系統(tǒng)主要是滿足十層計算機房、局長辦公室、接待、多功能廳等特殊的場所的用途。K---2由兩臺意大利克萊門特熱泵機組（每臺機組的制冷負荷為968Kw），供一至九層、十一至十三層、十六、十七層辦公使用。

　　2、空調系統(tǒng)主要設備選擇

　　選擇五臺Waterfurce制冷量Q=88Kw熱泵機組、兩臺制冷量Q=968Kw意大利克萊門特熱泵機組。

　　五臺小機組，夏冬季的制冷、制熱轉換是通過機組內置的電動四通換向閥轉換制冷劑的流向來達到制冷、制熱轉換。而兩臺大機組通過外面設置的十二個手動閥門切換冷凍、冷卻水來實現(xiàn)夏冬季制冷、制熱轉換。

　　3、空調水系統(tǒng)設計

　?。?）空調冷凍水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)，管道附設采用豎向同程、水平同程。

　?。?）空調冷卻水系統(tǒng)采用一次泵定流量系統(tǒng)，管道附設采用十四個水平同程環(huán)路。

　　4、空調系統(tǒng)方式

　?。?）一~四層大廳、餐廳采用空調風柜加低速風道系統(tǒng)。

　?。?）辦公采用風機盤管加新風系統(tǒng)。

　　5、空調系統(tǒng)的自動控制：采用DDC控制系統(tǒng)。

四、室外垂直埋管換熱器設計

　　由于埋管換熱器中循環(huán)介質與大地巖土間的換熱情況相當復雜，因此土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)的設計難點主要集中在地下?lián)Q熱器的設計上。埋管形式、埋管或豎井的間距、埋深、管徑、循環(huán)介質的流量等既是影響埋管換熱器與大地巖土間換熱的重要因素，又是構成埋管換熱器具體形式的主要參數(shù)。此外，埋管地點的地質狀況、氣候特征、建筑物的負荷變化狀況也都影響換熱器的換熱，其中地下巖土的熱物性對傳熱的能力影響很大。

　　由于設置室外垂直埋管換熱器的主要費用是鉆孔工程的費用,因此正確設計室外垂直埋管換熱器埋管的長度對于保證空調系統(tǒng)的效果和經濟性十分重要。目前，國內外已開發(fā)了一些地熱換熱器設計計算軟件，如：清華大學的DEST軟件2003年，美國地源熱泵協(xié)會的GLHEPRO軟件3.03版,可以避免在設計中盲目估算帶來的失誤。

　　在工程設計中，室外垂直埋管換熱器設計應根據埋管建筑物的地質勘察報告、氣候特征等資料采用有關設計計算軟件進行設計計算。

　?。ㄒ唬┍竟こ痰刭|勘察報告資料

　　1、建筑物土壤地質資料

　　由本工程鉆孔堪察結果提供的資料，分析得出，土壤在0—70米深范圍內大致可分為如下幾層：

　　2、大地熱工特性表

　　詳細準確的建筑地質工程堪察資料是土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)設計的重要依據。在設計中應注意地下巖土的溫度場變化有二個主要特性：一是達到一定深度后溫度基本上保持一個定值,這個值接近該地區(qū)的年平均氣溫(寧波地區(qū)年平均氣溫16.2度)；二是在地表以下一定范圍內溫度呈周期性變化,但波動幅度小于氣溫的波幅,而且存在時間上的延遲,隨著深度的增加波幅減小,延遲度增大。這二點都有利于熱泵系統(tǒng)工作能效比的提高。

　?。ǘ┦彝獯怪甭窆軗Q熱器設計

　　1、可行性及經濟性

　　應根據巖土體地質勘察結果評估土壤源(垂直埋管)熱泵系統(tǒng)實施的可行性及經濟性。

　　根據建筑物室外總平面及實驗鉆孔情況，采用DN32,U型垂直埋管換熱器，在地埋管方案設計中經過初步估算：鉆孔數(shù)300口，間距5米，埋深65米，總埋長度39000米，鉆孔施工費用140萬RMB。

　　因此，經過比較分析：土壤源(垂直埋管)熱泵系統(tǒng)方案是可行的，且是較經濟的。

　　2、建筑物室外各種管線附設情況

　　建筑物室外總平面中主要有排水管幾各中電纜管、深度在地下2m以上，埋管區(qū)域地埋管水平干管埋深在地下2.5m以下，同時預留了進出重型設備及車道位置。

　　3、地埋管材及管件的選用

　　設計中采用了化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、導熱系數(shù)大、流動阻力小的塑料管及管件，d323.0+0.5PE801.25MPa。

　　4、傳熱介質的選用

　　因寧波地區(qū)冬季室外氣溫較高，冬季凍土深度較淺，因此本工程設計中采用了水作為傳熱介質。未考慮在地埋管循環(huán)水中添加防凍劑。但為了防止冷卻循環(huán)水管內循環(huán)水在極端氣溫下結凍，采用感溫自控系統(tǒng)啟動循環(huán)泵。當系統(tǒng)循環(huán)回水溫低于4℃時，由自控系統(tǒng)啟動循環(huán)泵驅動循環(huán)水并且報警提示，可以有效的避免地埋管內水結凍問題的出現(xiàn)。

　　5、土壤源熱泵系統(tǒng)總吸熱量與總釋放量相平衡的措施

　　在土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)設計中，土壤源熱泵系統(tǒng)總吸熱量與總釋放量相平衡的措施對于保證大地巖土的熱穩(wěn)定性、土壤源熱泵系統(tǒng)的經濟性及空調實際運行效果十分重要。

　　本工程經過技術經濟比較，設計中采用輔助冷卻源與地埋管換熱器并用的調峰形式。利用室外530m3消防噴泉水池輔助散熱來消除最熱月峰值負荷。

　　6、鉆孔回填材料的選用

　　本工程鉆孔回填材料采用了原土回填。

　　7、土壤源熱泵系統(tǒng)地埋管水系統(tǒng)設計

　　設計采用了十四個水平同程環(huán)路與機房集水器及分水器相連。地埋管水系統(tǒng)采用一次泵定流量系統(tǒng)。

　　8、土壤源熱泵系統(tǒng)運行方式

　　（1）、5臺小熱泵機組夏季冷卻由室外噴泉水池散熱實現(xiàn)，冬季制熱熱源來自地埋管系統(tǒng)。

　?。?）、2臺大熱泵機組夏季冷卻由地埋管散熱實現(xiàn)，冬季制熱熱源來自地埋管系統(tǒng)。

　?。?）、5臺小機組，夏冬季的制冷、制熱轉換是通過機組內置的電動四通換向閥轉換制冷劑的流向來達到制冷、制熱轉換。而2臺大機組通過外面設置的十二個手動閥門切換冷凍、冷卻水來實現(xiàn)夏冬季制冷、制熱轉換。

　　9、室外垂直埋管換熱器設計計算及調整后的主要數(shù)據

　　采用美國俄克拉荷馬州Oklahoma大學開發(fā)的GLHEPRO軟件程序進行計算。

　　室外垂直埋管材質選擇：采用PE管U型單排管d323.0+0.5PE801.25MPa

　?。?）、井間距：5*5米

　?。?）、井徑：D110

　?。?）、井深：73米

　　（4）、打井數(shù)量：14組（每組約為26個），總共370個、管徑D32

　　（5）、總埋管長度：54625米

　?。?）、指標：制冷44w米,制熱30w米。

　?。?）、鉆孔回填材料：原土回填。

　　注：因室外總平面中有富裕的埋管區(qū)域，經業(yè)主要求，為確保空調效果，總埋管長度及打井數(shù)量在設計計算的基礎上加大了15%。

五、室外垂直埋管系統(tǒng)主要施工工藝

　　1、采用的設備：

　　鉆機采用XY-1，XY-1B，往復式泥漿泵采用BW-250。

　　2、材質：采用PE管U型單排管d323.0+0.5PE801.25MPa

　　3、.井下垂直PE管預制

　　(1)、預制程序

　　目測PE管的外觀質量，查驗三證和理化報告，合格并簽證后預制。

　　(2)、減少磨損

　　安裝單位按圖紙要求截取PE管所需長度并要求在此長度的地面上鋪上細砂，以減少管子與地面的磨損。

　　(3)、熱熔焊接

　　該PE管采用熱熔連接。連接方法應按熱熔承插連接和熱熔對口連接。熱熔機采用臺式和便攜式。具體工序要求：削平需焊的二管口工作面使其在同一工作面上，保證與管線垂直，并標出兩管連接軸線。加熱熔接溫度：承插式260℃±10℃；對接式200℃—210℃。焊接后焊接處強度應大于管子本身強度。先焊好管線底部的“U”形彎。然后注水加壓至試驗壓力1.2Mpa,保持15分鐘，壓降小于0.001Mpa合格泄壓。保留管內清水，焊好封頭。

　　(4)、PE管下井頭部定位針制作

　　為了使PE管順利插入井底并定位，施工制作1.65m頭部帶箭頭的直徑16mm螺紋鋼，在距箭頭50cm位置焊一條“7”字形的15cm長，直徑１０mm圓鋼，以利于放管和定位。1.5m長，直徑16mm螺紋鋼綁扎在PE管中間，帶箭狀的頭部伸出U形彎底部15cm。

　　(5)、管口標記

　　若埋底不露管頭的還應在PE管的悶蓋處扎一條紅色醒目的條帶以便挖土時尋找管頭，另一悶蓋處扎一條施工尼龍繩來控制落管的深度，控制管頭與地面的尺寸,要保證線的強度，以免斷線造成管子滑下而取不出管。

　　(6)、管間距控制

　　一口井內的兩條管子必須保持一定的間隙，應用標準d32PE管制成圈套，用電纜扎帶以4m一檔扎緊。

　　4、放管監(jiān)控

　　(1)、FTS搭接關系

　　FTS時距為零時，就說明本鉆井工作與其緊后放管工作之間的緊密銜接。因此安裝打完一口井時應立即放管，停留時間越長，井下的擠壓現(xiàn)象越嚴重，管子也就越難放。

　　(2)、嚴禁管道彎曲翅角

　　放管時必須多人合作，提起管子不得在地上拖拉，不應該形成不自然的彎曲，更不允許角度產生，然后鉆桿套住直徑１０mm圓鋼，利用鉆桿壓力將管子緩緩放下直到設計深度。

　　(3)、定位控制

　　管子底部的螺紋鋼箭頭直插井底中心，因井下土質較軟，管子會繼續(xù)下沉，為了控制落管尺寸，施工人員要拉住施工尼龍繩使管不再下滑，在達到尺寸要求后鎖定位置，迅速灌沙定位。在同一型號、同一場地的管子頂部尺寸要盡量保持一致。在放管和制作過程中嚴禁在地面上拖拉PE管，車輛進出時切勿碰撞滾壓PE管。管頭露出地面的勿用。

　　(4)、回填材料

　　在上述放管工作完成后，應立即向井內回填材料，絕對穩(wěn)定管子在井中的位置。不讓管在井中移動和沉浮。因為井中的泥漿比重很大，沙子不容易沉落，這時應向井內注入清水調稀泥漿，減小泥漿比重，使砂便于沉落井底。灌砂的深度應是井深的50%-60%，其余部分自然會被泥石填充。

六、空調系統(tǒng)運行狀況及節(jié)能經濟分析：

　　1、冬季調試記錄時間（2004—12---26），正值寧波地區(qū)近年來的最低氣溫-7℃。初始時，地源側出水溫度19℃，經一天（24h）不間斷運行，熱泵機組熱水出水溫度在40-45℃間，最終地源側的出水溫度穩(wěn)定在11--13℃。室內實測氣溫：20--22℃。

　　冬季運行了一個多月，每天地源側的初始時的出水溫度在18-19℃間，空調系統(tǒng)運行9h后，最終地源側的出水溫度在11--13℃間。

　　2、夏季運行記錄時間（2005—9---.8pm4:30），熱泵機組冷凍水進出水溫度在11.87.5℃間，冷卻水進出水溫度在27.232.8℃。室內實測氣溫：24--26℃。

　　3、節(jié)能分析：冬季最終地源側的出水溫度穩(wěn)定在11--13℃，熱泵機組的能效比達到4.0以上，顯然，土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)冬季供熱比空氣源熱泵空調系統(tǒng)及燃氣鍋爐供熱要環(huán)保節(jié)能，不存在空氣源熱泵冬季需化霜、極端氣溫下供熱效果不理想的問題；夏季土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)冷卻水進出水溫度在27.232.8℃，與常規(guī)空調冷水機組冷卻水進出水溫度在3237℃相比，在滿負荷運行時，機組能耗要節(jié)約15%,在70%負荷運行時,機組能耗要節(jié)約35%,在50%負荷運行時,機組能耗要節(jié)約60%。

　　4、經濟分析：本工程土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)總投資960萬RMB.。其中：室外地埋管工程：168萬RMB，30元米;工程單位造價：370元平方米。2004年冬季及2005年夏季空調實際運行費用為：62萬RMB年，26元平方米；本工程若采用常規(guī)空調冷水機組+燃氣鍋爐供熱系統(tǒng)，經計算分析，空調系統(tǒng)總投資需860萬RMB，工程單位造價：330元平方米，運行費用需100萬RMB年，38元平方米；本工程土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)與常規(guī)空調冷水機組+燃氣鍋爐供熱相比較，總投資增加12%，100萬RMB；但是全年空調運行費用要節(jié)約38%，3年可回收成本。若業(yè)主不要求加大15%設計計算總埋管長度及打井數(shù)量，則2年可回收成本。

　　經過2004年冬季及2005年夏季運行,空調效果理想,達到了設計及甲方使用要求,節(jié)能效果顯著。本工程獲2005年浙江省“錢江杯”獎，其中成功采用環(huán)保節(jié)能的土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)是獲獎的重要因素。

七、結論：

　　1、本工程土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)與常規(guī)空調冷水機組+燃氣鍋爐供熱相比較，總投資增加12%，全年空調運行費用要節(jié)約38%，3年可回收成本。

　　2、土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)設計難點主要集中在地下?lián)Q熱器的設計上。地下?lián)Q熱器的主要費用是鉆孔工程的費用，因此正確設計室外地下?lián)Q熱器對于保證空調系統(tǒng)的效果和經濟性十分重要。

　　3、土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)設計要注意土壤源熱泵系統(tǒng)總吸熱量與總釋放量相平衡措施的采用，以防空調系統(tǒng)設計失敗。

　　4、土壤源熱泵熱泵空調系統(tǒng)是應大力推廣應用的新型節(jié)能環(huán)?？照{系統(tǒng)。

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