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18室外管网部分输送管网材料及安装1项室外土建部分(含检查井、管沟开挖及回填等)1项机房配电系统1项小计（万元）4022.1空调末端系统22末端系统设备及材料安装等1项机房能效管理及空调计费系统23机房能效管理控制系统1项120120总计（万元）.33号能源站地源热泵空调系统成本分析表6.1.33号能源站地源热泵空调系统成本分析表序号名称机组性能参数数量单位单价(万元)合价(万元)备注机房系统（冷热源部分）1螺杆式地源热泵机组额定制冷量：1068kW；4台64256制冷/热冷凝器进出水温:25/30℃，蒸发器进出水温：12/7℃；额定制热量：1090/kW；冷凝器进出水温:40/55℃，蒸发器进出水温：10/5℃；制冷/热功率：161/222kW2地埋管换热井聚乙烯PE100，De32，深100米，双U型,722口。1项地埋管侧循环泵额定流量：280m?/h；4台1.56额定扬程：36mH2O；电机功率：45kW；4负荷侧一次循环泵额定流量：200m?/h；4台0.753额定扬程：15mH2O；电机功率：15kW；5地埋侧分集水器D=800mm1组446综合水处理器处理水量：800-1000m?/h2台2.24.47膨胀定压装置补水量：3.5m?/h1台2.22.28板式换热器800KW1台12129膨胀水箱2m?2台...
&&&&&&&&X大学花溪校区扩建工程（二期）地源热泵空调系统可行性研究报告1........................................................................................................................................................................1工程概况........................................................................................................................................................1&&&&&&&&1.1引言...................................................................................................................................................................11.2项目建设概况.................................................................................................................................................41.3项目区域气候分析........................................................................................................................................81.4项目区域地质条件分析.............................................................................................................................10第二章示范目标及主要内容................................................................................................................................122.1示范目标........................................................................................................................................................122.&&&&&&&&1.1实现“能源梯级利用、推行绿色建筑”目标.........................................................................122.1.2实现“南方部分地区集中供暖”目标.......................................................................................142.1.3实现“提高师生工作学习的主观能动性”目标.....................................................................152.2主要示范内容...............................................................................................................................................162.2.1地源热泵集中空调系统.................................................................................................................162.2.2绿色校园............................................................................................................................................162.2.3智能控制系统...................................................................................................................................172.3可行性研究报告编制依据.........................................................................................................................18第三章建筑围护结构及空调负荷计算..............................................................................................................203.1围护结构体系...............................................................................................................................................203.2负荷计算........................................................................................................................................................20第四章技术方案......................................................................................................................................................264.1技术设计方案确定......................................................................................................................................264.&&&&&&&&1.1冷热源方案综述...............................................................................................................................264.1.2冷热源方案初步对比及分析........................................................................................................274.1.3冷热源方案的初步确定.................................................................................................................334.1.4典型建筑物不同空调系统全年负荷模拟..................................................................................344.2地源热泵系统可行性及合理性分析.......................................................................................................434.2.1地质条件............................................................................................................................................434.2.2水文条件............................................................................................................................................464.2.3气候条件............................................................................................................................................464.2.4地下土壤换热能力测试.................................................................................................................474.3地源热泵空调系统冷热源设计方案.......................................................................................................484.3.1运行方式.............................................................................................................................................484.3.2区域供能规划....................................................................................................................................494.3.3&&&&&&&&1、2、3号能源站机组选择.......................................................................................................524.3.4管网设计.............................................................................................................................................524.4地源热泵地埋管系统的设计选择...........................................................................................................554.4.1埋管形式介绍...................................................................................................................................554.4.2项目埋管方式的方案选择.............................................................................................................项目地埋管设计深度确定.............................................................................................................574.4.4地埋管换热器的设计......................................................................................................................584.4.5能源站地源热泵系统地埋管数量计算....................................................................................604.4.6打井区域规划.................................................................................................................................614.5地源热泵系统热平衡分析及解决方案..................................................................................................634.5.11号能源站地源热泵系统热平衡分析.......................................................................................644.5.22号能源站地源热泵系统热平衡分析.......................................................................................654.5.33号能源站地源热泵系统热平衡分析.......................................................................................664.6地源热泵系统热平衡解决方案...............................................................................................................664.7常规空调系统冷热源设计方案................................................................................................................674.8系统原理图...................................................................................................................................................684.9主要设备参数表..........................................................................................................................................68第五章系统能效分析及节能量计算..................................................................................................................695.1系统能效分析...............................................................................................................................................695.2节能量计算...................................................................................................................................................70第六章经济技术分析.............................................................................................................................................756.1地源热泵系统投资分析及增量成本计算..............................................................................................756.&&&&&&&&1.11号能源站地源热泵空调系统成本分析...................................................................................756.1.22号能源站地源热泵空调系统成本分析...................................................................................766.1.33号能源站地源热泵空调系统成本分析...................................................................................786.1.41号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析...............................................................796.1.52号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析...............................................................816.1.63号能源站常规冷水机组+热水锅炉系统成本分析...............................................................836.1.5&&&&&&&&1、2、3号能源站各系统投资成本分析...................................................................................846.2不同空调系统方案的运行费用对比.......................................................................................................846.2.1常规冷水机组+热水锅炉系统全年运行费用计算....................................................................856.2.2地源热泵空调系统全年运行费用计算........................................................................................876.3投资方式分析...............................................................................................................................................896.3.1一次性投资.........................................................................................................................................896.4投资收益及回收期分析.............................................................................................................................906.4.11号能源站投资收益及回收期分析..........................................................................................906.4.22号能源站投资收益及回收期分析..........................................................................................926.4.33号能源站投资收益及回收期分析..........................................................................................93第七章进度计划与安排........................................................................................................................................96第八章运行维护及检测预留方案.......................................................................................................................968.1运行监测与节能控制..................................................................................................................................968.&&&&&&&&1.1冷热源机组.......................................................................................................................................978.1.2负荷侧空调水系统..........................................................................................................................978.1.3地埋管换热器系统..........................................................................................................................978.2预留方案........................................................................................................................................................988.2.1冷热源部分.......................................................................................................................................998.2.2水泵部分............................................................................................................................................水处理设备部分...............................................................................................................................998.2.4水管路系统.......................................................................................................................................998.2.5生活热水系统.................................................................................................................................错峰运行..........................................................................................................................................100第九章效益及风险分析......................................................................................................................................1019.1环境影响分析.............................................................................................................................................1019.2项目推广前景分析....................................................................................................................................1029.3风险分析......................................................................................................................................................地质情况及技术风险....................................................................................................................投资及成本风险.............................................................................................................................其他风险..........................................................................................................................................保证项目成功运行的技术措施..................................................................................................104第十章结论与建议...............................................................................................................................................11210.1结论............................................................................................................................................................11210.&&&&&&&&1.1地质条件及换热能力.................................................................................................................热平衡分析及解决方案.............................................................................................................方案选择........................................................................................................................................方案经济性...................................................................................................................................节能量............................................................................................................................................11510.2建议............................................................................................................................................................116第十一章技术支持与证明材料.........................................................................................................................1171&&&&&&&&1.1技术支持....................................................................................................................................................1171&&&&&&&&1.1.1项目执行单位...............................................................................................................................1171&&&&&&&&1.1.2技术合作单位介绍......................................................................................................................11911.2证明材料....................................................................................................................................................1191工程概况&&&&&&&&1.1引言面对全球日益严峻的能源和环境问题，开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的共同选择。&&&&&&&&上世纪七十年代石油危机以来，为保障能源安全，应对气候变化。&&&&&&&&可再生能源日益受到国际社会的重视。&&&&&&&&2008年以来的全球金融危机为可再生能源发展赋予了新的使命，进一步促进了可再生能源的发展。&&&&&&&&日本福岛核事故后，不少国家能源战略选择“弃核”或延缓核电建设，发展清洁能源和减少温室气体排放的任务更多地转向可再生能源。&&&&&&&&加快开发利用可再生能源已成为国际社会的共识和共同行动。&&&&&&&&可再生能源已成为能源发展的重要领域。&&&&&&&&目前，可再生能源已成为许多国家能源发展的重要领域，一些国家新增可再生能源发电装机占全部新增发电装机的三分之二以上。&&&&&&&&2010年全球可再生能源领域的投资超过2000亿美元，风电在欧盟新增发电装机中，已连续多年保持第一。&&&&&&&&德国实施2022年前不再使用核电的能源转型战略，通过大规模开发海上风电和加快建设分布式太阳能发电解决核电退出后的电力供应问题。&&&&&&&&2010年德国光伏发电新增装机740万千瓦，成为该国新增发电装机规模最大的电源。&&&&&&&&可再生能源已成为这些国家能源投资的重点领域。&&&&&&&&可再生能源已成为竞争激烈的战略性新兴产业。&&&&&&&&可再生能源开发利用产业链长，配套和支撑产业多，对经济发展的拉动作用显著，许多国家都投入大量资金支持可再生能源技术研发，抢占技术制高点。&&&&&&&&特别是在全球2经济危机中，美欧日等发达国家和印度、巴西等发展中国家都把发展可再生能源作为刺激经济发展、走出经济危机的战略性新兴产业加以扶持，围绕可再生能源技术、产品的国际贸易纠纷不断加剧，市场竞争日益激烈。&&&&&&&&可再生能源发展水平将成为衡量国家未来发展竞争力的一个新的标志。&&&&&&&&可再生能源在未来能源中的地位日益明确。&&&&&&&&为实现能源转型，走低碳发展道路，许多国家制定了清晰的可再生能源发展战略。&&&&&&&&欧盟提出了到2020年可再生能源达到欧盟全部能源消费量20%的发展目标，其中德国、法国、英国的目标分别是18%、23%和15%。&&&&&&&&日本在福岛核事故后，提出2020年前可再生能源发电要满足20%电力需求的目标。&&&&&&&&丹麦还提出了到2050年完全摆脱对化石能源依赖的宏伟战略，英国也提出到2050年在1990年基础上二氧化碳减排80%的战略目标，确立了可再生能源在未来能源体系中的地位和作用。&&&&&&&&开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。&&&&&&&&当前，我国能源开发利用的环境污染问题突出，生态系统承载空间十分有限，依靠开采和使用化石能源难以持续。&&&&&&&&面对全球气候变化的严峻形势，我国已将大规模开发利用可再生能源作为应对气候变化的重大举措。&&&&&&&&我国已明确提出，到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40%～45%、非化石能源在能源消费中的比重达到15%，大力发展可再生能源是实现这一战略目标的主要措施。&&&&&&&&日，国务院常务会议讨论通过了《“十二五”循环经济发展规划》(以下简称《规划》)。&&&&&&&&《规划》明确了发展循环经济的主要目标、重点任务和保障措施。&&&&&&&&提出了构建循环型工业体系和农业体系，构3建循环型服务业体系，以及开展循环经济示范行动等四个方面的要求。&&&&&&&&为新能源、化工、环保、新材料、有色金属等行业带来了发展机遇。&&&&&&&&其标志着新能源进入快速发展阶段。&&&&&&&&在《“十二五”循环经济发展规划》中，新能源利用主要体现在以下几个方面。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）太阳能：我国支持可再生能源发展、启动光伏内需的态度已十分明确。&&&&&&&&太阳能行业“十二五”规划中确定到2015年太阳能装机达到21GW以上。&&&&&&&&并且其规划有可能被上调到更高的水平。&&&&&&&&（2）风能：从近期密集出台的政策来看，风电接入进入全面建设期的方向基本已经确立。&&&&&&&&（3）地热：目前使用浅层地热的埋管成本虽然比较高，但发展潜力很大；而利用污水、工业余热、地热井余热等其他方式的成本较低，实际需求正在快速放大。&&&&&&&&《“十二五”循环经济发展规划》明确指出到2015年，各类地热能开发利用总量达到1500万吨标准煤，其中，地热发电装机容量争取达到10万千瓦，浅层地温能建筑供热制冷面积达到5亿平方米。&&&&&&&&国家能源局〔2013〕48号文件指出应积极推广浅层地热能开发利用。&&&&&&&&在做好环境保护的前提下，促进浅层地热能的规模化应用。&&&&&&&&在资源条件适宜地区，优先发展再生水源热泵（含污水、工业废水等），积极发展土壤源、地表水源（含江、河、湖泊等）热泵，适度发展地下水源热泵，提高浅层地温能在城镇建筑用能中的比例。&&&&&&&&重点在地热能资源丰富、建筑利用条件优越、建筑用能需求旺盛的地区，规模化推广利用浅层地温能。&&&&&&&&鼓励具备应用条件的城镇新建建筑或既有建筑节能改造中，同步推广应用热泵系统，鼓励政府投资的公益性建筑及大型公共建筑优先采用热泵系统，鼓4励既有燃煤、热水锅炉供热制冷等传统能源系统，改用热泵系统或与热泵系统复合应用。&&&&&&&&文件还规定按照可再生能源有关政策，中央财政重点支持地热能资源勘查与评估、地热能供热制冷项目、发电和综合利用示范项目。&&&&&&&&按照可再生能源电价附加政策要求，对地热发电商业化运行项目给予电价补贴政策。&&&&&&&&通过合同能源管理实施的地热能利用项目，可按现行税收法律法规的有关规定享受相关税收优惠政策。&&&&&&&&利用地热能供暖制冷的项目运行电价参照居民用电价格执行。&&&&&&&&采用地热能供暖（制冷）的企业可参照清洁能源锅炉采暖价格收取采暖费。&&&&&&&&鼓励各省、区、市结合实际出台具体支持政策。&&&&&&&&目前，我国各类公共建筑、居住建筑及别墅在工程设计及建设中，利用地源热泵技术来满足人员热舒适性要求的情况越来越多，起到了良好的示范效应。&&&&&&&&采用地源热泵技术，合理开发利用浅层地热资源，能有效降低建筑能耗、减少CO2排放和空气污染。&&&&&&&&随着国家《“十二五”循环经济发展规划》的出台，地源热泵技术应用将会得到大力的推广，推上一个新的高潮。&&&&&&&&1.2项目建设概况本工程为X省X大学花溪校区扩建工程（二期），项目位于贵阳市花溪区内。&&&&&&&&花溪新校区将作为X大学主校区，以建设现代化、园林化、数字化、高品位的绿色校园为总体目标，实现2015年集中办学的目标，建设布局合理、功能完善、节能高效、生态环保的高校校园，打造国际化、信息化、生态化、人文化、特色化的开放性大学。&&&&&&&&X大学花溪校区扩建工程（二期）占地规划面积1359334㎡。&&&&&&&&总建筑面积779730㎡，其中地上规5划建筑面积699730㎡，容积率0.95，绿地率42.5%。&&&&&&&&建成后可容纳19000余名师生。&&&&&&&&本次可研报告的研究范围为校内的公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲区内的建筑。&&&&&&&&项目具体方案规划及布置情况，详见图1.2.1～1.2.3。&&&&&&&&图1.2.1X大学花溪校区扩建工程（二期）鸟瞰图6图1.2.2X大学花溪校区扩建工程（二期）功能分区图图1.2.3X大学花溪校区扩建工程（二期）结构分析图根据业主提供的建筑施工图纸，校区内建筑面积（不含地下）、空调面积、宿舍人数统计如表&&&&&&&&1.1.1所示。&&&&&&&&7表&&&&&&&&1.1.1各栋建筑面积与空调面积一览表单体名称地上层数建筑面积（㎡）空调面积（㎡）公共教学楼5F公共实验楼5F农学院5F动物学院林学院5F食品工程与白酒酿造学院生命科学学院天文学院省级重点实验室10F创业产业园森林资源与环境研究中心国际学术交流中心10F高端培训中心继续教育中心药学院5F医学院电子信息学院体育馆3F风雨操场校行政中心10FX特色研究院喀斯特地质研究博物馆西部少数名族研究博物馆中国酒文化博物馆自然工业博物馆研究生院5F国际教育学院校史馆、档案馆5F文化书院阳明文化书院旅游与文化产业学院5F公共管理学院8文科大楼5F经济学院学生社团文化中心5F职工及离退休活动中心生活配套用房6F总计1.3项目区域气候分析贵阳是低纬度高海拔的高原地区，市中心位于东经106度27分，北纬26度44分附近，海拔高度为1100米左右，处于费德尔环流圈，常年受西风带控制，属于亚热带湿润温和型气候，兼有高原性和季风性气候特点，年平均总降水量为1129.5毫米。&&&&&&&&贵阳市年平均气温为15.3℃，年极端最高温度为35.1℃，年极端最低温度为-7.3℃。&&&&&&&&其中，最热的七月下旬，平均气温为24℃，最冷的一月上旬，平均气温为4.6℃，年平均相对湿度为77%，气象资料如图1.3.1-1.3.6所示。&&&&&&&&--21-31-41-51-61-71-81-91-101-111-121-131-141-151-161-171-181-191-201-211-221-231-241-251-261-271-281-291-301-312-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-152-162-172-182-192-202-212-222-232-242-252-262-272-283-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-133-143-153-163-173-183-193-203-213-223-233-243-253-263-273-283-293-303-314-14-24-34-44-54-64-74-84-94-104-114-124-134-144-154-164-174-184-194-204-214-224-234-244-254-264-274-284-294-305-15-25-35-45-55-65-75-85-95-105-115-125-135-145-155-165-175-185-195-205-215-225-235-245-255-265-275-285-295-305-316-16-26-36-46-56-66-76-86-96-106-116-126-136-146-156-166-176-186-196-206-216-226-236-246-256-266-276-286-296-307-17-27-37-47-57-67-77-87-97-107-117-127-137-147-157-167-177-187-197-207-217-227-237-247-257-267-277-287-297-307-318-18-28-38-48-58-68-78-88-98-108-118-128-138-148-158-168-178-188-198-208-218-228-238-248-258-268-278-288-298-308-319-19-29-39-49-59-69-79-89-99-109-119-129-139-149-159-169-179-189-199-209-219-229-239-249-259-269-279-289-299--310-410-510-610-710-810-910-10-10-10-10-10-10-10--311-411-511-611-711-811-911-11-11-11-11-11-11-12-112-212-312-412-512-612-712-812-912-12-12-12-12-12-12-12-31全年各天干球温度统计干球温度（℃）日平均温度(℃)日最高温度(℃)日最低温度(℃)图1.3.1贵阳市全年干球温度统计图12各月平均干球温度月份月平均温度(℃)图1.3.2贵阳市全年各月平均温度统计图月1日7月3日7月5日7月7日7月9日7月11日7月13日7月15日7月17日7月19日7月21日7月23日7月25日7月27日7月29日7月31日最热月温度曲线干球温度(℃)日平均温度(℃)日最高温度(℃)日最低温度(℃)图1.3.3贵阳市最热月温度曲线图-月1日1月3日1月5日1月7日1月9日1月11日1月13日1月15日1月17日1月19日1月21日1月23日1月25日1月27日1月29日1月31日最冷月温度曲线干球温度(℃)日平均温度(℃)日最高温度(℃)日最低温度(℃)图1.3.4贵阳市最冷月温度曲线图≤-10-10～-5-5～00～55～～～全年温度分布统计图干球温度范围(℃)出现小时数(h)图1.3.5贵阳市全年温度分布统计图贵阳市年平均阴天日数为235.1天，年平均日照时数为1148.3小时，年降雪日数少，平均仅为11.3天。&&&&&&&&X省太阳能辐射量属于我国第五类地区，年日数为h，辐射量在MJ/(㎡.a)，太阳能较为贫乏，但年日照分布相对均匀，其中700W/㎡分布的时间段最广，这对过渡季节地温的恢复的有良好的帮助作用，如图1.3.6所示。&&&&&&&&图1.3.6贵阳市全年太阳辐射强度统计图1.4项目区域地质条件分析拟建X大学花溪校园扩建工程（二期）位于贵阳市花溪区X大学北校区西侧，花石路北侧，溪北路北东侧，甲秀南路西侧，距离贵阳市中心距11离12Km，场区属典型的中低山溶蚀、浸蚀地貌区，地形较缓，区域性贵阳向斜西翼，根据调查场区内及附近无活断层通过，地层分布连续，为三叠系下统安顺组（T1a）白云岩，岩层单斜产出，实测产状为倾向92°，倾角36°。&&&&&&&&贵阳市年地表温度与日照关系密切，如图1.4.1所示。&&&&&&&&地表面0.5米处，最冷月土壤温度为2月份，温度为7.2℃，最热月地表温度为8月份，为23.79℃。&&&&&&&&0.5米处土壤温度与与贵阳的月平均温度起伏状况相符合，冬季土壤0.5米处温度略高于当月月干球温度2℃左右。&&&&&&&&夏季0.5米处土壤温度与当月干球温度偏差为1℃左右，而土壤2米以及4米处温度，出现温度变化曲率更小，与当月平均干球温度的温度差值更加明显，冬季达到3℃，夏季为4℃。&&&&&&&&当土壤深度仅为0.5米的时候，最冷月平均温度由2月的7.2℃推移到3月的8.52℃，比当月干球平均温度高了2℃，而最热月平均温度由7月份推移到8月份，为23.79℃，比当月干球温度低了1℃。&&&&&&&&当土壤深度为4米的时候，最低温平均温度移动到3月份的11.28℃，比当月平均干球温度高了1℃，而最热月平均温度则移动到9月份，为19.67℃，比当月平均干球低了4℃，最低与最高的月平均温度分别推迟了一个月。&&&&&&&&因此，在环境干球温度最低需要供暖时，地下温度则处于较高温度；当环境干球温度最高时，人们的生活环境需要降温时，地下温度则处于较低的状态，这对空气调节是非常有利的，也适合于开展浅层地热利用。&&&&&&&&12图1.4.1贵阳市地表月平均温度统计图图1.4.2贵阳市地表下4米温度与月干球温度对比第二章示范目标及主要内容2.1示范目标针对校区内公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲区建筑的实际工程条件和特点，结合地源热泵空调系统的设计要求，按照相关现行标准、规范，选择高效节能设备，优化系统，最终实现以下示范目标：2.&&&&&&&&1.1实现“能源梯级利用、推行绿色建筑”目标地源热泵是以浅层地能作为夏季热泵制冷的冷却源，冬季采暖的低温热源，实现采暖、制冷和提供生活热水的热泵系统。&&&&&&&&它是一种节能、环保、13高效的能源梯级利用技术，充分发挥了浅层岩体的储冷储热作用，实现对建筑物的供暖、制冷和生活热水，是一种典型的绿色能源应用技术。&&&&&&&&地源热泵系统在工作运行中无任何污染，可建造在校园内，无燃烧，无排烟；无废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且无需远距离输送热量，不会直接产生CO2、SO2等污染物。&&&&&&&&它能充分利用环境中的自然资源，且不破坏环境的基本生态平衡，从而最大限度地节约能源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的能源使用方式，充分体现了向大自然的索取和回报之间的平衡。&&&&&&&&本项目拟采用三套地源热泵空调系统，最终可实现以下能源利用和节能减排目标：1号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤196吨/年，减少CO2排放516吨/年，减少SO2排放1.67吨/年，减少NO2排放1.45吨/年，节省自来水5097吨/年。&&&&&&&&节约一次能为0.56×1010kJ，一次能节能率达到56.1%。&&&&&&&&2号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤566吨/年，减少CO2排放1488吨/年，减少SO2排放4.82吨/年，减少NO2排放4.19吨/年，节省自来水20488吨/年。&&&&&&&&节约一次能为0.17×1011kJ，一次能节能率达到55.0%。&&&&&&&&3号能源站采用地源热泵空调系统比采用常规水冷机组+热水锅炉空调系统全年运行节省标煤424吨/年，减少CO2排放1114吨/年，减少SO2排放3.61吨/年，减少NO2排放3.14吨/年，节省自来水16385吨/年。&&&&&&&&节约一次能为0.12×1011kJ，一次能节能率达到52.7%。&&&&&&&&142.1.2实现“南方部分地区集中供暖”目标日召开的全国两会期间，驻川全国政协委员张晓梅在《将北方集中公共供暖延伸到南方》提案中指出，传统的“秦岭－淮河”供暖线已经过时，南方冬季的阴冷天气远比北方难熬，而且近年来南方地区屡遭“冷冬”，应将公共供暖延伸到南方。&&&&&&&&“由于南方雨水偏多，湿度大，有时看似只有0℃上下的气温实际上远比北方干冷的零下5℃，甚至零下10℃都奇冷难熬。&&&&&&&&”张晓梅说：“因为没有公共供暖设施，南方的冬天其实比北方还难过，加上南方阴冷潮湿，很容易得关节炎和风湿病等地区病”。&&&&&&&&近些年来，我国南方地区数度“冷冬”。&&&&&&&&而目前，南方城市一般使用分体式空调和电暖器来度过寒冬，这种分户方式不仅浪费资源，不利于节能减排，加重百姓经济负担，还存在安全隐患。&&&&&&&&鉴于此，张晓梅建议，对南方地区提供集中供暖，由国、省两级按重点工程项目金额投入建设资金，并将城乡居民供暖补贴纳入财政预算。&&&&&&&&长江流域的江、浙、沪、鄂、皖、赣、黔、滇、渝、川及相邻区域人口有四五亿之众，国民生产总值占全国的2/5强，若能下决心实行冬季区域集中供暖，不但能提高广大南方地区百姓的生活品质和幸福感，还可以拉动内需，因为供热服务市场潜藏着巨大的商机。&&&&&&&&X大学花溪校区扩建工程（二期）大面积实施南方公共建筑集中空调制冷、供暖技术，既满足了室内的热、湿环境要求，又能最大程度的降低空调系统的能耗，还保证了室内空调供冷（热）的平稳、可靠，保证人员的热舒适要求。&&&&&&&&同时，这无疑积极响应了国家《“十二五”循环经济发展规划》中的提高能源利用效率的目标，并且率先对“实现南方部分地区集15中供暖”起到良好的示范作用。&&&&&&&&2.1.3实现“提高师生工作学习的主观能动性”目标《师说》中：“师者，所以传道授业解惑也。&&&&&&&&”自古而今，教师是塑造年青一代灵魂的工程师，教师不仅向学生传授文化知识。&&&&&&&&而且要对学生进行思想品德教育，塑造年青一代美好的心灵。&&&&&&&&教师的思想品德和世界观通过具体的教学教育工作影响学生，从而造就出掌握一定文化，具备一定道德品质和精神面貌的社会成员。&&&&&&&&在新时代环境下，教师在教书育人的同时，所要面对的种种生活压力及社会压力也越来越多。&&&&&&&&而在教师所从事的教育活动以及教师个人的所有物质生活和精神生活，都不可能脱离社会日常生活，也就是说，教师生活中遇到的种种因素都会潜移默化的最终给学生带来影响。&&&&&&&&那么，改善教师的工作和生活条件，也就显得尤为重要，它是党在十八大中提出关于“努力办好人民满意的教育”的重要体现。&&&&&&&&随着当代社会竞争越发的激烈，大学生的就业压力越来越大，为了适应社会的需求，把自己变成全能型人才，很多人从踏入大学校门开始就学习各种课程，参加其它培训，考取有用的资格证书来应对就业问题。&&&&&&&&良好的生活条件是师生专心投入到工作和学习的坚强后盾，良好的生活条件可以增加教师从事教育工作的幸福感、增强学生自主学习的主观能动性。&&&&&&&&X大学花溪校区公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲区域等建筑拟采用地源热泵集中空调系统。&&&&&&&&学校在实现能源梯级利用，积极推进绿色建筑建设及应用的同时，又最大程度的以人为本，处处为学校师生考虑，必将大大改善师生的工作和学习环境，大大提高教师们教书育人、学生的主观16能动性，加快实现加强和稳固教师队伍建设的目标。&&&&&&&&2.2主要示范内容2.2.1地源热泵集中空调系统地源热泵机组利用的土壤或水体温度冬季一般为10-16℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为18-28℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使用冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，节能率可达30%以上。&&&&&&&&投入1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。&&&&&&&&随着空调技术的发展，地源热泵集中空调系统主机依据系统负荷变动自动电控调节技术也越来越成熟，能效控制系统越发成熟起来，这也就给校区采用地源热泵空调系统带来了可能。&&&&&&&&校区集中供热供冷空调系统有以下优点：&&&&&&&&（1）室内热舒适好，且风机盘管噪声低；（2）地源热泵机组的使用寿命要远大于常规空调系统；（3）不产生噪声，无废热（冷）气，无污染物；2.2.2绿色校园X大学花溪校区扩建工程（二期）的建立，将为X大学带来新的发展契机，X大学坚持走可持续发展道路，建设绿色校园。&&&&&&&&绿色校园的指标体系由可持续发展场地、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境与环境污染控制、运行管理、教育推广七类组成。&&&&&&&&绿色建筑作为绿色校园的主要构成，因为其带来的节能、环保、健康、舒适的居住感受，被我国作为未来建筑产业的发展方向，评选标准非常严格。&&&&&&&&17X大学花溪校区的公共教学楼、行政中心、活动中心、学生宿舍等建筑拟采用地源热泵集中空调系统，从各方面来讲，完全符合绿色校园相关标准要求：&&&&&&&&（1）由于地源热泵集中空调系统冷热源机房位于建筑物地下车库设备用房内，对校园声环境影响极小，而末端风机盘管在教室内几乎不产生噪声，这就完全保证了在空调使用季节，校区内没有了传统分体式空调室外机带来的噪声影响，完全满足了绿色校园的声环境要求；（2）该空调系统，在夏（冬）季空调系统产生的废热（冷）全部转移到了地下，对校园内的空气环境完全没有任何影响，从而带来更加环保、健康、舒适的居住感受；（3）该空调系统不破坏建筑立面，同时还给建筑立面绿化提供了更多的空间，这就为校区的生态绿化环境提供了更多的可能；（4）该空调系统能效比很高，是一种典型的绿色能源应用技术，它能充分利用环境中的自然资源，并且不破坏环境的基本生态平衡，从而最大限度地节约能源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的能源使用方式，充分体现了向大自然的索取和回报之间的平衡。&&&&&&&&（5）由于该空调系统是环保、高效、舒适的系统，在校园内大面积的应用，有着积极的推广作用，让广大师生在舒适的环境中认识到节能减排的重要性。&&&&&&&&2.2.3智能控制系统随着师生的节能意识日益提高，用户对用热（冷）个性化和提高舒适性的要求越来越迫切。&&&&&&&&在传统供热（冷）系统中，用户处于被动状态，室18内温度由供热（冷）单位进行调节，这种单一调节不能满足用户的不同需要，而且对能源存在巨大的浪费。&&&&&&&&本项目拟采用空调能效管理控制系统。&&&&&&&&系统是集数据采集、数据记录、系统控制、远程通信为一体的智能控制系统。&&&&&&&&既能实现中央空调主机、辅机、末端设备的能效提升，又能实现全系统的智能优化控制（包括监控、群控、自动控制等），同时具有强大的数据采集、统计、分析、报表和辅助决策等功能。&&&&&&&&通过配置不同的控制软件可实现对地源热泵空调系统的控制，也可按用户设置的数据需要，调整末端设备参数，组成新的节能控制系统。&&&&&&&&智能控制系统采用功能强大的中央处理器作为系统控制核心，使系统在处理大量数据及复杂控制运算中轻松自如；具有优良的控制调节功能、较强的扩展能力、监控管理能力和对各类机组的兼容性。&&&&&&&&2.3可行性研究报告编制依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB《X省居住建筑节能设计标准》DBJ52/49-2008《X省绿色建筑示范项目管理暂行办法》《X大学地源热泵空调系统试验井测试报告》《通风与空调工程质量检验评定标准》GBJ304-88《水源热泵机组》GB/T《地源热泵系统工程技术规范》GB《埋地聚乙烯给水管道工程技术规范》CJJ101《建筑给排水设计规范》GB《公共建筑节能设计标准》GB《民用建筑热工设计规范》GB第三章建筑围护结构及空调负荷计算3.1围护结构体系校区内主要建筑物为公共教学、行政办公、学生宿舍、生活休闲楼等建筑。&&&&&&&&其中公共教学楼与学生宿舍楼所占建筑面积最大，校园内房间的使用类型也主要集中为教室、宿舍、办公室。&&&&&&&&本次负荷计算主要对校区内的教学楼、宿舍楼、行政中心及博物馆进行逐时负荷计算。&&&&&&&&根据业主提供的公共教学楼、行政中心以及博物馆的建筑图纸及节能计算书，对项目建筑进行逐时负荷计算。&&&&&&&&项目主要建筑围护结构表如下：表3.&&&&&&&&1.1公共教学楼、行政中心及博物馆负荷计算用主要围护结构性能参数建筑名称结构形式体形系数屋顶构造屋顶构造性能参数外墙构造外墙构造性能参数公共教学楼、行政中心钢筋混泥土框架0.19现浇钢筋混凝土板+水泥砂浆+加气混凝土+加气混凝土预制块找坡+混合砂浆传热系数0.66水泥砂浆外抹灰，面刷外墙漆+加气混凝土块+水泥砂浆外抹灰传热系数0.69建筑名称结构形式体形系数架空楼板构造架空楼板构造性能参数外窗构造外窗构造性能参数公共教学楼、行政中心钢筋混泥土框架0.19混凝土切块+1：2.5水泥砂浆结合层+防水层+水泥砂浆找平+发泡混凝土填充+钢筋混凝土屋面板传热系数0.656+9A+680塑料单矿中空白色玻璃窗传热系数3.33.2负荷计算根据本项目业主的要求和建筑使用特点，结合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB中的相关要求，室内各区的空调设计参数如表3.2.1所示：21表3.2.1空调室内设计参数汇总表房间类型夏季冬季新风标准空气温度℃相对湿度%空气温度℃相对湿度%M³/(h.人）办公室30教室24自习室24多功能厅15会议室30学习室30综合实验室30微机室24餐厅15展厅25大厅10走道10本项目空调负荷计算取定的室外气象参数如表3.2.2所示：表3.2.2室外气象参数汇总表序号名称单位数量备注1项目所在城市贵阳市2本地区气象台位置北纬(0)26°58′东经（0）106°73′海拔m1071.03室外计算温度采暖0C-0.3通风冬季5夏季27.1空调冬季-2.5室外计算干球温度夏季30.122序号名称单位数量备注4夏季空调室外计算湿球温度0C235室外计算相对湿度冬季空调%80夏季通风646室外计算风速冬季平均m/s2.3夏季平均2.1根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB，对该项目各个空调房间进行空调逐时负荷计算。&&&&&&&&公共教学楼、行政中心及博物馆使用时间为8:00-20:00，时间指派明细如图3.2.1所示。&&&&&&&&现以公共教学楼、行政中心及博物馆作为计算典型，得出各建筑时间指派明细与负荷曲线如图3.2.2-3.2.3所示：图3.2.1公共教学楼、行政中心及博物馆时间指派明细23图3.2.2公共教学楼总负荷曲线图图3.2.3行政中心和博物馆总负荷曲线图由上图可知，公共教学楼、行政中心及博物馆夏季的最大冷负荷时刻出现在16:00，负荷峰值段主要集中时间段为14:00-17:00，且负荷相变化幅度不大。&&&&&&&&经计算各栋建筑物空调负荷统计表如3.2.3所示。&&&&&&&&表3.2.3建筑物冷负荷计算表建筑单体空调面积（㎡）总冷负荷含新风（KW)总热负荷含新风(KW)冷指标（W/㎡）热指标（W/㎡）公共教学楼28889行政中心及博物馆16687（备注：建筑物各房间空调冷热负荷表详见负荷计算书）24校区内建筑类型主要集中为学生宿舍和公共教学楼。&&&&&&&&校史馆和博物馆相似，所以对其他类似的建筑采用表3.2.4所计算出得负荷指标进行负荷估算，各栋楼的主要负荷计算结果详见表3.2.4所示。&&&&&&&&表3.2.4校区内建筑物冷热负荷计算表建筑名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（W/㎡）总冷负荷（KW)总热负荷（KW)公共教学楼91652公共实验楼951农学院81677动物学院8889林学院32046食品工程与白酒酿造学院8889生命科学学院8889天文学院8889省级重点实验室62474创业产业园8889森林资源与环境研究中心8889国际学术交流中心61796高端培训中心8889继续教育中心8889药学院21327医学院8889电子信息学院8889体育馆952风雨操场8889校行政中心21321X特色研究院6687喀斯特地质研究博物馆6687西部少数名族研究博物馆6687中国酒文化博物馆6687自然工业博物馆6687研究生院39国际教育学院8889校史馆、档案馆0025文化书院6687阳明文化书院6687旅游与文化产业学院73公共管理学院8889文科大楼81579经济学院8889学生社团文化中心03职工及离退休活动中心8889生活配套用房73总计8664通过上面表格中可以看出：校区内建筑总冷负荷为17739KW，总热负荷为18664KW，夏季总冷负荷大于冬季总热负荷。&&&&&&&&26第四章技术方案4.1技术设计方案确定4.&&&&&&&&1.1冷热源方案综述随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对居住场所热环境的要求也越来越高，这就促使人们不断利用和改进相关设备来改善居室内的热环境，增强室内环境的舒适性。&&&&&&&&按X建筑热工设计分区标准来看，贵阳市建筑气候分区为夏热冬冷地区（详DBJ52-49-2008X省地方标准），从贵阳市的气候特征来看，建筑能耗主要由冬季采暖和除湿产生，贵阳市地区冬季多阴雨天，“阴冷感”严重，冬季室内热环境舒适水平相当低，如果没有采暖设备，人们普遍感到难以忍受，严重影响了人们的正常工作与生活。&&&&&&&&作为新建设的大学校园，在遵循建设的总体原则和达到建设人性化校园、低碳生态校园的建设目标前提条件下，应该考虑到校园建筑的在使用过程中人体热舒适情况，即尽可能采用合适的冬季采暖及夏季空气调节方式，为师生提供良好的学习工作环境，满足人体热舒适性要求。&&&&&&&&本地区并不是传统的集中采暖地区，目前没有集中热源可用，又由于冬季日照较少，太阳能采暖在该区不适用。&&&&&&&&传统的冷水机组+热水锅炉系统是成熟的供冷供热技术，但其受能源（特别是一次性能源）与环保条件的限制，且运行费用较高，传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约。&&&&&&&&从降低运行费用、节省能源、减少CO2等对环境造成影响的物质排放量来看，热泵技术是不错的选择。&&&&&&&&目前国内外正逐渐采用热泵技术实现建筑的供热及制冷。&&&&&&&&热泵空调技术一般分为地埋管热泵空调系统、污水源热泵空调系统、水源热泵空调系统、空气源热泵空调系统等。&&&&&&&&根据实地勘察，27本项目不具备使用水源热泵空调系统的条件，而空气源热泵与地源热泵空调系统相比较，空气源热泵系统受环境影响较大，当夏季室外高温天气及冬季室外寒冷天气时严重影响空气源热泵系统的效率及实际运行效果，在出现冻雨等极端气候条件下甚至不能正常使用。&&&&&&&&针对该项目的空调冷热源，初步分析可采用3种形式，分别为：&&&&&&&&（1）VRV空调系统（空气源热泵形式之一）；（2）常规水冷机组+热水锅炉空调系统；（3）地源热泵空调系统；4.1.2冷热源方案初步对比及分析&&&&&&&&（1）VRV空调系统（空气源热泵形式之一）：VRV空调系统：VRV系统由室外机、室内机和冷媒配管三部分组成。&&&&&&&&一台室外机通过冷媒配管连接到多台室内机，根据室内机电脑板反馈的信号，控制其向内机输送的制冷剂流量和状态，从而实现不同空间的冷热输出要求。&&&&&&&&空调室内机有壁挂式、立柜式、吊顶式、嵌入式。&&&&&&&&VRV空调系统具有如下几个优点：外形美观、式样多、占地小、噪声低、使用灵活；由于分成室内机和室外机，室内机安装位置灵活，可以由一个室外机带多个室内机使用。&&&&&&&&室外机的外形尺寸不受限制；噪声很小，可以低于40～50dB；分体式空调器不影响室内采光，安装检修方便；经济、实用、耐用。&&&&&&&&其主要缺点是：1）运行能耗高；室外机一般布置在屋顶或者阳台上，布置在屋顶排风顺畅但是进风曲折，布置在阳台上进风顺畅但是排风曲折；制冷、供暖28实际能效受外界环境温度影响较大；在夏季室外环境温度很高时，很难把室内热空气排向室外，房间制冷效果很差；冬季室外环境温度很低时，供暖会有结霜现象，供暖效果也很差。&&&&&&&&人们对空气源热泵空调有个形象的比喻：“夏季不制冷，冬季不供暖”；2）VRV空调系统制冷冷媒用量巨大，所有服役制冷机器的制冷剂最终都是要排放到空气中也存在着较高的温室气体效应；VRV系统不但存在制冷冷媒用量巨大的问题，而且制冷剂在制冷空间（多数在吊顶里面，还有穿越墙体的管道）泄露不易检测，难以维修，初始安装也极其不便；3）在冬季室外空气温度较低时，机组供暖运行需要配置辅助加热设备；4）由于空气能是分散能源，供暖速度慢，热效率不是很高。&&&&&&&&（2）常规水冷机组+热水锅炉空调系统：水冷冷水机组+热水锅炉系统是公共建筑较常用的一种系统，其空调系统流程示意图如图4.&&&&&&&&1.1所示。&&&&&&&&29冷却塔冷却塔冷却塔冷水机组冷水机组冷水机组空调末端空调末端空调末端板式换热器板式换热器燃气锅炉冷却水循环泵热源侧循环泵冷冻水循环泵采暖热水二次泵燃气锅炉燃气锅炉图4.&&&&&&&&1.1常规冷水机组+热水锅炉空调系统流程图水冷冷水机组+热水锅炉系统空调方式，主要分为两个水环路，一个是冷水机组制冷产生冷冻水，由冷冻水泵送至分水器，再由分水器分成几个支路，最后进入末端装置，冷冻水吸热后进入集水器，最后再进入冷水机组，形成冷冻水循环环路。&&&&&&&&冷水机组产生的热量则由冷却水经过冷却水泵送入冷却塔散发到室外，经冷却后的冷却水又进入冷水机组吸收热量，形成冷却水循环环路。&&&&&&&&供热系统的管路和末端跟制冷系统是完全一样的，所不同的是热量完全由热水锅炉供给。&&&&&&&&其优点是：1）采用此种集中空调系统简单，投资相对较小，实际应用中较为常用；2）采用水冷式冷水机组，因此COP值较高。&&&&&&&&其缺点是：301）需设置冷却塔来提供机组所需的冷却水，室内热量以水为媒介经冷却塔直接排放到空气中去，存在噪音、霉菌污染及水耗；2）供暖系统需增设锅炉，其为燃烧过程，易于产生破坏环境的CO2、CO、SO2、粉尘等有害气体，为破坏环境的用能方式。&&&&&&&&（3）地源热泵空调系统：地源热泵空调系统是通过地埋管换热器，间接的完成空调系统与土壤的冷热交换，以土壤作为系统的热源和冷源，机组为地源热泵机组，属于可再生能源方案。&&&&&&&&地源热泵机组是经过冷却水循环系统将冷热量通过地埋管换热系统转移到地下，最终的冷热交换是在室内空气和室外土壤间进行。&&&&&&&&制冷模式：在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。&&&&&&&&通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。&&&&&&&&在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管以冷风形式为房间供冷。&&&&&&&&31图4.1.2地源热泵供冷原理示图供暖模式：在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。&&&&&&&&由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。&&&&&&&&在地下的热量不断转移至室内的过程中，以热风的形式向室内供暖。&&&&&&&&图4.1.3地源热泵供热原理示意图32地源热泵系统实际上是指通过将传统的空调的冷凝器或蒸发器延伸至地下，使其与浅层岩土或地下水进行热交换，或是通过中间介质（如防冻液）作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过在浅层岩土中循环流动，从而实现利用低温位浅层地能对建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源利用技术。&&&&&&&&其空调系统流程示意图如图4.1.4所示：图4.1.4地源热泵空调系统流程图该技术可以充分发挥浅层地表得储能储热作用，达到环保、节能双重功效，具有如下优点:1）属可再生能源利用技术地源热泵不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。&&&&&&&&这种储存于地表浅层并类似于一种无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式；2）属经济有效的节能技术地源热泵比传统空调系统节能率要高30%以上，运行费用较低。&&&&&&&&333）运行稳定可靠正是由于地层温度一年四季相对稳定，其温度的波动范围远远小于空气，是很好的冷热源；同时由于温度的恒定性，使得系统运行更加可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性；4）环境效益显著地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其他节能措施节能减排量会更明显。&&&&&&&&虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。&&&&&&&&该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，无燃烧，无排烟；也无废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，不会直接产生CO2、SO2等污染物；5）舒适程度高由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。&&&&&&&&这种系统更容易适应供冷、供热负荷的分区；其缺点是：该项目采用地源热泵冷热源系统造价高，需较大的地埋管区域，且施工复杂，系统运行后可能存在冷热不平衡现象等。&&&&&&&&4.1.3冷热源方案的初步确定通过分析得出，各冷热源方案的对比分析结果如表4.&&&&&&&&1.1所示。&&&&&&&&34表4.&&&&&&&&1.1各冷热源方案对比表方案名称优点缺点初投资可行性方案一VRV空调系统系统较小，可分楼层或楼栋设置，占地面积小，控制简单。&&&&&&&&系统对管材材质、工艺等要求高，初投资较高，能效比低，冬季供暖存在化霜过程。&&&&&&&&系统不属于集中供能，整个校区全部采用造价巨大。&&&&&&&&非常高不可行方案二常规水冷机组+热水锅炉空调系统系统简单，投资相对较小。&&&&&&&&噪音大，运行费用高，耗能高，对环境会造成污染。&&&&&&&&低可行方案三地源热泵空调系统系统能效高，能耗低，节能环保。&&&&&&&&造价高，施工复杂；冷热不平衡现象。&&&&&&&&高可行考虑校区内公共建筑需要使用空调系统，VRV系统根据自身运行特点，需要每栋楼设置多套系统，造成大量能源浪费，无法达到绿色校园节能的原始需求，且必然造成整个校区空调系统总投资远超其他空调系统，所以本项目可以放弃此系统。&&&&&&&&通过对表中各个冷热源方案进行深入分析及考虑，为了保证系统运行的节能性、可靠性，项目分别针对方案二、三进行初投资分析、运行费用对比及节能性分析，其详见5、6章节。&&&&&&&&最终确定：X大学花溪校区扩建工程（二期）采用地源热泵空调系统来满足学院内建筑物的冬夏季空调负荷要求，并考虑在通过太阳能辅助加热系统对整个项目区域的地埋管系统进行热补充（热储存）。&&&&&&&&4.1.4典型建筑物不同空调系统全年负荷模拟&&&&&&&&（1）典型建筑模拟背景本次选取的模拟建筑物为公共教学区域的公共实验楼，该楼房间类型主要集中为教室，使用类型单一，位于校区中心，外围无大面积遮挡，地35势平坦。&&&&&&&&建筑物建成后周围为绿色草坪以及低矮植物，本次模拟建筑公共实验楼不同朝向的典型教室。&&&&&&&&如图4.1.5所示。&&&&&&&&图4.1.5公共实验楼地理位置图（2）软件介绍鸿业全年负荷计算以及能耗分析软件HY-EP，以Energyplus为模拟引擎，计算建筑全年动态负荷计算以及能耗分析，可以选取不同的空调系统进行全年的能耗模拟，采用导向模式，通过组合，建立常见空调系统，绘制系统图，用于优化方案设计，打造绿色节能建筑。&&&&&&&&（3）模型建立本次模拟的建筑物公共实验楼，共5层，层高3.9米，坡屋顶，体系系数0.13，房间全部为外区房间，建筑模型建立如图4.1.6-4.1.8所示。&&&&&&&&典型房间为5楼各朝向的宿舍，房间面积总计487㎡。&&&&&&&&房间围护参数和室内设计参数如表4.1.2-4.1.5所示。&&&&&&&&公共实验楼36表4.1.2公共实验楼维护结构热工参数维护结构热工参数类别方案传热系数（W/㎡.k)外墙水泥砂浆外抹灰，面刷外墙漆+加气混凝土块+水泥砂浆外抹灰）0.69屋顶现浇钢筋混凝土板+水泥砂浆+加气混凝土+加气混凝土预制块找坡+混合砂浆0.66外窗6+9A+680塑料单矿中空白色玻璃窗3.30表4.1.3公共实验楼房间设计参数房间类型夏季冬季新风标准噪音空气温度℃相对湿度%空气温度℃相对湿度%M³/(h.人）dB（A）教室≥.1.4公共实验楼房间设计参数房间类型人员密度（人/㎡）设备产热（W/㎡）灯光产热（W/㎡）教室0.5.55-1#公共教学楼窗强面积比朝向窗墙面积比外窗总面积（㎡）东0.158西0..图4.1.6公共实验楼模拟建筑模型图图4.1.7公共实验楼5楼模拟建筑模型图38图4.1.8公共实验楼典型教室建筑平面图公共实验楼使用时间段为8：00-20：00，全年负荷模拟过程中，系统运行效率控制明细如图4.1.9所示。&&&&&&&&图4.1.9公共实验楼统运行效率控制明细空调系统为电制冷系统+锅炉系统和地源热泵空调系统，地源热泵空调系统地下井换热量设置为冬季5.24KW/100m，夏季换热量为6.60KW/100m。&&&&&&&&39电制冷+燃气锅炉系统图地源热泵空调系统图(4)模拟分析模拟系统选取了2种空调系统，电制冷+锅炉系统和地源热泵空调系统，水泵均选取一次泵定流量系统，冷却水泵为定频水泵，末端为新风+风机盘管。&&&&&&&&气象模拟地点为X省贵阳市，房间进行全年负荷计算，系统进行全年能耗运行模拟。&&&&&&&&本次模拟的计算内容为全年逐时负荷，2种系统的全年逐时能耗，能耗对比。&&&&&&&&计算结果如图4.&&&&&&&&1.10-4.&&&&&&&&1.17所示。&&&&&&&&图4.&&&&&&&&1.10典型教室各月冷、热负荷图40图4.&&&&&&&&1.11典型教室全年冷、热负荷图通过图4.&&&&&&&&1.10-4.&&&&&&&&1.11可以看出贵阳主要负荷集中表现为热负荷，冷负荷低于热负荷。&&&&&&&&建筑冬季的热负荷时期较为漫长，在3个月左右。&&&&&&&&进一步说明贵阳属于夏热冬冷地区。&&&&&&&&考虑本项目夏季冷负荷小于冬季热负荷，所以本项目设备的选型以冬季热负荷为选型依据。&&&&&&&&图4.&&&&&&&&1.12电制冷+燃气锅炉系统全年电能耗图图4.&&&&&&&&1.13电制冷+燃气锅炉系统全年天然气能耗图通过图4.&&&&&&&&1.12-4.&&&&&&&&1.13可以看出，常规水冷机组+热水锅炉在制冷与采暖季节，能耗主要的比重为机组，其次是室内设备。&&&&&&&&夏天制冷季节耗电41量6至8月份较为突出，系统能耗明显高于其他系统。&&&&&&&&冬季采暖季节11月至2月，1月份锅炉能耗最高。&&&&&&&&图4.&&&&&&&&1.14地源热泵空调系统全年电能耗图通过图4.&&&&&&&&1.14可以看出地源热泵空调系统的全年系统运行时间与常规系统时间一致的情况下，系统夏季机组能耗明显低于常规水冷机组，水泵耗能也低于常规机组，而冬季地源热泵空调系统能耗主要为电能，不会产生废气，也低于锅炉系统能耗（燃气换算为电能）。&&&&&&&&只是冬季地源热泵系统的水泵耗电量高于常规电制冷机组的水泵耗电量。&&&&&&&&图4.&&&&&&&&1.15能耗结构对比图42图4.&&&&&&&&1.16系统能耗逐月对比图图4.&&&&&&&&1.17总能耗对比图通过图4.&&&&&&&&1.15至4.&&&&&&&&1.17可以看出，本次模拟的建筑物地源热泵空调系统运行的季节能耗比常规机组节能40%以上，室内设备以及照明设备能耗一致。&&&&&&&&（5)模拟结果本次模拟过程模拟了公共实验楼的典型房间不同朝向的全年逐时负荷以及电制冷+燃气锅炉系统和地源热泵空调系统的全年运行能耗。&&&&&&&&结果显示全年热负荷大于冷负荷，11月份到2月份的热负荷集中出现，6月份43到9月份冷负荷集中出现，考虑学校的放假时间段为暑假7月份下旬到9月份中旬，寒假1月份中旬到2月份中旬。&&&&&&&&所以建议业主应将夏季空调系统的运行时间定为6月15日到7月25日，时间为40天。&&&&&&&&冬季采暖时间为11月15日到2月28日，时间为75天。&&&&&&&&地源热泵空调系统在相同条件下，比常规电制冷+燃气锅炉系统夏季每个月节能10%以上，冬季采暖每个月节能40%以上，年节能率30%以上。&&&&&&&&本次模拟机组能效比满足《公共建筑节能设计标准》（GB-50189)以及《X省居住建筑节能标准》DBJ52/49-2008。&&&&&&&&机组运行效率达到《绿色校园评价标准》CSUS/GBC04-2013中对节能与能源利用的控制项。&&&&&&&&4.2地源热泵系统可行性及合理性分析4.2.1地质条件工程场地的资源条件是否允许使用，是应用地源热泵空调系统的基础。&&&&&&&&根据实际工程施工经验，地源热泵空调系统的打井区域与地质条件有密切关系，地源热泵的打井区域应尽量避开场地内的树木、植被、池汤、排水沟、架空输电线、电信电缆等区域，同时应满足放置和操作施工机器的需要。&&&&&&&&结合校区内的管网综合规划图，本次打井区域宜设置在校区内的运动场、绿化地及广场内，地埋管主管网沿着校园主干网敷设，如图4.2.1所示。&&&&&&&&44图4.2.1打井区域示意图根据业主提供的校区地勘资料显示五个打井区域内无活动性断层，区域定性好，无液化土、滑坡、崩塌、泥流。&&&&&&&&根据《中国地震动参数区划图》，校区所在区地震动反应谱特征周期0.35s，地震动峰值加速度0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性较好。&&&&&&&&五个打井区域内地质情况根据地质调查及钻探揭露，该场地地层自上而下依次为：第四系耕表土（Qpd）、第四系坡残积红粘土（Qel+dl）及三叠系下统安顺组基岩（T1a）。&&&&&&&&各岩土单元构成、性质及其均匀性分述如下：&&&&&&&&1、耕表土（Qpd）：褐黑色，褐黄色，土质较软，含有植物根系，B5栋宿舍场地内局部分布，平均厚度在0.5m左右；2、红粘土（Qel+dl）：黄褐色，土质较均匀，局部含有少量的风化石打井区域二打井区域一打井区域三打井区域四打井区域五45颗粒，呈块状构造，根据红粘土稠度状态从上至下分为:可塑及软塑状态。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）可塑状红粘土：褐黄色，土质较均匀，B5栋宿舍场地分布较均匀，厚0.4～10ｍ，平均厚度4.7m；（2）软塑状红粘土：褐黄色，土质较均匀，主要分布在基岩表面及岩溶裂隙中，厚度变化大，B5栋宿舍场地分局部分布，厚2.9～8.1ｍ，平均厚度5.2m；3、三叠系下统安顺组基岩（T1a）：岩性为白云岩，灰色、灰黄色，薄至中厚层状，细晶致密结构，节理裂隙较发育，据其风化状态分为强风化-中风化；&&&&&&&&（1）强风化白云岩：灰、灰白色，分布于岩体表层，分布不均且厚度变化大，风化强烈，岩芯多呈砂状、碎块状、土夹石状，岩芯采取率低，易钻进，岩体完整程度属破碎岩体，岩体基本质量等级为Ⅴ类；（2）中风化白云岩：灰色、深灰色，是场地基岩的主体，薄-中厚层状，中晶致密结构，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯以柱状、短柱状为主，少量碎块状、砂状，属较破碎较硬岩，基本质量等级属Ⅳ类；打井区域内岩溶为覆盖型，可溶岩（白云岩）被土层所覆盖，场地溶槽溶沟较发育，但以竖向发育为主且深度不大，岩溶横向发育规模相对较小，场地属岩溶强发育地段，故换热井的施工需考虑特殊设备及特殊施工工艺，建议采用履带式潜孔凿岩钻机带套管的施工方式，确保工程按质按量准时完成。&&&&&&&&钻井的深度要考虑到在拔取钻杆过程中土块塌落及泥浆沉淀对井深的影响，保证钻井深度达到换热管道下管时深度要求。&&&&&&&&464.2.2水文条件评估区内地下水主要为岩溶水和松散类孔隙水两种类型，根据区域水文地质资料确定本场地地下水位标高为1116.30m左右，岩溶水主要为岩溶缝隙水和溶洞水。&&&&&&&&打井区域内由于碳酸盐岩广泛分布，岩溶发育，当吸收降水后地下水沿岩石中的节理缝隙、溶蚀裂隙等地下网络系统运移至地势低洼处，以泉水及地下暗河的形式排泄。&&&&&&&&当第四系松散层吸收大气降水补给后，其透水性强，储水能力弱，具有就地补给、就地排泄的特征。&&&&&&&&大量的工程实践表明地下水渗流有利于地埋管换热，降低地埋管周围土壤温度的温度值，增大地埋管进出水的温差，减小地埋管的热作用半径，有利于减弱或者消除由于地埋管换热器吸放热不平衡而引起的热堆积，而且随着渗流速度的加大，作用越明显。&&&&&&&&地埋管布置区域具有地下水含水层也会对地埋管换热器的换热效果产生影响，在其他因素不变的情况下，随着地埋管接触的含水层厚度增加，流经地埋管外侧的地下水渗流量的增大，换热功率也将增大。&&&&&&&&对于冬季工况，地下水渗流同样有助于埋管区域土壤的温度恢复，对地埋管的换热效果有利。&&&&&&&&所以地埋管区域有地下水渗流对地埋管换热器换热有利，但是由于地下水的影响在施工过程中需采取护孔措施，回填采用机械返浆回填。&&&&&&&&保证钻井过程中的井壁不坍塌及回填的密实度。&&&&&&&&4.2.3气候条件按X建筑热工设计分区标准来看，贵阳市建筑气候分区为冬冷夏热地区（详DBJ52/49-2008X省地方标准），夏季十分潮湿，湿度常保持在80%左右，由于人体排汗难以挥发，普遍感到闷热难受。&&&&&&&&冬季湿度高，达到73%～4783%，这期间日照相对又较少，潮湿水汽从人体中吸收热量，因而阴冷寒凉。&&&&&&&&该地区夏季供冷天数和冬季供热天数相当，地源热泵系统可以充分发挥地下蓄能的特点，进行能量季节迁移，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑物供暖，同时把建筑物内的冷量储存至地下，以备夏季制冷使用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑物进行降温，同时储存热量，以备冬季供暖时使用。&&&&&&&&如果夏热冬冷地区制冷少于和采暖天数，冷暖负荷大致相同，使用同一系统，可以充分发挥地下储能的作用，有利于地源热泵系统的热平衡，基本消除热堆积现象，有利于系统长期稳定运行。&&&&&&&&4.2.4地下土壤换热能力测试地源热泵工程成功与否的关键在于地埋管换热器的实际换热情况能否满足设计要求，按照设计工况运行。&&&&&&&&然而，地埋管换热器的换热特性因工程地点的地质结构不同而存在很大的变化。&&&&&&&&为了保证地源热泵系统设计的准确、合理，需对拟建地源热泵地埋管换热器的实际换热性能进行前期测试研究。&&&&&&&&针对实际地源热泵工程，为了更加准确地确定该工程地下双U换热管的换热能力，积累地源热泵双U垂直埋管的实测数据，受X大学的委托，重庆大学对X大学花溪校区扩建工程（二期）进行了地源热泵工程地下地埋管换热性能的测试研究。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）通过对项目地测试井的热响应测试结果分析计算，得到其测试井的各热物性参数结果如表4.2.1所示：48表4.2.1各测试井各热物性参数表测试井孔深（m）原始地温（℃）制冷工况换热量（kw）供暖工况换热量（kw）平均水温与时间对数斜率m综合导热系数（w/m*k）容积比热容（J/Nm3*K）1号井5.281.782.935.47*1062号井5.201.832.875.0*106（2）通过对项目地岩土体的热响应测试及测试结果分析可得出此项目埋管区岩土体热物性参数参考值如下:此地块地下岩土体原始平均温度16.8℃，综合导热系数约为2.9w/m*k，容积比热容约为2.62*106J/m3*K。&&&&&&&&在本次测试中，制冷工况下竖直地埋管单位长度平均换热量约为66.0W/m(双U管)，单口地埋管井（100米双U管）换热量约6.6kw；在供暖工况下地下单位长度平均换热量约52.4W/m,单口井地埋管井（100米双U管）换热量约5.24kw；制冷热况后均经过约16小时后均恢复到原始地温，制冷工况后均经过约18小时后均恢复到原始地温。&&&&&&&&综上所述：此区域地下换热效果良好稳定，适合利用此地块作为土壤源热泵空调系统的埋管区域。&&&&&&&&（详细数据详见《X大学花溪校区扩建工程（二期）土壤源热泵空调系统岩土体热响应测试报告》）4.3地源热泵空调系统冷热源设计方案4.3.1运行方式&&&&&&&&（1）错峰运行本项目拟采用空调系统的总建筑面积为379832㎡，空调面积约为207010㎡。&&&&&&&&如果空调系统为整个校区的全部建筑同时提供制冷供暖，系统总体成本非常高。&&&&&&&&《实用供热空调设计手册》中的大学校园建筑物空调系统的同时使用系数仅为0.49-0.55。&&&&&&&&本校区可以考虑采用错峰运行，宿舍49和公共教学楼交替运行。&&&&&&&&白天段供能公共教学楼，夜间段供能宿舍楼，从而降低投资成本，提高系统能效。&&&&&&&&（2)只供能公共教学区据校方反映，X大学其他校区的宿舍并未设置空调系统，校方为统筹规划，减少初投资，建议取消花溪新校区学生宿舍的空调系统，只供能公共教学区域的建筑和学生宿舍的生活热水。&&&&&&&&由于校区内的公共建筑面积大于学生宿舍建筑的面积，公共教学区域的总供能量大于学生宿舍区域的供能量，所以供能公共教学区域，错锋运行可作为预留方案来满足学生宿舍区域夜间供能需求。&&&&&&&&结合学校的实际使用情况特点，也为了减少初投资，所以本次校区地源热泵空调系统只供能公共教学区域的建筑。&&&&&&&&4.3.2区域供能规划一般来讲区域能源站规模越大，供能半径就越大，管网投资多，输送能耗就高。&&&&&&&&根据工程实践，供能半径只有不宜大于2Km，温升才能控制在0.8℃内，冷水输送能耗才能小于总能耗的15%。&&&&&&&&考虑校区内的打井区域主要集中在五个区域，北面的运动场打井区域场地标高接近，在打井区域附近建立能源站，能减少土石方开挖量，且靠近宿舍楼和公共教学区域。&&&&&&&&为减少后期生活热水、制冷采暖供能的输送能耗比，所以能源站应设立在宿舍和打井区域附近结合点。&&&&&&&&建议校区建立三个能源站。&&&&&&&&1号能源站设置于校行政中心大楼的地下车库内，2号能源站设置于林学院的地下车库内，3号能源站设置于医学院地下车库内。&&&&&&&&考虑校行政中心附近建筑物的使用性质与其他公共教学区域的建筑不一样，且校行政50中心北方有巨大的山体，管网不宜于敷设，所以3号能源站能源站只负担校行政中心区域的建筑物。&&&&&&&&能源站规划图如图4.3.1所示。&&&&&&&&图4.3.1校区能源站规划示意图&&&&&&&&1、2、3号能源站覆盖面积和空调负荷、生活热水人数如表4.3.1-4.3.2所示:表4.3.11号能源站负荷表单体名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（㎡）冷负荷（KW)热负荷（KW)同时使用系数总冷负荷（KW)总热负荷（KW)校行政中心931722X特色研究院喀斯特地质研究博物馆西部少数名族研究博物馆中国酒文化博物馆自然工业博物馆研究生院39国际教育学院校史馆、档案馆00文化书院阳明文化书院1号能源站打井区域一打井区域二3号能源站打井区域三打井区域四打井区域五2号能源站51表4.3.22号能源站负荷表4.3.33号能源站负荷单体名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（㎡）冷负荷（KW)热负荷（KW)同时使用系数总冷负荷（KW)总热负荷（KW)公共教学楼434355公共实验楼951药学院21327医学院电子信息学院旅游与文化产业学院73公共管理学院文科大楼81579经济学院学生社团文化中心63职工及离退休活动中心生活配套用房73单体名称空调面积（㎡）冷指标（W/㎡）热指标（㎡）冷负荷（KW)热负荷（KW)同时使用系数总冷负荷（KW)总热负荷（KW)农学院075367动物学院林学院32032食品工程与白酒酿造学院生命科学学院天文学院省级重点实验室42446创业产业园森林资源与环境研究中心国际学术交流中心81776高端培训中心继续教育中心风雨操场8941体育学院524.3.3&&&&&&&&1、2、3号能源站机组选择1号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥1393kW，总热负荷应≥1722kW。&&&&&&&&空调系统则可选用2台螺杆式地源热泵机组，其型号为WPS215.1B，额定制冷量为869kW，制冷输入功率为128kW，额定制热量为865kW，制热输入功率为185kW。&&&&&&&&2号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥5307kW，总热负荷应≥5367kW。&&&&&&&&空调系统则可选用4台螺杆式地源热泵机组，其型号为WPS390.2A，额定制冷量为1345kW，制冷输入功率为198kW，额定制热量为1365kW，制热输入功率为272kW。&&&&&&&&3号能源站通过空调冷热负荷计算分析可得：设计选型热泵机组可提供的总冷负荷应≥4143kW，总热负荷应≥4355kW。&&&&&&&&空调系统则可选用4台螺杆式地源热泵机组，其型号为WPS295.2A，额定制冷量为1068kW，制冷输入功率为161kW，额定制热量为1090kW，制热输入功率为222kW。&&&&&&&&4.3.4管网设计区域供冷供暖系统虽可提高主机能效和能源利用率、减少设备投资、减少排放和区域热岛效应，却存在空调水系统输送距离远，输送能耗大的缺点，为使本项目的综合能耗进一步降低，区域供冷、供热水系统方案需综合以下主要因素进行考虑：&&&&&&&&（1）综合制冷、供暖设备的允许温差和空调末端的控制调节方式，确定合理的供回水温差。&&&&&&&&(2)综合制冷、供暖设备的能效和系统总能效的关系。&&&&&&&&(3)区域供冷供热系统可靠性要求。&&&&&&&&53(4)服务对象的使用要求。&&&&&&&&(5)适应末端负荷变化而降低输配能耗的能力。&&&&&&&&综合上述因素，制冷期地源热泵空调系统系统的供水温度为7℃，回水温度为12℃，供回水温差5℃。&&&&&&&&供暖期地源热泵空调系统机组的供水温度为45℃，回水温度为40℃，供回水温差5℃。&&&&&&&&为提高区域供冷供热系统的可靠性，结合学校目前的地理条件，区域管网采用枝状管网的方案。&&&&&&&&设计时区域内能源站根据业主的要求同时建设，但主要制冷设备可根据业主的发展，分段安装运行，能源站的装机容量是阶段增加，如图4.3.2所示。&&&&&&&&图4.3.2枝状管网示意图同时能源站根据需求适时调整输配系统的能耗，从而降低水系统的输配能耗，空调水系统拟采用多级泵变流量系统，多级泵变流量空调水系统是一种节能型的空调水系统形式。&&&&&&&&该系统在冷水机组蒸发器侧流量恒定的前提下，首先，把常规的一次泵分解为两级，形成冷、热源侧与负荷侧两个环路，冷热源侧配置一次泵，一次泵采用一机对一泵的形式，水泵和机组联动控制，定流量运行；负荷侧配置二次泵，随各楼栋的负荷变化变流量运行，&&&&&&&&一、二次泵设于区域能源站内。&&&&&&&&区域能源站规划如图4.3.3-4.3.554所示。&&&&&&&&图4.3.31号能源站区域管网规划图图4.3.42号能源站区域管网规划图55图4.3.53号能源站区域管网规划图4.4地源热泵地埋管系统的设计选择4.4.1埋管形式介绍目前地源热泵地埋管系统主要有两种方式：水平地埋管和垂直地埋管。&&&&&&&&水平埋管地源热泵方式主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。&&&&&&&&近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。&&&&&&&&它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋没的管子长度增加。&&&&&&&&管路的埋设视岩土情况，可采取挖沟或大面积开挖方法。&&&&&&&&单层管最佳深度0.8-1.0m，双层管1.2-1.9m，但无论任何情况均应埋在当地冰冻线以下。&&&&&&&&由于水平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而且施工时，占用场地大，在实际使用中，往往是单层与多层互相搭配；螺旋管56优于直管，但不易施工。&&&&&&&&由于浅埋水平管受地面温度影响大，地下岩土冬夏热平衡好，因此适用于单季使用的情况（如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应)，对冬夏冷暖联供系统使用者很少。&&&&&&&&故本项目不予考虑。&&&&&&&&垂直埋管根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U形管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱，套管、蜘蛛状管、管式管等形式；按埋设深度不；同分为浅埋（≤30）、中埋(31～80m)和深埋(&80m)。&&&&&&&&目前使用最多的是双U形管、套管和单管式。&&&&&&&&U形管型是在钻孔的管井内安装U形管，一般管井直径为100-159mm，井深10-200m。&&&&&&&&U形管径一般在φ50mm以下(主要是流量不宜过大所限)，由于施工简单；换热性能较好，承压高，管路接头少，不易泄漏等原因，目前应用最多。&&&&&&&&4.4.2项目埋管方式的方案选择在整个地源热泵空调系统初投资中，地埋管换热器的投资占据非常大的比重，准确的设计地埋管换热器对于节省空调系统初投资具有十分重要的意义，国内对于竖直埋管的地埋管换热器的换热工况进行了大量的研究，相关研究表明：对于相当孔径孔深的换热器来说，虽然双U型换热器内4根支管内循环液体之间会因相互传热形成的热流短路现象，双U型换热器的仍然比单U型换热器的换热量高20%--30%。&&&&&&&&针对本项目的实际情况，由于地下岩质坚硬，地埋管换热器的钻井成本相对于De32的聚乙烯管道及回填材料的成本非常昂贵，所以选择双U型换热器比单U型换热器的更加合理。&&&&&&&&574.4.3项目地埋管设计深度确定常用的竖直U形管换热器如图所示，按照管内流体流动的方向，U型管分为上升管和下降管，见图4.4.1：图4.4.1地埋管流体流动示意图地埋管内来自热泵机组的流体进入下降管，沿程与周围土壤进行换热，管内流体温度发生变化后从地埋管上升管回到热泵机组中，从而完成一个换热循环。&&&&&&&&在一定的流量下。&&&&&&&&流体与土壤的温差越大，地埋管的单位井深换热能力越大，在地源热泵的设计中，较普遍的做法是在满足地埋管换热量的要求下根据单位井深换热量、埋管面积和间距来确定埋管深度，基本没考虑保障一定埋管出水温度要求达到热泵主机的高效运行。&&&&&&&&实际上，当地埋管地源热泵运行到一定的时间后由于土壤的蓄热特性，周围土壤冷热量堆积使得地埋管换热器的运行状态还要受到前一个状态的影响，地埋管换热器的换热能力随着时间增加逐渐下降，地埋管内流体的进出口温差降低，热泵主机的运行性能变差，增加了运行费用及影响是实际运行效果。&&&&&&&&在工程项目现有的的条件下，要使地埋管的出口温度能够持续的满58足主机高效运行，适当地增加地埋管换热器的埋设深度是最有效的办法。&&&&&&&&根据相关研究表明，在系统运行初期，埋设深度不同的地埋管中水与周围土壤的换热时间段不同，其交换的热量也有很大的差距，因而影响地埋管进出口的水温差，相关研究表明在地埋管运行1h后，埋设深度为80m，60m，40m的地埋管换热器的进出口温差分别为8.4℃、6.7℃、4.7℃。&&&&&&&&随着运行时间的增加，地埋管周围的土壤不同程度的产生了堆积效应，对地埋管换热器的换热能力的影响占主导地位，但埋设深度较大的地埋管换热器的换热能力较埋设较浅的换热能力强，其高效换热的时间段也更长，可以更好的保证系统运行效果。&&&&&&&&地埋管的换热的深度越大，其施工成本及施工难度成倍的增加，对管材的承压要求也越高。&&&&&&&&根据目前的钻井情况，综合施工难度、管材质量及换热能力的权衡分析，本项目换热井深度设为100m。&&&&&&&&4.4.4地埋管换热器的设计地埋管换热器的连接有并联连接和串联连接两种形式，两种连接形式的优缺点比较如下：表4.4.1地埋管串联和并联对比表连接形式优点缺点并联连接1．系统环路较短，阻力较小；2．系统稳定性安全性好，当1个地埋管换热器损坏时，不影响其他换热器的工作；3．并联连接适用于比较深的垂直埋管介质温差较小，系统流量较大串联连接1．多个地埋管换热器串联，介质温差更大，系统流量减小；2．串联连接只适用于比较浅的埋管1．系统环路长，阻力大；2．系统安全性差，一个地埋管换热器损坏时将影响多个地埋管换热器；3．每个环路}