一品漫城会所地源热泵系统设计

工程概述

本项目是位于上海浦江镇，会所共三层。地下一层为设备用房，泳池，健身房，瑜伽，浴室，篮球馆等，夹层为超市。一层为大厅，乒乓球室，办公等。二层为西餐。总建筑面积约3,200平方米，空调面积约2,600平方米。

空调冷热负荷

总冷负荷为525.09kW，总热热负荷353kW。

热水

根据设计院提供的生活热水及泳池加热量可知：该项目游泳池初始加热时间48小时，初始加热量为270kW，泳池日常维护需要110kW热量；另外泳池淋浴小时耗热量需要150kW。

机组选型

空调末端选型

空调方式采用欧洲成熟的“天棚采暖和制冷热辐射系统+置换新风”系统，这种采暖和制冷的系统构造是：房间的砼楼板内都埋有水管，其直径为16～20mm，间距在200～300mm之间。水管中的水在寒冬保持30℃左右，在盛夏保持18℃～22℃，“天棚采暖和制冷热辐射系统”承担室内显热负荷，“置换新风”承担室内全部潜热负荷通，通过散热和吸热，确保室内环境处于舒适范围。一般顶棚辐射系统制冷功率可达到50-60W/㎡，因此在篮球馆、游泳池等自身负荷相对较大的房间，顶棚辐射系统无法承担室内全部的显热负荷，需另外配置空气处理器（风机盘管等）辅助处理。

会所所有房间空调房间地下室采用风机盘管加新风系统，地上部分采用风机盘管加全热交换器。篮球馆新风依靠外窗解决。

空调主机选型

本项目空调设备采用美意的水源热泵产品，由于末端顶棚辐射、风机盘管及新风系统对于水温的要求不同（顶棚辐射系统夏季进水温度需要18℃，冬季进水温度30℃；新风系统及风机盘管系统进水温度为7℃，冬季进水温度45℃），为了便于控制，分开选择空调主机。采用一台MWH060水水式地源热泵模块机组供室内顶棚辐射系统，选用两台MWH050水水式地源热泵模块机组供新风及室内风机盘管系统。

另外热水采用两台MWH040水水式地源热泵模块机组专门供应。泳池初始加热时两台主机全开专供泳池热水，泳池平时维护时一台供泳池，一台供泳池淋浴。泳池水温一般要求26-28℃，因此建议用板式换热器进行二次换热。淋浴部分为了供水稳定及机组不频繁启动建议另配一个10m3的蓄热水箱。

以上设备机组参数如下：

地下换热器设计计算

该建筑中央空调系统采用节能环保的地源热泵中央空调系统。根据项目所在地的地质勘测和建筑的平面布置情况，其冷热源采用安装灵活、易于控制的埋管式土壤源热泵系统，也称土壤耦合式热泵系统。该系统是以水作为冷热量载体，水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路，从土壤中吸收热量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组。夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机组。通过地源热泵机组给室内供冷、供热。

我们根据上海地区的地质结构、地下水位和以往在该地区的实际工作经验并参照《地源热泵系统工程技术规范》、国际地源热泵协会的相关资料以及《地源热泵工程技术指南》。对建筑物冷热负荷及冬夏季地下换热量计算步骤如下：

1、冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以由下述公式计算：

kW

kW

其中——夏季向土壤排放的热量，kW

——夏季设计总冷负荷，kW

——冬季从土壤吸收的热量，kW

——冬季设计总热负荷，kW

——设计工况下水源热泵机组的制冷系数

——设计工况下水源热泵机组的供热系数

计算时可从样本中选用设计工况下的、。

根据公式，计算其夏季的排热量和冬季的吸热量。经计算，夏季总的排热量为：640.5kW，冬季总的吸热量为：363.1kW。

2、确定竖井埋管管长及埋管个数

 岩土热物性测试仪

用来测试垂直钻孔条件下的地层土壤换热情况，分析得出导热系数及相关参数。进行试验井单孔换热测试，求证地层土壤导热系数，目的就是降低这种综合的不确定性，为地下土壤型换热器设计提供更经济的方案。美意岩土热物性测试仪及其配套软件，由IGSHPA（国际地 源热泵协会）推荐，美国原装进口。

 数据采集仪

土壤导热能力测试数据采集记录仪HOBOFlexSmartLogger；目前采用HOBOwareProversion2.3.1，由美国OnsetComputerCorporation开发提供。

 计算导热系数

根据水温和时间的变化进行地埋管土壤导热计算，得出上海地区100m深，土壤的平均导热系数为1.67W/(m•K)。

 GLD3.0软件计算分析（GroundLoopDesign）

地下换热系统的设计和热平衡的模拟，输入建筑动态负荷值和土壤热物性参数，结合热泵机组性能，进行反复试算，确定出工程的地下埋管换热器的形式和参数，以及布孔的位置、深度及埋管形式、埋管的总长度等。并将地下换热器进行长达10～50年的土壤热平衡模拟，保证地下换热器的效率在寿命周期内不会衰减。

3、结论

根据软件计算夏季排热埋管大于冬季地热埋管，按照制冷模式需求的管长进行埋管，共需要钻96个100米深的单U孔，材料管孔径DN25mm，钻孔孔径约为180mm。考虑到系统的水力平衡等因素，地下埋管环路设计采用同程式。

4、PE管选择

管道采用浙江伟星生产的高密度聚乙烯PE100级，公称压力1.6mpa管。

a.根据规范4.3.14要求管内的流体在紊流状态，雷诺数大于2300；

b.根据规范4.3.9要求单U型埋管管内的流速不宜小于0.6m/s

5、地埋管平面图如下图。

地埋管施工工艺

地源热泵立埋管的施工包括土壤钻孔、埋管、灌浆、管道连接、试压、清洗剂等内容。具体施工工艺如下：

钻孔准备

1． 了解并确定土壤地质条件。

2． 确定地下综合管线分布及设置情况，并做好明显的标识记号。

3． 平整土地，根据地埋管施工图，用白灰标示具体钻孔位置及总管坑槽位置。

4． 确认钻孔支架打设位置。

5． 确认钻孔机械电源容量及供给情况。

6． 提供水源至钻孔现场。

工程钻孔

1． 根据工程实际情况，随时填写记录表并及时分析土壤实际状况。无特殊情况，每孔必须填写四次深度记录表。

2． 钻孔直径130-180mm。

3． 确保钻孔深度。钻孔深度以设计为准，并做好记录。

4． 施工时，可根据工程需要和土壤情况，钻孔深度可适当增加，并做好记录便于埋设相应的管道。

5． 钻孔完毕后，应及时埋设管道并灌浆。

地埋立管施工

1． 管材采用HDPE高密度聚乙烯材料（SDR11），所有的聚乙烯管都要用专用的热熔设备进行热熔连接。必须根据生产厂家的说明进行施工。

2． 管道拉直。

3． 下料，根据钻孔深度确定立埋管深度，采用单U型埋管，每孔两根管。

4． 单U管制作，采用热熔工具焊接单U管。

5． 单U管水压试压，试验压力不小于10Kgf/cm2。

6． 管道检漏，具体参照《地源热泵系统工程技术规范》中4.5.2条实行。

7． 检漏合格后剪掉气头，并在管口做好临时封闭，且保护接口不受破坏。

8． 填写试压验收记录。

9． 把捡漏后的U型管子逐渐放入钻好的孔内，放入时，严禁突然放手，否则管子浮起后难以再放入。

10． 放好埋管、灌浆前，应固定埋管，并在孔和管子之间的缝隙放入一些细黄沙并用石块等固定管口。

11． 严格作好到管口临时封闭。记录埋管前端编号及尾端编号，确保立管深度与孔深相当。

灌浆

1． 钻孔结束，放好立埋管后，即开始灌浆。

2． 灌浆应采用专用设备（灌浆泵），通过绑扎好的灌浆管进行。

3． 确保根据灌浆速度，同时提升上拔灌浆管。

4． 在浆液涌出地面后停止灌浆，并拔出灌浆管，用石块等固定管口。

5． 浆液膨胀凝固需24小时，此前严禁进入下一步施工。

地埋横管施工

1． 根据图纸及现场要求备料。管道连接同样需用原厂提供专用热熔器对管路进行熔接焊接。

2． 立埋管施工完成后，根据设计开挖横埋管沟槽，深度不宜小于1.5米（具体按设计要求）。沟槽与立管交叉处应特别注意立管保护不受破坏。管沟内填充至少200mm厚度的细黄沙，且确保周围200mm范围内无石头及金属硬物。

3． 管道连接前应确保管道内壁及接口清洁。

4． 待所有接口都熔接好后，整个地埋管系统要充水试压检漏，试验压力与立埋管试验压力一致。稳压至少2小时应无明显压力变化，切无泄露。

5． 系统检漏合格后，系统排气、注水。注水时，从回路的一端注水，另一端排气。切忌两端同时注水。

6． PE管穿墙或地下室底板时，为防止地面或回填土沉降剪切力损坏地埋管，在PE管穿墙或地下室底板时加套管保护PE管，并且放置一段伸缩弯（长度≥10倍的当量管子的直径）。

7． 横埋管出地面的管道应保温，且做防水保护外壳。穿墙应按规范设置穿墙套管。

8． 地埋管换热系统安装完毕后，且冲洗、排气及回填完成后，应再进行水压试验，试验压力与上面一致。

回填

1． 系统试压合格，确认无漏后，才可以回填土壤。

2． 回填土首层应为至少200mm厚度的细黄沙，且确保其中无石头及其它硬物；200mm以外用一般土回填

3． 横埋管在地表下的深度至少为1.5米，回填后在相对标高-0.2米处设置对应的横管及立管标识。

系统清洗

系统清洗在水系统设备和管道全部连接完毕后进行。

清洗步骤

1、将回水集管上的检修口软管接到建筑物供水管上；

2、将供水集管上的检修口软管放入一空桶，打开检修阀门；

3、关闭所有回水干管上的关闭阀；

4、打开所有供水干管上的关闭阀；

5、打开建筑物供水干管阀门，同时打开第一个回水干管上的关闭阀；

6、当水开始流出进入桶中时，关闭第一个供水干管上的关闭阀，打开第二个回水干管上的关闭阀；

7、继续重复以上步骤，每次一个干管，直至打开所有回水干管的关闭阀，关闭所有给水干管的关闭阀；

8、关闭建筑物给水。

结论

一品漫城会所空调系统集制冷、采暖、通风、生活热水及泳池热水五项功能于一体，既做到了节能环保，同时满足人体舒适性要求。项目于2006年年底竣工，经过了两个制冷和一个采暖季节，运行良好，是一个成功的地源热泵系统项目，值得借鉴。