地源热泵系统在武警辽宁省总队指挥中心的应用

工程概况

武警辽宁省总队指挥中心工程位于辽宁省沈阳市于洪区八家子村，南临规划松山西路，北临规划千山西路，西侧与东侧为规划道。

指挥中心项目总占地270亩，建筑面积总计59920万平米，系公共建筑和居住建筑为一体的综合性建筑，所有建筑的供冷、供热均由设在办公楼地下一层机房的土壤热泵系统提供，该工程包括办公楼、礼堂、综合馆、食堂、宿舍楼等，建筑面积约6万平米。

该工程响应国家节能减排的号召，采用了土壤源热泵复合式系统供冷供暖，工程于2007年年底竣工，2008年初对供热进行了初步调试，2008年夏季对供冷进行了调试，系统运行良好。

空调系统设计

空调系统的冷热负荷

该工程的夏季总冷负荷为4957kW，冬季总冷负荷为4910 kW;夏季累计冷负荷为2052mWh，冬季累计热负荷为4466 mWh。供冷供暖逐时负荷图如下：、

图 全年逐时负荷图

系统方案综述

根据本工程的负荷特点，系统采用复合式土壤热泵系统。夏季空调冷负荷全部由土壤热泵系统承担;冬季空调基本热负荷由土壤热泵系统承担，峰值热负荷由电锅炉承担。土壤热泵机组夏季为系统提供的供回水温度为7/12℃，冬季供空调用55/50℃热水。

图 土壤热泵系统原理图

地质情况

该工程的埋管区域为砂土粘土层结构，中间夹有砾石层。

通过现场试验测试的方法，测得了埋管区域内的土壤的导热系数及土壤的原始温度，为地下换热器的设计提供了依据。

地下换热器模拟计算

根据本工程的地下热响应试验数据及逐时负荷计算结果，利用地下换热器软件进行计算，得出地下换热器的数量、形式以及运行期间地下换热器内流体平均温度情况等如下：

地下换热器数量：753个;

地下换热器形式：双U竖直埋管形式;

地下换热器有效深度：100m;

地下换热器间距：6m;

地下换热器管材：dn32的PE100，承压1.6MPa;

地下换热器需打孔面积：约2.57万m2。

埋管位置：办公楼、礼堂等建筑物前后空地及绿化用地下面。

运行期间25年地下换热器内流体平均温度模拟情况如图 所示。

图 25年地下换热器内流体平均温度变化曲线

图 第25年地下换热器内流体平均温度变化曲线

主要设备表

系统的运行策略

夏季：冷负荷全部由热泵机组承担

冬季：热负荷主要由热泵机组承担，不足部分由电锅炉补充。

该工程已于2008年初进行冬季进行了试运行的，通过冬季的运行数据显示，地下换热器内流体的最低进水温度为3℃，房间的室内温度均满足设计要求，系统运行良好。

系统运行费用估算及环境效益分析

该工程按照供暖期为150天，每天运行24小时;供冷期为90天，每天运行12小时，对运行费用进行估算，年运行费用约为176万元。

该工程采用土壤源热泵系统与采用常规电制冷系统+燃气锅炉相比，每年节约标煤约511吨，减少CO2排放量约为1300吨，减少SO2排放量约为12吨，减少氮氧化物排放量约为3.5吨.

方案设计特点

本工程所处地点为东北地区，其负荷特点为供热累计负荷远大于供冷累计负荷，因此根据负荷特性设置了冬季运行调峰系统，保证了系统的排热、取热平衡，使得系统可以长期稳定运行。