系统方案说明

方案设计说明：

项目夏季室内设计温度24℃—26℃，冬季室内设计温度20℃—22℃，生活热水温度可达60℃以上，空调和生活热水冷、热源由地源热泵系统供给，热水系统热源由系统提供，地源热泵主机为L恒温生活热水箱加热，恒温水箱为室内提供基于APP智能控制的二次循环热水同时保障热水的舒适性和节能性，热水即开即热，室内热水管道由水电专业实施，我司负责技术方案的提供。

地源热泵系统可在5种模式下自动运行：1夏季制冷模式；2夏季制冷+热水模式；3热水模式；4冬季制热模式；5冬季制热+热水模式。夏季在空调制冷的同时可对室内热量进行热回收用来免费制取生活热水。

室内末端采用风机盘管+地板采暖系统，夏季由风机盘管提供制冷，空调液晶温控器可精确控制环境温度；冬季末端供暖采用风机盘管和地板采暖双系统，兼顾系统的节能与舒适性，长期不间断采暖的区域和房间可使用地板采暖以保障系统的舒适性，不常有人的区域采用风机盘管采暖即开即热达到节能的目的。系统配置APP空调智能控制系统并与主机联机控制，空调末端采用一次泵变流量系统，室内空调或采暖有负荷主机即工作，室内空调、采暖无负荷主机停机，提高舒适度的同时进一步降低系统能耗。

可选配被动房系统改造，评估现有建筑的保温性能、密封性能等，对不达标项进行改造后符合被动房的性能要求，从源头降低原始建筑物的能耗，最高比原始建筑可节省70%的空调能源负荷。

可选配新风、除湿系统，设计采用顶送地回的送风方式为室内提供24小时不间断的高品质新鲜空气（地下室新风主机采用全热交换除湿新风机组，具备高效除霾、除湿+能量回收技术）。

可选配酒窖恒温恒湿系统，采用酒窖专用恒温恒湿机组，为珍藏的佳酿提供利于长期保存的温、湿度环境。

可选配中央水系统，系统由前置过滤器、中央净水、中央软水、直饮水组成，可对市政自来水进行多重处理，前置过滤器有效保护水处理末端设备的运行，净水末端系统保障饮用水安全，中央软水系统有效消除生活用水中钙镁离子和其他矿物质对衣物、用水设备的损伤。

我们用以上绿色、低碳、节能技术，为用户创造恒温、恒湿、恒氧、恒洁、恒静的多维度高品质低碳生活空间，为业主提供极致的健康、舒适生活选择。

一、项目信息

1.1、建筑概况

武汉区域别墅项目。

本工程为其中一幢独栋别墅，项目总建筑面积约平方米，空调、采暖面积约平方米，地下一层地上三层。项目采用地埋管地源热泵绿色能源方式，以土壤作为系统冷热源，结合中央空调、地暖、中央热水系统，为项目提供高舒适性的室内环境及全年生活热水，为业主营造恒温、恒湿、恒氧、恒洁的居住空间，并最大限度地降低运营成本。

1.2、气候条件

武汉属北亚热带季风性湿润气候，有雨量充沛、日照充足、夏季酷热、冬季寒冷的特点。一般年均气温15.8℃-17.5℃，一年中，1月平均气温最低，0.4℃；7、8月平均气温最高，28.7℃。夏季极长达天，因武汉地处北纬30度，夏季正午太阳高度可达38°，又地处内陆、距海洋远，地形如盆地故集热容易散热难，河湖多故夜晚水汽多，加上城市热岛效应和伏旱时副高控制，十分闷热，是中国四大火炉之一，夏天普遍高于37℃，极端最高气温44.5℃。初夏梅雨季节雨量集中，年降水量为毫米。武汉活动积温为℃，年无霜期天，年日照总时数小时。夏季酷热天气达到30天以上，冬季严寒天气达到25天以上。

1.3、设计参数

二、地源热泵系统简介

地源一词是从英文“groundsource”翻译而来，汉语的内涵则十分广泛，应包括所有地下资源的含义。但在空调业内，目前仅指地壳表层（小于米）范围内的低温热资源，它的热源主要来自太阳能，极少能量来自地球内部的地热能。地球表面的水体和土、岩石是一个巨大的太阳能集热器，收集47%的太阳辐射热能，这个能量比人类每年利用能量的倍还要多，它几乎是无限的，可再生的能源。而地源热泵的技术思路则是以少量高品位能源（电能），实现低品位热能向高品位转移。地源介质在冬季作为热泵供暖的热源和夏季制冷的冷源。即在冬季，把地源介质中的热量“吸取“出来，提高循环介质温度后，供人采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地源介质中去，由地源介质将其储存。

机组提取地埋管系统循环水的低位能量并将其聚变为高位能量，然后输送给冷暖水循环系统(用户末端)。整个系统仅消耗电能，无任何污染。由于地埋管系统循环水循环使用无损耗也不提取地下水，因此也不会造成地层沉降。主机占地面积比传统方式大大减少，可放置在地下室等空间。

与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，地源热泵具有明显的优势。锅炉供热只能将90~98%的电能或70~90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量，由于地源热泵的制冷、制热系数可达4.5~5，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50~60%。随着对空调节能、环保、高效、无污染的要求越来越高的前提下，在国内有很多工程在使用或正在实施期间。

三、地源热泵的特点

1)环保洁净

没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。

自由运用地热资源，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比。

减少了冷却塔水污染。

2)节水省地

以土壤为源体，向其吸收或放出能量，即不消耗水资源，也不会对其造成污染。

省去了锅炉房，冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。

3)节能经济

能源利润率为传统方式的3—4倍，投入1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。运行费用可节省1/2—1/3。

减少电征容30%，可节约征电成本。

4)灵活安全

真正做到“一机三用”。利用地下土壤源热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，全年为建筑物提供生活热水，提高了设备的利用率。

机组可灵活地安置在任何地方，节约空间，系统末端亦可作多种选择。

无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。

自动化程度高，无需专业人员操控，可选装APP网络控制功能。

5)运行可靠

机组的运行工况稳定，由于散热、取热均依靠深层土壤不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑了。

机组主要零部件全部采用进口设备，维护简单，主机运行寿命可达25年以上。

不会产生冷量衰减，普通机组夏季极端高温时冷却塔散热不利，制冷效果下降，直燃机因真空度减少及结垢后会产生每年高达15%以上的能量衰减。

地下埋管采用PE专用管，耐酸、碱、耐膨胀、不老化，采用热熔连接不需维护，寿命长达50年以上。

四、技术方案设计

4.1设计依据及相关规范

1)《采暖通风与空气调节设计规范》（GB19-）

2)《公共建筑节能设计标准》（GB-）

3)《地源热泵系统工程技术规范》（GB-）

4)《高层民用建筑设计防火规范》（GB45-95）（版）

5)《埋地聚乙烯（PE）给水管道工程技术规程》（CJJ-）

6)《给水用聚乙烯（PE）管材》（GB/T）

7)《实用供热空调设计手册》

8)《空气调节设计手册》

9)《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB-）

10)《建筑给水排水设计规范》（GB15-）

4.2空调及热水负荷的确定

4.2.1空调计算参数

负荷计算采用估算法计算。

功能区计算参数

4.2.2空调负荷配置表

夏季取同时使用系数0.6，计算得总的空调冷负荷：36KW；冬季采暖取同时使用系数1，总空调热负荷：36KW。

4.2.3热水负荷

最大热水量

按现行建筑给水排水设计规范(GB15-)5.1.1-14表规定（别墅）：

每人每日用水定额：～L/人.天（24小时供应）。取中间值L/人.天

设计小时耗热量计算

Qh=kh×[m×qr×C×（tr-tl）×ρr]÷86

设计小时热水量

Qrh=Qh÷[1.×（tr-tl）×ρr]

蓄热水箱容积

按照建筑给水排水设计规范(GB15-)表5.4.10规定：

以≤95℃低温水为热媒时，水加热器的贮热量≥90minQh

设备小时供热量

Qr=Qh-1.×η×Vr×（tr-tl）×ρr÷T

式中：

蓄热水箱设计容积L。

4.3机房设计

4.3.1热泵机组选型

根据地源热泵机组的特点和系统功能特点以及以上设计负荷大小，以满足空调要求为前提，选用美国“西墅”三工况别墅地源热泵机组SSDR-36KRI-NB，完全满足夏季制冷、冬季制热及全年生活热水需求。

地源热泵机组选型

4.3.2运行模式说明

1)夏季：制冷模式，为室内提供冷负荷；制冷+热水模式，为室内提供冷负荷的同时将室内的热量回收用来制取生活热水。

2)过渡季节：热水模式，为室内提供充足的生活热水。

3)冬天：制热模式，为室内提供热负荷；制热+热水模式，为室内提供采暖负荷，同时提供充足的生活热水。

4.3.3机房面积需求

机房面积不小于6-8㎡，在室外或地下室设置一处6㎡独立设备机房，设备基础图纸我司提供。

4.4土壤换热器的设计

土壤换热器是本工程成败的关键，一个成熟的设计方案能够保证土壤换热器始终安全、稳定、高效运行，能够减少施工过程中的难度，降低施工成本。

4.4.1换热初步设计

工程地点位于湖北省武汉市，根据该区域同类工程经验，土壤换热器单位延米换热量做保守计算如下：

土壤换热器换热效果受岩土体热物性及地下水流动情况等地质条件影响较大，应保证地埋管换热器设计符合实际，满足使用要求。

4.4.2钻孔数量的确定

由空调主机选型可计算得到土壤换热器所承担负荷如下：

注：土壤换热器需承担空调以及生活热水共同的热负荷。

根据以上计算结果，选择双U型土壤换热器布井数量分别如下：

本项目按夏季负荷埋管，因埋管场地的限制，实际钻孔数量取8口；埋管形式为双U型垂直埋管，深度米，间距4×4米，钻孔占地面积约平方米。

五、经济性分析

5.1初投资费用分析

5.2运行费用分析（地源热泵与多联机+燃气锅炉比较后期运行）

根据日常实际的使用情况，对本项目利用地源热泵中央空调系统与多联机+锅炉采暖、热水系统进行系统运行的经济性分析比较。

5.2.1、运行费用计算基础

①制冷期5月15日—9月15日共天，每天运行12小时；采暖期11月20日—3月1日共天，机组平均每天运行12小时；电费按0.75元/度计算；过渡季为天。

②运行费用计算公式按照运行费用=设备功率×运行天数×每天运行时间×负荷率×电费。

③受各功能房使用时间不同及各季节不同气候条件的影响，存在部分负荷运行，因此，按照负荷比例的天数计算如上表：

5.2.2、各系统主要设备功耗

5.2.2.1、地源热泵系统能效

5.2.2.2、多联机+锅炉采暖、热水系统能效

参照多联机+锅炉采暖、热水系统的运行费用对比地源热泵运行的经济性，多联机主机夏季能效为3.5，其系统能效通常不大于2.8，统一按2.8系统能效进行计算；冬季采用锅炉系统进行采暖和提供全年生活热水，天然气锅炉设备的能效约为90%，其系统能效约为80%，天然气热值按照8大卡/m，系统效率按照80%进行计算。

5.2.3、空调运行费用计算

5.2.3.1、系统全年运行费用

以下结合客户运行时间计算各个系统全年空调运行能耗进行初步概算。

生活热水按平均每天使用1m计算。

夏季天，自来水温度按照25℃计算，夏季热水温度40℃；过渡季节天，自来水温度按照15℃计算，过渡季节热水温度45℃；冬季天，自来水温度按照5℃计算，冬季热水温度50℃；

其中，用电费用按0.75元/度，天然气价格按照3.5元/m计算。

5.3.1全年空调运行费用计算

5.3.2全年热水费用（天）

5.3.3运行费用汇总对比分析

由上述：地源热泵空调、采暖、热水系统初投资约31万余元，多联机+锅炉初投资约24万余元，采用地源热泵系统全年空调、热水运行费用比多联机+锅炉系统节省约9余元，同时减少了大量污染物的排放，节能环保。多联机+锅炉系统使用寿命10-15年；地源热泵主机能使用20~25年，室外地源侧换热器使用寿命50年以上，使用地源热泵系统经济效益明显，环保效益更显著，是高端空调系统领域向低碳环保方向发展的趋势！