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湖南某別墅

水源熱泵中央空調

設

計

方

案

金國達科技（湖南）有限公司

JINGUODA TECHNOLOGY   (HUNAN) CO.，LTD.

2013年06月10日

一、工程概況

本工程位于湖南某地市，該項目為家用別墅，共三層；總的建筑面積約為550㎡，其中空調面積約287㎡，100㎡需做地板采暖，屬常規型中央空調。

二、設計思路

1、設計依據及參數   

①、室外計算參數（參考郴州市）

        夏季空調室外(干球)計算溫度：35.5℃

夏季空調室外(濕球)計算溫度：27.5℃

        冬季空調室外(干球)計算溫度：-2℃   

②、室內設計參數

        夏季：24----28℃

冬季：18----22℃  

 2、機組選擇原則：考慮到投資方的利益，既要節省投資，又要達到高標準使用要求，主機選用國家大力推廣使用節能環保的金國達水源熱泵機組。省去了鍋爐房及加熱設備、除塵凈化設備的投資和對大氣環境的污染。

3、本方案設計采用金國達水源熱泵(帶熱回收)系統，真正做到“一機五用”。利用水源熱泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，并可全年提供生活熱水，提高了設備的利用率，夏季用空調時，生活熱水完全免費，大大節省運行費用。

（①制冷、②制熱（含地暖）、③制冷+免費熱水、④制熱+熱水、⑤熱水）

4、末端采用風機盤管空調機組；制取熱水溫度≦65℃；熱水隨開隨有。

三、 室內空調系統負荷設計

四、主機系統設計     

1、按每平方200KW的制冷負荷配置：287㎡×200W/㎡=57.4KW;

2、主機選1臺JGDSSDRH-60T水源熱泵 (帶熱回收)機組提供冷、熱源、熱水；

3、水源熱泵冷熱源取水方案、取水量及抽水井和回灌井數量

①、夏季水源水量Gs（m3/h）按下式計算:

Gs=0.86（Qr+N）/Δts  

式中 Qr - 水源熱泵主機制冷量(KW)；

N - 水源熱泵主機制冷功率(KW)；

Δts-水源水進出熱泵機組溫差(℃)。    

夏季水量：空調主機用水量：0.86×(58.8+13)/11=5.62m3/h 

②、冬季水源水量Gs（m3/h）按下式計算

Gs=0.86（Qr-N）/Δts      

式中 Qr - 水源熱泵主機制熱量(KW)；

N - 水源熱泵主機制熱功率(KW)；

Δts-水源水進出熱泵機組溫差(℃)。    

冬季水量：空調主機用水量：0.86×(63-16.5)/7=5.72m3/h

 4、機房系統說明

  根據計算制冷量與制熱量，空調系統冷熱源選用金國達公司生產的JGDSSDRH-60T型水源熱泵機組一臺，單臺制冷量為58.8KW，單臺制熱量為63KW，夏季提供7~12℃的空調冷水；冬季提供40~45℃的空調熱水。空調冷熱水系統采用一次泵定流量閉式循環系統，選用兩臺循環水泵，一用一備。水源水系統采用開式循環。系統采用落地式定壓罐定壓。為保護機組和系統的正常運行，系統補水應用軟化水，擬設計軟化水設備一套并軟化水箱一個。為保證水質，在水源水管道上安裝旋流除砂器和電子水處理儀各一臺。

5、選用一臺JGDSSDRH-60T水源熱泵機組，系統總的井水需求量為6t/h。 本工程地點郴州安仁，在沒有鉆試驗井的情況下,供水井出水量暫時按10t/h考慮，回灌量為10t/h，本工程需要供水井為1口，回水井的數量為1口。

6、施工說明   

①空調水系統使用管材：空調供回水管采用鍍鋅鋼管，空調凝水管采用PVC管。

②管道連接方式：管徑小于等于DN 32的管道采用螺紋連接，管徑大 于DN 32管道采用焊接。

③保溫：室內管道：管徑小于等于DN40保溫材料用25mm厚的橡塑保溫管；管徑大于DN40保溫材料用30mm厚的橡塑保溫管，外網水管道保溫采用50mm厚聚氨脂發泡保溫。 

④閥門：管徑大于等于DN40時采用法蘭蝶閥，管徑小于DN40時采 用螺紋截止閥。

⑤空調系統的控制

開啟順序：水源水循環泵-空調冷熱水循環泵-水源熱泵機組

關閉順序：水源熱泵機組-空調冷熱水循環泵-水源水循環泵

⑥所有動力設備均采用消聲或隔振措施；水泵采用低噪聲型；水泵與水管連接處采用橡膠接頭。

7、自動控制系統

①、溫度自動控制：依據設定的溫度，自動確定開機及關機數量。

②、時間自動控制：預先設定自動開關機的時間。

 ③、運行時間自動平衡：每次啟動時，優先啟動運行時間短的機組。

④、故障漢字顯示：運行故障自動記錄，并有漢字查詢、顯示。

⑤、運行數據可實現遠程查詢、傳遞、打印（需特別提出，費用要增加）。

 ⑥、運行自動保護：壓機的過載、欠壓、缺相、超溫等保護裝置。進出水溫度過高、過低、缺水、防凍等保護。

⑦、主機安全運行：循環水泵、潛水泵、主機順控連鎖。

五、水源熱泵技術簡介     

 1、水源熱泵技術的概念和工作原理 

  水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。地球表面淺層水源如深度在1000米以內的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太陽進入地球的相當的輻射能量，并且水源的溫度一般都十分穩定。水源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取能量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。 

水源熱泵根據對水源的利用方式的不同，可以分為閉式系統和開式系統兩種。閉式系統是指在水側為一組閉式循環的換熱套管，該組套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通過與土壤或海水換熱來實現能量轉移。（其中埋于土壤中的系統又稱土壤源熱泵，埋于海水中的系統又稱海水源熱泵）。開式系統是指從地下抽水或地表抽水后經過換熱器直接排放的系統。與鍋爐（電、燃料）和空氣源熱泵的供熱系統相比，水源熱泵具明顯的優勢。鍋爐供熱只能將90%~98%的電能或70～90%的燃料內能轉化為熱量，供用戶使用，因此水源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量；由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達3.8～5.0，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60％。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，水源熱泵空調系統在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發展，中國的水源熱泵市場也日趨活躍，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調技術。  

在中國的傳統的空調系統概念中，由于國家的經濟發展狀況和政策的影響，在相當長的時期中，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題，在南方以水冷機組解決夏季制冷問題。在二十世紀八十年代以后，制冷機組的方式開始多樣化，此時，出現了溴化鋰機組、風冷機組，機組的容量也從原有的大中型機組過渡為大中小型機組，在二十世紀九十年代以后，對于取暖方式也開始有新的嘗試和探討，特別是隨著可持續發展和公眾環保意識的提高，世界和中國能源利用的結構都正在轉變，從原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。北京作為大氣污染最為嚴重的城市之一，其治理大氣污染的政策中就包括能源結構的調整，從以煤為主改為天然氣和電力替代能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題，可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，從可持續發展的角度看，必須提高能源利用效率或者尋找可以再生的能源，而水源熱泵機組就是比較理想的一種設備。

2、水源熱泵的特點：由于水源熱泵技術利用地表水作為空調機組的制冷制熱的來源，所以其具有以下優點：

 ①屬可再生能源利用技術：水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。

②高效節能：水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據美國環保署EPA估計，設計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節約用戶30～40％的供熱制冷空調的運行費用。

③運行穩定可靠：水體的溫度一年四季相對穩定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

④環境效益顯著：水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發電時，消耗一次能源并導致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節能的設備本身的污染就小。設計良好的水源熱泵機組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當于減少30％以上，與電供暖相比，相當于減少70％以上。水源熱泵技術采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質。水源熱泵機組的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。

⑤一機多用，應用范圍廣：水源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優點。不僅節省了大量能源，而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。水源熱泵可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。 

⑥自動運行：水源熱泵機組由于工況穩定，所以可以設計簡單的系統，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，使用壽命長可達到15年以上。

當然，像任何事物一樣，水源熱泵也不是十全十美的，其應用也會受到制約。 

⑴可利用的水源條件限制：水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區是否有合適的水源成為水源熱泵應用的一個關鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統一般成本較高。而開式系統，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。  

⑵水層的地理結構的限制：對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質的結構，確保可以在經濟條件下打井找到合適的水源，同時還應當考慮當地的地質和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現。 

⑶投資的經濟性：由于受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。總體來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統的空調制冷取暖方式相比，在不同地區不同需求的條件下，水源熱泵的投資經濟性會有所不同。

六、水源熱泵中央空調系統初投資