苏州水墨江南别墅地埋管地源热泵空调系统设计

　　1．总述

　　1.1建筑概况:水墨江南位于苏州园区星湖街东景路交汇处，北望金鸡湖，南眺独墅湖，西邻金鸡湖高尔夫球场，东靠星湖街，占据湖东高档生活的显赫地位。它占地约19.5万平方米，融汇中式传统底蕴与现代高尚生活元素，一面世即成为感动苏州的著名楼盘。
　　1.2地源热泵原理利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统。它利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性。
　　冬季：当机组在制热模式时，就从土壤/水中吸收热量，通过压缩机和热交换器把大地的热量以较高的温度释放到室内。
　　夏季：当机组在制冷模式时，就向土壤/水中散佈热量。通过压缩机和热交换器把室内的热量通过地埋管散入土壤中，地埋管换热器有立埋管系统、横埋管系统，螺旋埋管系统及水池浸埋管四种埋管形式。本系统采用竖埋管系统。

　　1.3地源热泵系统优点
　　1.地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。因而运行费用较低。
　　2.地源热泵能效比高，比风冷热泵节能30%，制热比电采暖节能70%。比燃气炉效率提高48%。所需制冷剂比一般热泵空调减少50%。
　　3.地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。
　　4.地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。
　　5.由于地源的温度基本不变，主机工作中更为平稳，不会受外界气温高低变化影响。
　　6.机组可采用全热回收，夏季免费供应生活热水。采用全热回收可以减缓由于冬、夏季节对地下吸放热量不相等（苏州地区约1：5）引起的地温升高，造成主机工况恶化。全热回收是解决此问题的良策。
　　1.4水地源热泵机组特点简介
　　1.高可靠性AWW系列产品均采用世界名牌配件，设有高、低压开关保护，水温保护及内盘管防冻防冷媒泄漏保护，运行安全可靠。
　　2.节能高效系统最优化设计科学匹配测试，全系列机组的能效比全部达到或超过国家节能认证等级要求。
　　3.环保产品首选环保冷媒R410a。
　　4.智能控制微电脑控制器除具有故障显示、温度设定、末端联锁、常见检测和保护等普通功能外，还具有模块化，群控等功能，极大方便客户个性化需要。
　　5.功能强大机组具有制冷，制热，生活热水(可选)等功能，一机就能满足客户多种功能需求。
　　6.结构紧凑采用独特的外形结构设计和可选择便捷的安装方式；运用科学有效、合理的制冷系统设计使机组外形在最大程度上最小化，减小机组体积，方便了用户的使用及安装；且使吊装成为可能。
　　7.低噪声采用多重高效降噪减震技术，并精选所有部件，并经多次降噪优化设计验证，确保给用户提供一个安静的冷热环境。
　　8.环境适应性强，运行范围广机组壳体采用优质钢板制作，磷化处理并在表面喷涂环氧聚树脂，使之可以承受日晒雨淋，水浸风蚀，环境适应性强。系统设计合理，性能优良，冷却水温可调范围广：a）制冷：5~40℃，b）制热：-14~30℃。
　　9.安装维修方便拆下机组检修板，即可接触到任何部件。可拆卸式侧板的设计极大地方便了维修和保养。异常情况停机出现故障时，具有故障显示，有利于问题的迅速解决。
　　2.设计参数
　　2.1室外气象参数(参考南京地区)

　　2.2室内设计参数

　　2.3设计范围水墨江南别墅,地下一层地上一层,二层空调部分.
　　2.4设计依据
　　[1]中华人民共和国《节约能源法》
　　[2]中华人民共和国《可再生能源法》
　　[3]中华人民共和国建设部《民用建筑节能管理规定》（第143号部令）
　　[4]国家《节能中长期专项规划》
　　[5]《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）
　　[6]《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）
　　[7]《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
　　[8]《给水用聚乙烯（PE）管材》（GB/T13663）
　　[9]《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101）；
　　[10]《建筑给水排水设计规范》GB-50015-2003；
　　[11]《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-202）
　　[12]《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）；
　　[13]《InstallationGuide》(IGSHPA-2005)；
　　[14]《2005DesignandInstallationStandards》(IGSHPA-2005)；
　　[15]《GroutingProceduresforGHPSystems》(IGSHPA-2005)；
　　[16]《SoilandRockClassificationFieldManual》(IGSHPA-2005)；
　　[17]《GroutingforVerticalGHPSystems》(IGSHPA-2005)；
　　[18]《TraneGSHPBrochure》(Trane-2005)；
　　3.空调方案设计
　　3.1冷热源选择苏州地区属于“夏热冬冷”地区，近几年最热月平均气温已接近40°C，最冷月平均温度气温为-13.1°C左右。高于35°C的酷热天气长达一个月至一个半月，日平均温度低于5°C天数长达两个月以上。而地下温度常年基本很定,也因空调每年传给土壤的冷热量基本相同，能充分发挥土壤蓄能的作用，适合于地源热泵系统。
　　3.2主机选择因该项目冷负荷为主导，因此选型以冷负荷为准。
　　根据国家规范，满足建筑物的功能要求，考虑到同时使用系数空调所需冷负荷取值为：30KW；设备选用欧洲第一品牌，欧威尔空调(中国)有限公司生产的水地源热泵机组：EWW30H一台，单台制冷量：32.1KW，满足设计要求。
　　3.3.室内机选择根据建筑布局空间的不同，选用多款Airwell的暗藏式风机盘管机组。
　　Airwell暗藏式风机盘管的特点：
　　1．外观精美，超薄设计：外形紧凑，宽度方向较普通机组小，便于暗藏于天花内；独家斜盘设计，换热面积大，并美观装修设计。
　　2.超低噪音：机组采用都是大风轮低速电机，既满足大风量的要求又同时保持低噪音。
　　3.经久耐用：机组镀锌钢板采用欧洲标准，达到220克/平方米，精致铜管、高效优质风机电机、使之更经久耐用。
　　4.优质水盘：水盘一次成型，优化的保温材料PEF，提高吸音能力，保温性能好，使用寿命长。
表一：冷负荷计算详见中央空调冷量计算与选型配置表

　　3.4地下埋管系统设计地下埋管式换热器是地源热泵系统设计的重点。地源热泵的地下换热器所处的位置是在地壳中的浅层地表土壤中。土壤的类型、热性能、热传导、密度、湿度等对地源热泵系统的性能影响较大。根据该项目提供的地质勘测报告，提供该地区的土壤特性、地质结构等特点，计算土壤性质分析单位管长的换热器能力。

　　在正式的施工方案提交之前，应该在工程现场打试验孔，并使用专用设备进行土壤热响应试验，对有可能发生的土壤特性数据偏差进行修正。
　　根据目前情况先对地下埋孔数进行初步估算，待热响应测试后再进行深化。设计步骤如下：计算地下换热器的最大换热量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中吸收的热量。根据如下公式计算土壤性换热器的换热量








其中：Q1‘：夏季向土壤排放的热量，kWQ1：夏季设计总冷负荷，kWQ2‘：冬季向土壤吸取的热量，kWQ2：冬季设计总冷负荷，kWCOP1：设计工况下地源热泵机组的制冷系数，取5.0COP2：设计工况下地源热泵机组的供热系数取4.5地埋管考虑以夏季向土壤释放的热量Q1‘进行计算。
　　2）竖井埋管管长竖井埋管管长度取决单位埋管的换热能力，计算公式如下：L=Q1‘X1000/W其中：L：竖井埋管总长，mQ1‘：换热器最大换热量，kWW：单位管长换热量，45w/m单位管长换热量与地质结构成分有密切关系，而且各地质层传热性能各有差异，在建立模型计算方面比较困难，而且也存在一定的误差，故在此项目我们根据以往在该地区的工程经验来计算单位管长的换热量，并参照国际地源热泵协会的模拟软件运行值。
　　3）确定竖井数目及间距竖井深度多数采用50~100m，根据工程的地质料现场条件和甲方要求，我们下列计算竖井数目：N=L/2XH其中：L：竖井埋管总长，mN：竖井总数，个H：竖井深度，m本工程埋管孔径约为110mm~150mm，。立管采用DN32的PE聚乙烯管。根据工程经验，设计间距为3.5m以上。地热换热器管路连接方式结合串联和并联两种方式的优越点比较，本工程选用并联地热换热器连接方式。
　　初步按打孔70m计算。