地源熱泵手藝在既有建筑物節(jié)能改造中的應(yīng)用

地源熱泵技術(shù)在既有建筑物節(jié)能改造中的應(yīng)用

摘要：

通過(guò)對(duì)濟(jì)南市某研究院辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的調(diào)查測(cè)試及實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用分析，對(duì)該工程節(jié)能改造及運(yùn)行方法進(jìn)行了分析并提供了具體的空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案。總結(jié)了整個(gè)辦公樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案及經(jīng)濟(jì)性，為既有建筑節(jié)能改造提供了示范。關(guān)鍵字：辦公樓

空調(diào)系統(tǒng)

舊樓改造

地源熱泵

節(jié)能1、山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司2、山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院3、山東建筑科學(xué)研究院

一、

引言

在能源總消耗中，建筑能耗占有著很大比例，其中照明和空調(diào)，特別是空調(diào)能耗，占據(jù)了建筑能耗的30%～40%。所以，進(jìn)行空調(diào)節(jié)能潛力的分析具有非常重要的意義。通過(guò)對(duì)公共建筑的能源消耗現(xiàn)狀的分析知道，大多數(shù)公共建筑是低功能、低水平、高能耗運(yùn)行。因此我們可以根據(jù)原有建筑空調(diào)系統(tǒng)的分析、調(diào)查結(jié)果，并結(jié)合公共建筑自身的特點(diǎn)，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施、空調(diào)溫度的設(shè)定值、中央空調(diào)系統(tǒng)的選型及其風(fēng)、水系統(tǒng)的調(diào)整與改造、新能源的利用和日常管理及調(diào)控方式等方面考慮,對(duì)舊樓中原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到降低能耗的目的。對(duì)于供冷期及供暖期均較長(zhǎng)的濟(jì)南地區(qū)，空調(diào)能耗非常高，因此節(jié)能工作尤為重要，并具有代表意義。本文以濟(jì)南市某研究所辦公樓為對(duì)象進(jìn)行研究和討論，旨在讓大家了解既有公共建筑耗能巨大，存在巨大的節(jié)能潛力，因此，我們應(yīng)引起高度重視。著手公共建筑的節(jié)能建設(shè)與改造，以解決我國(guó)能源緊缺的問(wèn)題迫在眉睫。二、

該辦公樓原有建筑及空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

山東省濟(jì)南市某研究院南辦公樓建造于1960年，為三層磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積約3000平方米，該建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用370

mm厚磚墻，坡屋面，樓內(nèi)設(shè)有上供下回異程式垂直雙管采暖系統(tǒng)，散熱器采用柱形鑄鐵散熱器，散熱器支管前安裝球型調(diào)節(jié)閥。該系統(tǒng)散熱器已使用了30年，散熱效果較差，供回水管道為普通焊接鋼管，也已使用近10年，管道及散熱器均有不同程度的銹蝕。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，樓內(nèi)各房間的供暖溫度不均勻，頂層溫度整體偏低，約在15℃左右，東西兩端房間的溫度約在16-18℃，中間的房間溫度偏高，基本在22℃左右，因未設(shè)自控閥門(mén)，房間的溫度無(wú)法根據(jù)不同時(shí)段的使用要求進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，造成能源的浪費(fèi)，也達(dá)不到人們的舒適度的要求。該采暖系統(tǒng)采用城市熱網(wǎng)集中供暖，院內(nèi)設(shè)換熱站，采用普通定流量水泵，水泵的啟停靠人工控制，采暖供水量也是由換熱站人員通過(guò)管路閥門(mén)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，系統(tǒng)能量的供給無(wú)法根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷要求的變化進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，造成能源和運(yùn)行費(fèi)用的嚴(yán)重浪費(fèi)。冬季采暖耗熱量平均在102W/m2，2006年冬季采暖運(yùn)行費(fèi)用約8萬(wàn)元。辦公樓夏季采用分體式空調(diào)機(jī)制冷，耗電量較大，年運(yùn)行費(fèi)用約8.1萬(wàn)。綜上所述：1、本建筑屬于一般性建筑，未作保溫處理，冷熱負(fù)荷指標(biāo)大。2、冬季供暖采用城市熱網(wǎng)集中供暖，夏季空調(diào)采用分體式空調(diào)機(jī)制冷。3、冬季供暖系統(tǒng)制熱效果及夏季空調(diào)系統(tǒng)制冷效果由于原設(shè)計(jì)不合理均達(dá)不到使用要求。4、冬季運(yùn)行費(fèi)用為26元/m2；夏季運(yùn)行費(fèi)用為27元/m2。全年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為53元/m2三、

該辦公樓維護(hù)結(jié)構(gòu)及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案

針對(duì)本辦公樓能耗大、空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用高以及原空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不甚合理的特點(diǎn)，該院領(lǐng)導(dǎo)下定決心對(duì)本建筑進(jìn)行建筑節(jié)能改造及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造，旨在濟(jì)南市舊樓改造節(jié)能建設(shè)工程中做一個(gè)政府性示范工程，同時(shí)也是響應(yīng)國(guó)家的節(jié)能減排政策。

維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案：按照國(guó)家節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行外墻保溫，外窗采用雙層中空LOW-E玻璃。

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案：空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，本系統(tǒng)一機(jī)兩用，冬季供暖、夏季制冷。本系統(tǒng)利用30%的電能做驅(qū)動(dòng)，70%的能量來(lái)自地下，不污染環(huán)境，節(jié)能環(huán)保。以下將詳細(xì)介紹空調(diào)改造方案。1、

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案具體配置(1)根據(jù)對(duì)本建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造后計(jì)算冷熱負(fù)荷，分別為150KW和120KW.根據(jù)負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷，并考慮系統(tǒng)將來(lái)增容，增容量估計(jì)有100KW左右，因此選用法國(guó)西亞特機(jī)組LWP900一臺(tái)。具體參數(shù)如下：

(1)卻法曉國(guó)毀CIA慎T型系列機(jī)藝組腐制冷量壘(圈kW)體制熱量芒(掛kW)爽尺向寸考(m賤m)荷長(zhǎng)拒寬罰高仇LWP顧900孟254衡.7紡334踩.6渴139咐0促129漲0煌126息5(2)空調(diào)末端系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)系統(tǒng)采用全熱回收式新風(fēng)換氣機(jī)。每層設(shè)計(jì)一臺(tái)新風(fēng)換氣機(jī)，新風(fēng)口與風(fēng)機(jī)盤(pán)管出風(fēng)口混合后共同向室內(nèi)提供高品質(zhì)的空調(diào)風(fēng)。整個(gè)系統(tǒng)分為三大部分：地?zé)釗Q熱器部分、機(jī)房部分及末端風(fēng)機(jī)盤(pán)管和新風(fēng)換氣機(jī)部分。其工作原理圖如下所示：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的核心部分是地?zé)釗Q熱器部分，地?zé)釗Q熱器設(shè)計(jì)的好壞，直接影響的系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)劣。我公司利用獨(dú)立開(kāi)發(fā)“地?zé)嶂恰避浖?duì)本辦公樓的地源熱泵及地?zé)釗Q熱器系統(tǒng)模擬了10的運(yùn)行工況。軟件介紹：該軟件采用動(dòng)態(tài)傳熱模型，可以模擬地源熱泵和地?zé)釗Q熱器系統(tǒng)在20年甚至更長(zhǎng)時(shí)間里的工況。該設(shè)計(jì)軟件已成功地應(yīng)用于多個(gè)地源熱泵空調(diào)工程的設(shè)計(jì)。是設(shè)備生產(chǎn)廠家和教學(xué)部門(mén)研究及實(shí)施地源熱泵工程必不可少的實(shí)用手段之一。）對(duì)本工程模擬設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)果為熱泵入口最高溫度33.021℃，在第十年的八月份。熱泵入口最低溫度5.042℃，在第一年的二月份。因此在十年的運(yùn)行時(shí)間里，埋管量4000延米，可以保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。1、巖土熱物性測(cè)試、地下溫度場(chǎng)檢測(cè)及地源側(cè)進(jìn)出水溫度巡檢為確保地源熱泵系統(tǒng)在工程實(shí)踐中切實(shí)達(dá)到高效運(yùn)行的目的，我公司對(duì)本節(jié)能改造工程做了以下檢測(cè)工作：巖土熱物性測(cè)試深層地下巖土導(dǎo)熱系數(shù)是設(shè)計(jì)地源熱泵系統(tǒng)地?zé)釗Q熱器的重要參數(shù)。本公司獨(dú)立研制的深層巖土熱物性測(cè)試儀已發(fā)展到第Ⅲ型，具有多智能化的功能，使用方便，測(cè)試結(jié)果可靠。在本工程進(jìn)行正式施工之前，我公司會(huì)對(duì)地層進(jìn)行仔細(xì)測(cè)試，以達(dá)到工程良好運(yùn)行結(jié)果。（1）地下溫度場(chǎng)常年運(yùn)行檢測(cè)本工程共設(shè)計(jì)鉆井量40口，為了檢測(cè)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中地下溫度場(chǎng)的變化情況，我公司設(shè)計(jì)在其中一口井中埋設(shè)溫度檢測(cè)裝置四處，位置分別為井下80m、60m、40m和20m。如此設(shè)計(jì)可以很好的檢測(cè)地下不同位置的溫度場(chǎng)隨著空調(diào)系統(tǒng)常年運(yùn)行的變化。根據(jù)溫度場(chǎng)的變化情況，可以檢測(cè)地源熱泵系統(tǒng)是否高效運(yùn)行，并且可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行提供建議。1、機(jī)房系統(tǒng)聯(lián)鎖控制及機(jī)組負(fù)荷無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)1）、機(jī)房系統(tǒng)聯(lián)鎖控制說(shuō)明：謀（侮1誰(shuí)）廚暫手動(dòng)方胖式有兩儲(chǔ)種：一勝種是聯(lián)室鎖手動(dòng)竿，另一勒種是解字鎖手動(dòng)志。解鎖君手動(dòng)在絨就地操娛作箱上勻操作，永聯(lián)鎖手忘動(dòng)遠(yuǎn)方惱操作。揪（慣2輸）盈狡聯(lián)鎖手鏡動(dòng)是運(yùn)病行人員宰按地源真空調(diào)工股藝要求報(bào)的順序停一對(duì)一圈的啟動(dòng)年設(shè)備，蛛按逆順巖序一對(duì)璃一的停犁止設(shè)備董，流程勸內(nèi)設(shè)備惡存在聯(lián)余鎖關(guān)系鼻，所以蝕手動(dòng)停已任一臺(tái)打正在運(yùn)律行的設(shè)繡備，逆趨順序方沉向的所申有設(shè)備西聯(lián)鎖停柿機(jī)。錯(cuò)（暑3片）拼靠解鎖手嚴(yán)動(dòng)是，繩運(yùn)行人能員可隨弄意啟停杏任一臺(tái)斗設(shè)備，躁此時(shí)無(wú)間任何聯(lián)循鎖關(guān)系戲，決不油可帶負(fù)饒荷運(yùn)行挑?？偅ㄈ?漢）晚萍自動(dòng)方辟式為一旋鍵啟動(dòng)仇、一鍵壟停止整碌個(gè)系統(tǒng)孟。付2怨）、機(jī)季組可以誘根據(jù)系達(dá)統(tǒng)所需竿冷量及壯熱量情旅況進(jìn)行柿無(wú)級(jí)調(diào)姥節(jié)。常一賢、航退節(jié)能改蝕造前后思對(duì)比分外析及節(jié)帽能減排歸分析能一）、第運(yùn)行費(fèi)旗用分析軍前提：踩1劉、電價(jià)皮按胞0.6泉0期元炒/Kw承·矮h指；尚2扒、夏季明制冷塊按絕9吵0擊天計(jì)算壟，冬季悲制熱辛按誼12源0禽天計(jì)算麻，每天核均運(yùn)互行婆1繼0類(lèi)小時(shí)。近3牢、地源罩熱泵冷倡水機(jī)長(zhǎng)組哀1塔臺(tái)，冬蛛夏工況捎按最大強(qiáng)標(biāo)稱(chēng)功濫率計(jì)算器，實(shí)際大工作時(shí)零為標(biāo)稱(chēng)煮功率痕的術(shù)17究%防～椅100憤%逐無(wú)極調(diào)登節(jié)工作鄭。濕4德、空調(diào)窗水泵耗腐電：地必源側(cè)水惹泵頸7.5政K當(dāng)W眉，地上寒側(cè)水泵壯：傍7.5處KW稠奏。檔計(jì)算項(xiàng)喇目舍計(jì)算過(guò)靠程念計(jì)算結(jié)語(yǔ)果慘夏哪季時(shí)地源熱父泵備機(jī)組耗欲電耳（最大假功肺率堪45賊K醋w寒）秤負(fù)荷攻率蔑100寬%我天數(shù)趟2廣0分天武2俯0粒天送×1客0涼小鳴時(shí)端×45找Kw×言1忽臺(tái)步×10都0%象900善0.0桃負(fù)荷校率表75虎%垮天數(shù)顧2啦5丈天里2莊5掛天灑×1茅0頃小制時(shí)錫×45勵(lì)Kw×物1使臺(tái)端×75挪%膛843涂7.5雙負(fù)荷紛率螞50相%狠天數(shù)主2羞5來(lái)天刺2翠5粉天碗×1蜜0姑小威時(shí)社×45樓Kw×昨1裹臺(tái)孤×50稀%蠶562富5.0河負(fù)荷劉率冰25頸%老天數(shù)酒2跳0付天翠2繪0渴天賭×1具0畜小菠時(shí)穴×45朽Kw×賠1腫臺(tái)惠×25炭%法225努0.0納合計(jì)耗便電量匯（鄙KW鳳H追）陡900暢0+8腥437劇+56徐25+崖225監(jiān)0否253予12.愁5旗空調(diào)水丸泵耗電邪7.5宏Kw×扭2吵臺(tái)拆×1直0選小界時(shí)勒×9挖0攪天徒135應(yīng)00.食0陪夏季總具耗電電傲量彼253鞠12+洗135共00滅388毀12.雨5良各建筑婚同時(shí)使塵用率（滲取辰1.厭0繩）兆388般12.釋5×1珠.0藝388笛12.墓5狗夏季總糾運(yùn)行費(fèi)捏用妨（另0.困6棒元舉/繞度）撫388孫12.宣5×0希.60廳232瞇87.辣5秘夏季平驕均每平細(xì)方米運(yùn)怒行費(fèi)用損232籍87.砍5它元損÷30甩0忠0笨㎡疾7.踏8南元浴/授㎡燒冬季警地源熱蠶泵壓機(jī)組耗紅電劈（最大粘功羞率俊55K荷w秀）蒙負(fù)荷固率墾100撒%麥天數(shù)噴20織2嚷0雞天倦×1師0形小挑時(shí)好×55綱Kw×市1君臺(tái)商×10節(jié)0%橋110稅00.族0釋負(fù)荷崖率牧75絡(luò)%柔天數(shù)刷30橋3像0銀天?！?蔑0件小制時(shí)地×55俱Kw×節(jié)1出臺(tái)辯×75多%濃123悟75.做0糟負(fù)荷壤率墾50釣%喪天數(shù)漿30駱3粉0醒天帆×1翼0瞧小股時(shí)射55K伍w×土1拒臺(tái)須×50猶%糟825揀0.0澡負(fù)荷竄率抽25晉%來(lái)天數(shù)野40舉4紹0裝天華×1虧0護(hù)小王時(shí)算×55令Kw×朱1客臺(tái)灶×25調(diào)%賄550躍0.0貌合計(jì)耗裁電量淹（摩KW債H蒜）誘110喪00+遷123漂75+暮825統(tǒng)0+5烤500棚371包25竹空調(diào)水嚴(yán)泵耗電糟7.5斑Kw×制2梳臺(tái)示×1緩0調(diào)小墳時(shí)喚×9貌0山天擾225團(tuán)00.螺0受冬季總犧耗電電夫量?jī)?cè)225尚00+德371命25豐596葬25.違0降各房間展同時(shí)使腐用貢率托哄根（滴取抄1.翁0停）肢596頭25×乘1.0濱596趁25.守0猜冬季總百運(yùn)行費(fèi)彩用堤（換0.悄6偽元法/乏度）暗596循25×袋0.6自0剛357景75.引0戀冬季平仁均每平侮方米運(yùn)桂行費(fèi)用棕357星7火5摟元剖÷30醬0記0地㎡草11.陣9農(nóng)元嚼/劍㎡泥蒜一年每鏈平方米缸運(yùn)行費(fèi)幕用合計(jì)嚇（冬巖季秧+賠欠夏季）百3.8嗎2舅元親/樹(shù)㎡脆+秩9.3丑8店元炎/紗㎡愁19.音7狠元漆/葬㎡喂二）、亞改造前丘后運(yùn)行容費(fèi)用對(duì)良比傅改造前狀：悲根踩據(jù)淘200堆6喉年對(duì)辦囑公樓空病調(diào)運(yùn)行族費(fèi)用統(tǒng)執(zhí)計(jì)：冬走季采暖絞費(fèi)鴿8.墳0廉萬(wàn)元。新夏季分啞體空調(diào)包耗電滿(mǎn)費(fèi)券8.披1盈萬(wàn)元。親全年運(yùn)痕行費(fèi)用太折富合相5繩3預(yù)元均/擠㎡。砌改造后自：北由前表嫌可知，迅地源熱超泵空調(diào)街系統(tǒng)的麻全年運(yùn)打行費(fèi)用垮折圓合眉19.禿7支元怕/陸㎡。則叢全年運(yùn)帥行費(fèi)用儉為曬：酒5.9扔1伍萬(wàn)元。尊改造前縣后僅運(yùn)樓行費(fèi)用飾每年節(jié)豬省散10.辛1乓9流萬(wàn)元。帽節(jié)能百氣分比為嘩：拘63暈%梨。箏三）、店節(jié)能環(huán)歇保效益挪分析汗節(jié)能環(huán)碑保效益宇定量分嗎析以以肅下數(shù)據(jù)耳計(jì)算：流標(biāo)準(zhǔn)天辜然氣的往熱值按例照撕359燦65k求J/N孫m剪3伏；標(biāo)準(zhǔn)迷煤的低聽(tīng)位熱厭值曲292持71k迎J/k要g母；燃?xì)鈸皴仩t的殃效率拴按脹0.每8柴計(jì)；熱守電廠發(fā)算電效率蔬取竟0.庭4互。志節(jié)省用銜電寨量證/KW帝·h叛166全667恒折合耗攀煤千量屈/徒噸吐6衣6旺．抗7否節(jié)煤橋量別/押噸爆66.征7蒸減乒排蔬量玉CO僅2司/擦噸遼176陷.7界SO白2宏/kg班119躬1.3槳煙田塵墾/kg蛾102師6槳爐賊渣戀/揪噸尾41.嗽33匠根據(jù)上在表，項(xiàng)索目在改味造后除弄具有顯酷著的節(jié)灶能效益小的同時(shí)初還具有棟良好的怖環(huán)保效泰益。遺五、結(jié)胃論飯5.1探宣綠色環(huán)辣保屠扛效益顯凱著凍采用地來(lái)源熱泵析系統(tǒng)取全代燃煤費(fèi)鍋爐可螞能得很竭好的環(huán)吵保效應(yīng)縱和經(jīng)濟(jì)需效應(yīng)，漸避免了悄燃煤鍋慕爐的廢揪氣、廢憑渣對(duì)周宮圍環(huán)境定的污染箱，省掉笨了燃煤妥的運(yùn)輸糾費(fèi)用、啞貯煤場(chǎng)墾地費(fèi)用徑、除塵瓜費(fèi)用、慌灰渣的封運(yùn)輸處宇理費(fèi)用向等。同督時(shí)解決劑了低溫佛地?zé)崴驘嵛沧兯欧耪髮?duì)環(huán)惹境造成演的熱污疤染的問(wèn)燥題。地胡源熱泵番的使用鑒電能，方電能本嗓身為一湊種清潔胃的能源扮，所以傅，地源糖熱泵機(jī)扇組的運(yùn)鬼行沒(méi)有拆任何污完染，相太應(yīng)了國(guó)或家節(jié)能滴減排的子政策。腦5.舞2支一機(jī)多下用，節(jié)撒約資金辱在該項(xiàng)飾目中，飯利用地派源熱泵飽系統(tǒng)提桂供冬季化供暖的棚同時(shí)，見(jiàn)還可提著供夏季佛制冷，肌一機(jī)多陣用，從紗而避免爪了中央算空調(diào)系沃統(tǒng)的重囑復(fù)投資釘，提高榴了設(shè)備繞的利用胃率。能疫源利用販率高，思投腥入卷1K劑W匯的電能區(qū)可得著到娃4K謀W蓮的高品若位熱能虎，運(yùn)行受費(fèi)用與徑常規(guī)方欣式相比悲更節(jié)約俗。聞5.3粗舍性能穩(wěn)科定，安猛全可靠洪土壤的萌溫度一白年四季嘉相對(duì)穩(wěn)轉(zhuǎn)定，其栽波動(dòng)的央范圍遠(yuǎn)焦遠(yuǎn)小于撓空氣的餐變動(dòng)。介是很好柏的熱泵甜熱源和速空調(diào)冷羊源，土航壤溫度眼較恒定稍的特性嘗，使得寧熱泵機(jī)槐組運(yùn)行斑更可靠扮、穩(wěn)定鄙，也保隸證了系善統(tǒng)的高舅效性和亞經(jīng)濟(jì)性仗。不存慧在空氣順源熱泵奧的冬季味除霜等擔(dān)難點(diǎn)問(wèn)翼題。地欠源熱泵沉運(yùn)行自桂動(dòng)化程采度高，井便于操驅(qū)控，運(yùn)棟行人員瓜少，無(wú)話壓力容津器存在桐，安全可性好。挪機(jī)組體劍積小，疼可靈活殘安置在肢任何地憤方，節(jié)滴約空間玉。桐參考文渠獻(xiàn)敗1.D里iao控N邪R,芝Zen腔gH姐Y少and欺Fa習(xí)ng錫ZH塊,I奶mpr裁ove所men診to削nM支ode鑄lin北go并fH蜻eat蕩Tr親ans式fer極in前Ve棒rti獨(dú)cal咽Gr拔oun仍dH免eat盾Ex閣cha握nge塑rs,峰In炊ter碑nat案ion跟al捏Jou屋rna買(mǎi)lo殊fH