地源热泵方案可行性报告

目录
一、工程概况----------------------------------------------------02
二、方案一------------------------------------------------------02
1、方案简述-----------------------------------------------------02
2、地源热泵系统概述---------------------------------------------03
3、系统方案设计-------------------------------------------------10
4、工程造价概算-------------------------------------------------20
5、运行费用概算-------------------------------------------------25
三、方案二------------------------------------------------------27
1、方案简述-----------------------------------------------------27
2、供暖系统设计-------------------------------------------------28
3、供冷系统设计-------------------------------------------------30
4、工程造价概算-------------------------------------------------31
5、运行费用概算-------------------------------------------------33
四、方案一、二比较----------------------------------------------35
1、系统性能比较-------------------------------------------------35
2、经济指标比较-------------------------------------------------36
五、其他--------------------------------------------------------36 附图一：地源热泵机房流程图（南区）
附图二：钻孔分布图
附图三：埋管节点详图
附图四：检查井大样图
附图五：锅炉房系统流程图
一、项目概况：
1、工程名称：某养老院项目。

2、工程概况：总用地面积，81173㎡；总建筑面积，95310.1㎡。

其中地下、半地下面积24480㎡，包括地下车库8170㎡，员工宿舍、后勤12230㎡，公共服务4080㎡。

地上总面积70830.1㎡，包括自理型33749.1㎡,护理型20220㎡，临托型6038㎡，公共配套5000㎡，中式小院1450㎡，酒店4373㎡。

3、结构层数：最高五层。

4、拟选用方案：
4.1方案一：
冷热源：冬季采用地源热泵机组供热。

夏季采用地源热泵机组+螺杆式冷水机组联合供冷。

末端系统：冬季采用地板辐射式采暖，夏季采用中央空调系统制冷。

4.2方案二：
冷热源：热源采用燃气锅炉，冷源采用VRV空调。

末端系统：冬季采用地板辐射式采暖，夏季采用VRV空调系统制冷。

5、概算指标：
5.1采暖及制冷计算面积：（95310－8170（地下车库面积））×80%=69712㎡。

以园区中间小河为界分为南北两个区，单独设置冷热源及末端系统。

其中南区面积约53000㎡，北区面积约17000㎡。

5.2冷热负荷指标：
建筑物的冷热负荷指标与建筑物所处的地理位置、使用功能、人员密集程度、外部围护结构等诸多因素有关，需条件具备后经详细计算方能得出。

本方案仅为估算值。

5.2.1冷负荷：
南区120W/㎡×53000㎡=6360KW
北区120W/㎡×17000㎡=2040KW
5.2.2热负荷：
南区70W/㎡×53000㎡=3710KW
北区70W/㎡×17000㎡=1190KW
二、方案一：
1、方案简要说明：
1.1因本地区夏季冷负荷远大于冬季热负荷，故如冬夏季均采用地源热泵机组作为冷热源，则夏季传输到地下土壤中的热量将远大于冬季由土壤中提升上来的热量。

久之，则会影响到的地下土壤原有的热平衡，进而会破坏本地区的生态环境。

因此，本工程冬季采用地源热泵机组供热，夏季采用地源热泵机组+螺杆式冷水机组联合供冷。

1.2冬季热源，采用地源热泵机组供热，机组出水温度42℃，回水温度38℃。

1.3夏季冷源，采用地源热泵机组+螺杆式冷水机组联合供冷。

机组出水温度7℃，回水温度12℃。

2、地源热泵系统概述：
2.1这种空调系统是把热交换器埋于地下，通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路
中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。

夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。

同时储存热量，以备冬用。

冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。

垂直埋管地源热泵系统
水平埋管地源热泵系统
〈1〉工作原理：地源热泵空调的心脏是一个“热泵”（制冷、供热）。

供暖时，它吸取地热向用户排放，此过程只消耗少量电能，如图1所示。

制冷时，它吸取用户室内的热量向地下排放，同样也消耗少量热能，如图2所示
〈2〉机组运行过程：
冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。

如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供45℃-50℃的热水。

如图3所示。

夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水
（7-12℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7-12℃的冷水。

〈3〉土壤热交换器埋管形式：地下埋管换热器主要有两种形式，即水平埋管和垂直埋管。

选择哪种形式取决于现场可用地表面积、当地岩土类型以及钻孔费用。

尽管水平埋管通常是浅层埋管，可采用人工开挖，初投资比垂直埋管小些，但它的换热性能比竖埋管小很多，并且往往受可利用土地面积的限制，所以在实际工程应用中，一般都采用垂直埋管。

（见图4）
2.2地源热泵发展概况：
地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文现中。

20世纪50年代，欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮。

但在当时能源价格低，这种系统并不经济，因而未得到推广。

直到上世纪70年代，石油危机和日益恶化的环境把人们的注意力集中到节能、高效益用能和环境保护上时，使地源热泵的研究进入了又一次高潮，最近20年在欧美等工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。

在美国地源热泵空调系统占整个空调系统的40%，是美国政府极力推广的节能、环保技术。

为了表示支持这种技术，美国总统布什在他的得克萨斯州的别墅中也安装了这种地源热泵空调系统（见2001年5月28日参考消息）。

到目前为止美国已安装了600，000台，而且计划每年安装40
万台的目标，能降低温室气体排放一百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染排放或种植树一百万英亩，年节约能源费用4.2亿美元。

瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用地源热泵，用于供暖及提供生活热水。

据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例：瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。

在我国由于能源价格的特殊性以及人们节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响，地源热泵空调技术应用和发展比较缓慢，人们对之尚不十分了解，推广较困难，然而随着人们生活水平的提高，人均能耗的增长，一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化，地源热泵技术已越来越引起人们的重视。

在目前节能和环保的潮流下，该技术以其特有的节能性和稳定性受到行业的瞩目，国内许多院校、科研所作了大量的应用研究。

国家建设部在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中专门作了推荐。

据统计，仅在北京2004年施工并投入运行的地源热泵系统的空调工程占全年空调工程总量的2/3以上。

可以预见，随着经济的发展，人们节能、环保意识的日益提高，地（水）源热泵作为一种节能、环保的绿色空调设备适应能源可持续发展战略要求，在中国必将有广阔的应用和发展前景。

2.3地源空调系统的优缺点：
2.3.1优点
(1) 利用可再生能源：属可再生能源利用技术
地源热泵从常温土壤或地表水（地下水）中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续使用。

(2) 高效节能，运行费用低：属经济有效的节能技术
地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。

另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，
也保证了系统的高效性和经济性。

在制热制冷时，输入1KW的电量可以得到5KW以上的制冷制热量。

运行费用每年每平方米仅为15——18元，比常规中央空调系统低40%左右。

(3) 节水省地：1）以土壤(水)为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染。

2）省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观
(4) 环境效益显著
该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，在供热时，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。

(5) 运行安全稳定，可靠性高：地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆炸的危险，使用安全。

燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。

由于土壤深处温度非常恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响，运行工况非常稳定，优于其它空调设备。

不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题。

整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。

(6) 一机两用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、制冷，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。

可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于住宅的采暖、供冷。

(7) 自动运行
地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，可无人值守；此外，机组使用寿命长，均在20年以上。

2.3.2缺点
(1)目前地源热泵的技术存在的最大不足是“土壤热不平衡”的问题。

(2)南方地区以供冷为主，常年向地下注入热量；而北方地区冬季供暖需求大，从土壤中大量吸热，长年运行后将导致土壤温度失衡，影响周围生态。

设计时应充分考虑。

(4)地源热泵应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；打井埋管受场地限制比较大，必须有足够的面积用于打井和埋管；设计及运行中对全年冷热平衡有较大要求，要做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量大体平衡。

2.4地源空调系统的社会效益：
在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。

特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。

因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。

传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。

对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果。

天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电。

也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。

另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电量。

另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张。

地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应。

对环境非常
友好。

地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。

冬季向建筑物供热，夏季又可供冷。

可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。

随着21世纪的到来，我国对建筑节能的要求越来越高。

减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务。

特别是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源。

随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要满足冬季采暖的要求，而且需要夏季空调降温，地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。

地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。

一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。

系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。

地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40～60％，节能50%左右。

另外，地源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

2.5地源热泵技术国家相关政策
✧2002年12月，国土资源部《关于进一步加强地热矿泉水资源管理的通知》（国土资发
[2002]414号）指出，“地热资源是宝贵的矿产资源，是重要的清洁能源之一”；“要加大地热资源的勘查评价力度，加强地热资源开发和保护”；“开展地热开发示范项目和地热水回灌等新技术的研究推广工作，实现地热资源的可持续利用”。

✧2005年2月28日，国家主席胡锦涛颁布33号令：2006年1月1日《中华人民共和国
可再生能源法》开始正式实施。

地热能的开发与利用被明确列入新能源所鼓励发展范围。

✧2005年11月29日，国家发展和改革委员会制订并颁布了《中华人民共和国可再生能
源产业发展指导目录》，“地热发电、地热供暖、地源热泵供暖和/或空调、地下热能储存系统”列入重点发展项目；“地热井专用钻探设备、地热井泵、水源热泵机组、地热
能系统设计、优化和测评软件、水的热源利用”被列为地热利用领域重点推荐选用设备。

✧2006年1月1日起，由国家发展和改革委员会制订的《可再生能源发电价格和费用分
摊管理试行办法》开始执行。

其中第九条太阳能发电、海洋能发电和地热能发电项目上网电价实行政府定价，其电价标准由国务院价格主管部门按照合理成本加合理利润的原则制定。

✧2006年4月，《国土资源“十一五”规划纲要》出台，提出十一五期间要加大能源矿
产勘查力度，“开展地热、干热岩资源潜力评价，圈定远景开发区。

”
✧2006年6月16日，由发展改革委、国土资源部、建设部、海洋局、各省、自治区、
直辖市、计划单列市财政厅（局）联合颁布《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》。

中央财政设立了可再生能源发展专项资金，为了规范可再生能源发展专项资金的管理。

✧2006年8月，国家财政部发布《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》中明确提出
“加强对可再生能源发展专项资金的管理，重点扶持燃料乙醇、生物柴油、太阳能、风能、地热能等的开发利用。

”其中第二章有关“扶持重点”第七条中提出“建筑物供热、采暖和制冷可再生能源开发利用，重点支持太阳能、地热能等在建筑物种的推广应用。

”
✧2006年12月，《北京市“十一五”时期地质勘查发展规划》提出“地热能、浅层地（温）
能等可再生资源将加大开发利用力度，到2010年新能源和再生能源占能源消费总量的比重争取到4%”。

“要加强平原区已知热田外围地质勘查、增加地热资源储量、开展地热资源空白区的勘查评价”。

完成规划新城和新农村建设的综合地质勘查、地热资源勘查……。

✧2007年1月，建设部发布《建设事业“十一五”重点推广技术领域》，确定了“十一
五”期间九大重点推广技术领域，其中“建筑节能与新能源开发利用技术领域”中重点推广太阳能、浅层地温能、生物能及其他能源利用技术；其中建筑节能改造技术重点推广：供热采暖制冷系统节能改造技术。

✧2007年6月，国务院发布《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发
[2007]15号），明确提出要“大力发展可再生能源，抓紧制订出台可再生能源中长期规划，推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建
筑一体化的科研、开发和建设，加强资源调查评价。

✧2009年7月6日，财政部、住房和城乡建设部发布《可再生能源建筑应用城市示范实
施方案》(财建[2009]305号)，制定了中央财政支持地热等新兴能源项目的扶持政策和奖励标准。

✧2009年7月6日，财政部、住房和城乡建设部发布《加快推进农村地区可再生能源建
筑应用的实施方案》(财建[2009]306号)，制定了地方发展地热等新兴替代化石能源项目的扶持政策和补贴标准。

3、系统方案设计：
3.1说明：
因本项目计算夏季冷负荷远大于冬季热负荷，为做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量大体平衡，以不影响长期使用及影响到生态环境。

因此，跟工程设计冬季采用地源热泵机组供热，夏季采用地源热泵机组加螺杆式冷水机组联合供冷。

夏季供冷时，螺杆式冷水机组作为地源热泵机组的补充。

依据项目实际情况，考虑到各类管道穿越中间河流时的施工及使用难度，将本项目分为南北两个区，分别设置地源热泵机房及末端系统。

其中自理区、临托区、护理区、酒店、中式小院均为全天候供热及供冷，员工宿舍区主要为夜间使用，公共服务及后勤主要为白天使用。

地下车库不考虑供热及供冷。

附图一：地源热泵机组流程图
3.2地源热泵机房：
3.2.1地源热泵机组简要说明：
产品特点：
满液式水源热泵螺杆机组是一种利用地下水或地下土壤作为冷热源来制取冷水和热水的机组；由于地下环境温度相对稳定，在冬季，机组将地下土壤中的热量提取出来，制取热水，供建筑物空调采暖及其他用途；在夏季，机组将室内的热量提取出来，释放到地
下土壤中，达到夏季空调制冷的目的。

1）环保
◆一机多用
机组既能制取冷热水，供办公楼宇、医院、商场等舒适性空调场所制冷采暖用，也可单独作为热水机组使用，提供最高55℃的热水，满足建筑物生活用热水的需要。

◆无污染
机组供热时不需要锅炉，避免了锅炉燃烧过程中产生的排烟污染；机组制冷时不需要冷却塔，避免了冷却塔的噪音污染以及霉菌滋生。

◆小流量设计
采用大温差小流量设计，节约地下水用量，同时节省水泵能耗；
2）高效节能
◆采用满液式蒸发方式
A、蒸发器中的制冷剂分布更均匀，温度场优化换热效率更高。

B、满液式蒸发器，大幅度地提高了机组的蒸发温度，提升了机组的换热效率。

C、通过与高性能高可靠性的专用螺杆压缩机的搭配，大大提升了机组的制冷量和能效比。

◆新型节流
A、自动计算最佳能效比值，并快速调节实际值，按需输出进一步优化控制逻辑。

B、电子膨胀阀更精确地调节制冷流量及蒸发器液位的变化。

C、机组的部分负荷效率始终保持最高，运行范围更宽。

◆多机并联、部分负荷效率更高
格力满液式多机并联技术，可设置双机并联运行，也可设置单机独立运行，部分负荷运行时效率更高。

◆容量调节与机组负荷匹配
D、压缩机在最小负荷位置启动，可对制冷量进行无级调节。

E、无级滑阀调节强制输气，与实际负荷完全匹配。

3）高可靠性
◆严格实验流程
A、具有业内最先进的在线检测系统，每台机组出厂前都经过严格的全性能测试。

B、严格按照国标 GB/T10870、GB/T19409 等的要求执行。

◆可靠的回油系统
A、专门针对满液式冷水机组系统，设置低油位保护控制，完全杜绝了压缩机少油损坏的可能性。

机械分离和吸附分离相结合的一次及二次油分，保证了油的高效分离。

4）彩色图象显示控制中心
◆彩色显示中心（用户选配项）
A、大屏幕的全中文液晶显示（具有模式、时间、温度、状态、曲线、调试参数、故障信息等显示、设置、查询功能）。

B、机组电源、运行、故障显示。

C、冷冻水、冷却水进、出水温度显示。

D、压缩机、蒸发器、冷凝器运行状态显示界面。

◆功能控制中心
A、低卸载启动功能、压缩机无级容量调节功能。

B、最短运转时间限制功能、定时开关机功能、压缩机油加热器控制功能。

C、记忆功能、自动控制冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机运行功能。

5）远程控制
◆远程控制中心
A、图形方式显示运行数据，界面友好、直观。

B、多机远程控制，可同时控制8 台螺杆式冷水机组主机。

C、可通过MODBUS 将螺杆机主机嵌入楼宇智能大厦BAS 系统。

D、可接入楼宇自动化管理系统。

3.2.2南区：
南区机房拟设于公共设施区域，位置在一层或地下室均可。

所需使用面积约150㎡。

南区计算夏季冷负荷为6360KW，冬季热负荷为3710KW。

选用三台地源热泵机组，两台螺杆式冷水机组。

五台冷冻水循环泵，其中地源热泵侧三台，螺杆式冷水机组侧两台，设旁通管连接，互为备用。

采用变频控制，冷热水公用。

四台地埋管循环泵，三用一备。

三台冷却水循环泵，两用一备。

以及其他附属设备。

表2.1地源热泵机组技术参数
运行工况：
制冷时：冷冻水进出口温度12/7℃，
冷却水进出口温度18/29℃.
制热时：冷却水进口温度15℃，
热水进出口温度40/45℃，最高可达到55℃。

表2.2螺杆式冷水机组技术参数
运行工况：
制冷时：冷冻水进出口温度12/7℃，
冷却水进出口温度32/37℃.
表2.3地源热泵机房主要设备表
3.2.3北区：
北区机房拟设于酒店内，位置在一层或地下室均可。

所需使用面积约80㎡。

北区计算夏季冷负荷为2040KW，冬季热负荷为1190KW。

选用一台地源热泵机组，一台螺杆式冷水机组。

两台冷冻水循环泵，其中地源热泵侧一台，螺杆式冷水机组侧一台，设旁通管连接，互为备用。

采用变频控制，冷热水公用。

两台地埋管循环泵，一用一备。

两台冷却水循环泵，一用一备。

以及其他附属设备。

表2.4地源热泵机组技术参数
运行工况：
制冷时：冷冻水进出口温度12/7℃，
冷却水进出口温度18/29℃.
制热时：冷却水进口温度15℃，
热水进出口温度40/45℃，最高可达到55℃。

表2.5螺杆式冷水机组技术参数
运行工况：
制冷时：冷冻水进出口温度12/7℃，
冷却水进出口温度32/37℃. 表2.6水源热泵机房主要设备表
3.3地下换热器设计：
3.3.1说明：
地下换热器是地源热泵系统的核心部分。

常规的土壤换热器有垂直埋管和水平埋管两种。

垂直埋管型换热器占地面积少，深度方向有调剂性，愈深，受大气影响引起的波动愈小。

依据本工程特点，采用垂直埋管型换热器。

换热孔布置，利用园区内绿化及道路区域进行换热孔布置，不占用建筑物下部面积。

以减少施工难度。

依据各建筑物间具体孔数，将地下换热器分为若干个区，每区孔数约90个；每10个孔为一支路，连接后汇入区域集分水器。

各区域集分水器总管连接后汇入机房总集分水器。

本工程地埋管的数量大，分布范围广。

为确保每一个换热孔都能有一定的换热介质流过，实现有效、高效的换热，同时最大限度的增加系统的安全性。

所以地埋换热管均采用同程连接。

总集分水器以及区域集分水器阀门采用手动调节阀+静态或动态平衡阀，以调节控制各支路介质流量。

地下换热器管材采用HDPE高密度聚乙烯管。

此管有良好的耐腐蚀性，且有高强度的韧性，易弯曲和伸直，变形中无脆性、不反弹。

管内壁平滑，不结垢，管内流体阻力小。

导热系数大，换热性能较强，也较稳定。

使用寿命在50年以上。