湖南某别墅

水源热泵中央空调

设

计

方

案

金国达科技（湖南）有限公司

JINGUODA TECHNOLOGY   (HUNAN) CO.，LTD.

2013年06月10日

一、工程概况

本工程位于湖南某地市，该项目为家用别墅，共三层；总的建筑面积约为550㎡，其中空调面积约287㎡，100㎡需做地板采暖，属常规型中央空调。

二、设计思路

1、设计依据及参数   

①、室外计算参数（参考郴州市）

        夏季空调室外(干球)计算温度：35.5℃

夏季空调室外(湿球)计算温度：27.5℃

        冬季空调室外(干球)计算温度：-2℃   

②、室内设计参数

        夏季：24----28℃

冬季：18----22℃  

 2、机组选择原则：考虑到投资方的利益，既要节省投资，又要达到高标准使用要求，主机选用国家大力推广使用节能环保的金国达水源热泵机组。省去了锅炉房及加热设备、除尘净化设备的投资和对大气环境的污染。

3、本方案设计采用金国达水源热泵(带热回收)系统，真正做到“一机五用”。利用水源热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，并可全年提供生活热水，提高了设备的利用率，夏季用空调时，生活热水完全免费，大大节省运行费用。

（①制冷、②制热（含地暖）、③制冷+免费热水、④制热+热水、⑤热水）

4、末端采用风机盘管空调机组；制取热水温度≦65℃；热水随开随有。

三、 室内空调系统负荷设计

四、主机系统设计     

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

2、主机选1台JGDSSDRH-60T水源热泵 (带热回收)机组提供冷、热源、热水；

3、水源热泵冷热源取水方案、取水量及抽水井和回灌井数量

①、夏季水源水量Gs（m3/h）按下式计算:

Gs=0.86（Qr+N）/Δts  

式中 Qr - 水源热泵主机制冷量(KW)；

N - 水源热泵主机制冷功率(KW)；

Δts-水源水进出热泵机组温差(℃)。    

夏季水量：空调主机用水量：0.86×(58.8+13)/11=5.62m3/h 

②、冬季水源水量Gs（m3/h）按下式计算

Gs=0.86（Qr-N）/Δts      

式中 Qr - 水源热泵主机制热量(KW)；

N - 水源热泵主机制热功率(KW)；

Δts-水源水进出热泵机组温差(℃)。    

冬季水量：空调主机用水量：0.86×(63-16.5)/7=5.72m3/h

 4、机房系统说明

  根据计算制冷量与制热量，空调系统冷热源选用金国达公司生产的JGDSSDRH-60T型水源热泵机组一台，单台制冷量为58.8KW，单台制热量为63KW，夏季提供7~12℃的空调冷水；冬季提供40~45℃的空调热水。空调冷热水系统采用一次泵定流量闭式循环系统，选用两台循环水泵，一用一备。水源水系统采用开式循环。系统采用落地式定压罐定压。为保护机组和系统的正常运行，系统补水应用软化水，拟设计软化水设备一套并软化水箱一个。为保证水质，在水源水管道上安装旋流除砂器和电子水处理仪各一台。

5、选用一台JGDSSDRH-60T水源热泵机组，系统总的井水需求量为6t/h。 本工程地点郴州安仁，在没有钻试验井的情况下,供水井出水量暂时按10t/h考虑，回灌量为10t/h，本工程需要供水井为1口，回水井的数量为1口。

6、施工说明   

①空调水系统使用管材：空调供回水管采用镀锌钢管，空调凝水管采用PVC管。

②管道连接方式：管径小于等于DN 32的管道采用螺纹连接，管径大 于DN 32管道采用焊接。

③保温：室内管道：管径小于等于DN40保温材料用25mm厚的橡塑保温管；管径大于DN40保温材料用30mm厚的橡塑保温管，外网水管道保温采用50mm厚聚氨脂发泡保温。 

④阀门：管径大于等于DN40时采用法兰蝶阀，管径小于DN40时采 用螺纹截止阀。

⑤空调系统的控制

开启顺序：水源水循环泵-空调冷热水循环泵-水源热泵机组

关闭顺序：水源热泵机组-空调冷热水循环泵-水源水循环泵

⑥所有动力设备均采用消声或隔振措施；水泵采用低噪声型；水泵与水管连接处采用橡胶接头。

7、自动控制系统

①、温度自动控制：依据设定的温度，自动确定开机及关机数量。

②、时间自动控制：预先设定自动开关机的时间。

 ③、运行时间自动平衡：每次启动时，优先启动运行时间短的机组。

④、故障汉字显示：运行故障自动记录，并有汉字查询、显示。

⑤、运行数据可实现远程查询、传递、打印（需特别提出，费用要增加）。

 ⑥、运行自动保护：压机的过载、欠压、缺相、超温等保护装置。进出水温度过高、过低、缺水、防冻等保护。

⑦、主机安全运行：循环水泵、潜水泵、主机顺控连锁。

五、水源热泵技术简介     

 1、水源热泵技术的概念和工作原理 

  水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。 

水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统。与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。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，因此水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；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.8～5.0，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％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。  

在中国的传统的空调系统概念中，由于国家的经济发展状况和政策的影响，在相当长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷问题。在二十世纪八十年代以后，制冷机组的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。北京作为大气污染最为严重的城市之一，其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，从可持续发展的角度看，必须提高能源利用效率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机组就是比较理想的一种设备。

2、水源热泵的特点：由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的来源，所以其具有以下优点：

 ①属可再生能源利用技术：水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

②高效节能：水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

③运行稳定可靠：水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，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。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

④环境效益显著：水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，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，且不用远距离输送热量。

⑤一机多用，应用范围广：水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。 

⑥自动运行：水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

当然，像任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。 

⑴可利用的水源条件限制：水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。  

⑵水层的地理结构的限制：对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。 

⑶投资的经济性：由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

六、水源热泵中央空调系统初投资