南京工程学院图书馆地源热泵

南京工程学院图书信息中心浅层地表水源热泵空调系统浅层地表水源热泵空调系统（建设部节能示范工程）（建设部节能示范工程）建设部年科技示范项目建设部年科技示范项目项目承担人：南京工程学院南京工程学院南京市建筑设计研究院南京市建筑设计研究院南京丰盛能源环境科技发展有限公司南京丰盛能源环境科技发展有限公司南京工程学院图书信息中心介绍p 地理位置：位于南京市江宁区大学城南京工程学院新校区内p 新校区建设收官之作标志性建筑p 充分利用自然景观和资源，实现与自然的和谐p 江苏省首个低能耗图书馆建筑p 国内首个采用浅表水源热泵技术的工程图书信息中心概况建 筑 概 况o 建筑功能：图书馆和计算中心o 工程总用地面积：56000 o 建筑基底面积： 10158o 总建筑面积： 38370o 建筑密度： 18.1%o 容积率： 0.68o 绿地率： 31o 层数：5层 建筑高度：23.45米总平面布局原理原理UTILITYINOUTWELLOver pressure valveP1P2P3EvaporatorDT = 5 CA1A2B2B1C2C1D1D2WINTERCondenserDT = 6 CINOUTUTILITYINOUTWELLOver pressure valveP1P2P3EvaporatorDT = 5 CA1A2B2B1C2D1SUMMERD2C1CondenserDT = 12 CINOUT 水中低品位（闲置）热量转移到高品位热量水中低品位（闲置）热量转移到高品位热量 为人类服务。为人类服务。 能效比高：制热能效比高：制热COP4.5 制冷制冷COP5.5 一次能源效率高。一次能源效率高。E1.3（最高）。（最高）。冷暖兼备，一机三用。冷暖兼备，一机三用。工作稳定、可靠、可调性强。工作稳定、可靠、可调性强。环保、节能、再生。环保、节能、再生。水源热泵系统能效比水源热泵分类o 水源热泵系统根据水源侧分水源热泵系统根据水源侧分 1、开式系统、开式系统 2、 闭式系统（水池环路系统）闭式系统（水池环路系统）开式系统又分为开式系统又分为 1、 抽水抽水回灌系统回灌系统 2、只抽水不回灌系统、只抽水不回灌系统 3、地表水系统、地表水系统 综合设计方案综合设计方案得天独厚的可再生能源条件 离图书信息中心约200米处，为拥有约300亩水面的天印湖。湖水最深处为10至12米，夏季平均蓄水深度约4米，冬季平均蓄水深度约3米，蓄水量约5万立方米。 水温监测情况节能设计思路与基本方案 o 通过综合设备与围护系统各项节能技术的应用使建筑能耗明显降低，实现建筑节能率大于65%的目标。o 考虑在地表水丰富地区利用淡水源热泵技术进行供冷、供热。 闭式浅层地表水地源热泵空调系统o 夏热冬冷地区低能耗图书馆建筑设计应用 公共建筑围护结构节能设计、外遮阳设计围护结构节能措施 倒置式屋面保温，倒置式屋面保温，K=0.58 W/(K=0.58 W/(.K) .K) 外墙：干挂玻化砖外墙：干挂玻化砖+XPS+XPS+页岩模数砖，页岩模数砖，K=0.68 W/(K=0.68 W/(.K) .K) 内墙内墙200mm ALC 200mm ALC 板，板，K=0.78K=0.78 外窗、玻璃幕墙：外窗、玻璃幕墙： Se=0.32Se=0.32、K=2.1 W /(K=2.1 W /(.K) .K) 6mmPLT-T+12A 6mmPLT-T+12A（ARGONARGON）+6mmST136+6mmST136 外遮阳：采用多种固定挡板外遮阳：采用多种固定挡板 地面地面 ： K=0.76 W /(K=0.76 W /(.K) .K) XPS XPS、页岩模数砖列江苏省、页岩模数砖列江苏省20052005年第三批建设科技成果推年第三批建设科技成果推广项目（广项目（20052005）046046、058058。ALCALC列列20012001年建设部科技成果推年建设部科技成果推广转化指南项目广转化指南项目20010242001024。内庭视图（外遮阳内庭视图（外遮阳1 1）东立面（外遮阳东立面（外遮阳2 2）设备系统设计与选型设备系统设计与选型空调冷热负荷计算o 采用动态负荷计算理论：采用动态负荷计算理论： 夏季空调计算冷负荷为6120kW6120kW 冬季空调计算热负荷为3860kW3860kWo 考虑不同功能部分应用时间的不同与使用率，考虑不同功能部分应用时间的不同与使用率，取负荷系数为取负荷系数为0.8,0.8,则：则： 夏季实际空调计算冷负荷为4896kW4896kW 冬季实际空调计算热负荷为3088kW3088kW多种冷热源比较1o 燃气锅炉供暖燃气锅炉供暖+ +螺杆式冷水机组制冷系统螺杆式冷水机组制冷系统 供冷量3624195kWh/3624195kWh/年年耗电量906049kWh/906049kWh/年年供热量1525106kwh/1525106kwh/年年水泵耗电量89142kwh/89142kwh/年年耗气量192881m3/192881m3/年年总能耗折标煤:630630吨标煤吨标煤直接费用113113万元万元冷却水水费17727x2.8/10000=517727x2.8/10000=5万元万元人工与维护费1515万元万元合计运行费138138万元万元系统造价800800万元万元多种冷热源比较2供冷量3624195kWh/3624195kWh/年年耗电量1294355kWh/1294355kWh/年年供热量1525106kwh/1525106kwh/年年耗电量610042kwh/610042kwh/年年总（电）能耗1904397kWh/1904397kWh/年、折标煤年、折标煤779.4T779.4T直接费用124124万元万元人工与维护费1010万元万元合计运行费134134万元万元系统造价980980万元万元p空气源热泵空调系统空气源热泵空调系统 多种冷热源比较多种冷热源比较3 3o 闭式地表水地源热泵空调系统闭式地表水地源热泵空调系统 供冷量3624195kWh/3624195kWh/年年耗电量805378kwh/805378kwh/年年供热量1525106kwh/1525106kwh/年年耗电量435745kwh/435745kwh/年年总(电)能耗 1241123 kWh/1241123 kWh/年、折标煤年、折标煤508T508T总费用8181万元万元人工与维护费1010万元万元合计运行费9191万元万元系统造价10281028万元万元闭式地表水地源热泵系统选型考虑闭式地表水地源热泵系统选型考虑o 效率高、运行费用低、节能效率高、运行费用低、节能 全年地表水的温度波动较小，是很好的热泵冷热源。这种温度特性使其比传统空调系统运行效率要高约40。o 节水、卫生、环保节水、卫生、环保 浅层地表水源热泵系统的运行没有废弃物，省去了冷却塔和水处理系统，节省了大量冷却用自来水，避免了冷却塔噪音及霉菌、军团菌和热岛环境。 闭式系统使得循环水与地表水隔绝，不会干扰湖底的微生物，更环保，运行更安全。o 运行稳定可靠运行稳定可靠 受天气及环境、温度变化的影响小，在寒冷的冬季制热无结霜、除霜之虑；无安全隐患；机组使用寿命长，主要零部件少，维护费用低，主机运行寿命可达到15年以上。设备选型及参数 o 空调系统选用空调系统选用3 3台台意大利克莱门特意大利克莱门特水源热泵机组，每台水源热泵机组，每台机组设计工况制冷量为机组设计工况制冷量为1658kW1658kW，输入功率，输入功率238kW238kW，设计工，设计工况制热量为况制热量为1600kW1600kW，输入功率，输入功率420kW420kW；o 设计工况为设计工况为, , 夏季夏季: :空调供回水温度分别为空调供回水温度分别为6/126/12，冷凝器进出水温度分别为冷凝器进出水温度分别为30/35; 30/35; 冬季冬季: :空调供回水温空调供回水温度分别为度分别为45/3945/39，蒸发器进出水温度分别为，蒸发器进出水温度分别为4/24/2； o 采用水泵变频控制，系统变水量运行。采用水泵变频控制，系统变水量运行。 换热器单元结合湖床条件采用形展开式,每20个单元为一组,系统由六个独立地表水换热器回路组成, 连接换热器单元组的集管采用同程方式连接。每个换热器单元夏季设计工况设计接近温度为5,换热量为9.6kW(2.73RT),管内流速为0.86m/s,阻力为80kPa.最远换热器单元距离机房约800米,系统设流量为330m3/h,扬程为3mH2O的变频水泵三台。经校核计算,该闭式地表水换热系统冬季设计工况的最大取热量为3840kW,满足工程设计要求。 闭式地表水换热器系统闭式地表水换热器布置平面图系统流程图施工现场图片闭式地表水地源热泵系统性能指标o 工程空调系统采用高效、节能、环保的闭式地表水工程空调系统采用高效、节能、环保的闭式地表水地源热泵空调系统；地源热泵空调系统；o 螺杆式水源热泵机组螺杆式水源热泵机组3 3台，制冷设计工况能效比为台，制冷设计工况能效比为5 5，制热设计工况能效比为制热设计工况能效比为4.04.0，运行稳定性保证率：，运行稳定性保证率：100100 ; ;o 空调水温差空调水温差66，水泵，水泵ErEr值值0.019(0.019(小于小于0.0241)0.0241)。综合节能率综合节能率65%65%o 建筑能耗性能化设计建筑能耗性能化设计DeSTDeST模拟分析结果：模拟分析结果：全年累计空调能耗 141.49 141.49 全年累计采暖耗电量 19.85 19.85 全年累计采暖能耗 59.54 59.54 全年累计空调耗电量 35.37 35.37 全年累计照明能耗 52.04 52.04 建筑物总耗电量 107.26 107.26 节能率 65.03% 65.03% 效益分析效益分析o 1 1、闭式地表水地源热泵空调系统与、闭式地表水地源热泵空调系统与燃气锅炉供暖燃气锅炉供暖+ +螺杆螺杆式冷水机组制冷系统比较式冷水机组制冷系统比较 运行费（前者运行费（前者/ /后者）：（后者）：（9191：138 138 ）万元）万元/ /年；年； 系统造价系统造价 （前者（前者/ /后者）后者）:(1028:(1028：800 800 ）万元；）万元； 增量投资回收期（静态）：增量投资回收期（静态）：4.854.85年；年； 每年节省能耗折标煤每年节省能耗折标煤122.5122.5吨，节能率吨，节能率19.219.2； 同时节省大量冷却塔补水同时节省大量冷却塔补水17727m17727m3 3 。 效益分析效益分析o 2 2、闭式地表水地源热泵空调系统与、闭式地表水地源热泵空调系统与空气源热泵空空气源热泵空调系统比较调系统比较 运行费（前者运行费（前者/ /后者）：（后者）：（9191：134 134 ）万元）万元 系统造价系统造价 （前者（前者/ /后者）：（后者）：（10281028：980980） 增量投资回收期（静态）：增量投资回收期（静态）：1 1年年 每年节省电能每年节省电能663MWh663MWh，折合标煤，折合标煤271T271T，节能率，节能率3535以上以上 地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告 测试地点：南京工程学院测试地点：南京工程学院测试单位：东南大学能源与环境测试单位：东南大学能源与环境学院学院日期：日期：20062006年年1212月月8 8日日地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告o 试验方案试验方案o 为测试不同形式地表水换热器的性能，湖水中的换热器设计成三种形式：o 一、抛管：用一根长为200m直径为32mm的PE管排成水平的U型管。地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告o 二、盘管：用一根直径为32mm的PE管盘成四个有16圈的盘管。地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告o 三、螺旋管：用一根直径为32mm的PE管绕成N圈的螺旋管。地表水换热器的实验研究报告地表水换热器的实验研究报告试验部分部分温度、循环水流量、压力曲线图试验部分部分温度、循环水流量、压力曲线图 环境影响分析环境影响分析o 经计算论证，地表水换热器取热和释热经计算论证，地表水换热器取热和释热量对湖水影响很小，周累计温升（降）均小量对湖水影响很小，周累计温升（降）均小于于0.2,0.2,明显低于国家相关标准。明显低于国家相关标准。 工程进展情况工程进展情况o 2006年5月，项目正式立项；o 2006年7月，进入项目前期设计阶段；o 2007年5月，本项目被评为2007年建设部 节能示范工程；o 2007年6月，本项目进入湖水源热泵施工阶段；o 2007年月，本项目调试验收。施工照片