上海市世博园内某指挥办公大楼地能三联供系统节能工程

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1、上海市世博园内某指挥办公大楼地能三联供系统节能工程本文以实际空调工程为例，对不同设计方案进行了经济分析和比较，得出采用地能三联供空调系统在实现冷、暖空调及卫生热水中具有独特的优势。本工程的成功实施，也表明了该系统具有节能环保、稳定可靠的优点。关键词：地能三联供节能数据模拟创新一、工程概述　　该指挥办公楼地处上海世博园内黄浦区半凇园路，楼高四层，大楼总建筑面积3136平方米，室内空调面积约为2384平方米。该建筑设计总冷负荷450K3/h.P噪声dB(A)干球温度/℃相对温度/%干球温度/℃相对温度/%1办公区26±1≤6520±1≥

2、3530≤352餐厅25±1≤6518±1≥3520≤403会议室25±1≤6520±1≥3525≤354娱乐、休闲26±1≤6518±1≥3525≤40三、方案设计　　在空调冷热源确定的过程中,提出了多个方案,经论证后选用地能三联供节能系统。以下是原三个方案进行技术、经济分析与比较。　　方案一：常规螺杆式冷水机组加燃油热水锅炉系统。即选用2台单机制冷量163KW的螺杆式冷水机组作为空调冷源,选用1台供热量280KW的燃气锅炉作为冬季空调热源,同时供应生活热水。　　方案二：常规风冷热泵机组加热泵热水机组水空调系统。即选用2台单机制冷

3、量160KW风冷冷热水机组作为空调冷热源。选用一台制热量为42KW风冷热泵热水机组供应生活热水。　　方案三：地能三联供空调系统。即选用2台制冷量165KW，热回收量50.8KW的地能热泵机组作为空调冷热源。在制冷及供暖季节，由热回收供应生活热水。选用一台制热量为42KW地能热水机组在过渡季节供应生活热水及在空调负荷较低时作生活热水补充热源，且地埋管换热器使用年限50年。　　方案方案一方案二方案三总初投资（万元）96102116空调运行成本（万元/年）16.422.310.0热水运行成本（万元/年）4.54.81.2总运行费用（万元/

4、年）212711.2年节约费用（万元/年）6----15.8成本回收期（年）　　方案三与方案一相比，投资回收期为1.3年　　方案三与方案二相比，投资回收期为1年综上所述，方案三与方案一、方案二相比，方案三具有如下特点：　　1.热水成本低：以每年3000吨热水加热为例（约8吨/天），采用地源三联供系统运行用相当于燃气锅炉加热费用的33%，相当于空气源热泵热水机的25%；　　2.采暖、制冷运行费用低，地能三联供系统年运行费用比常规冷水机组运行费用节约10万元，比空气源热泵热水机节约16万元；　　3.环保效果显著：地能三联供空调充分利用室

5、内空气废热制取热水，利用土壤的低位热能制冷或采暖，节省大量能源，符合可持续发展。由此可得采用三联供冷热水地能热泵机组明显优越于其他组合方案。采用方案三为最佳选择方案。地能三联供系统图四、项目创新特点　　地能中央空调系统设计应用的难点，主要在于地埋管换热器的传热模型的研究及强化传热,以减小钻孔深度，节省地下埋管费用。地下换热量由土壤特性与埋地换热器耦合作用的热特性,随着负荷的变化，系统换热量也是动态变化的。因此在设计方案中，采用经验单位深度换热量直接用于工程设计的做法是不合理的。为避免地埋管换热不足，在该系统地埋管换热器设计中我们采用

6、三维换热模型，保证地能热泵系统安全、稳定运行。　　1、地质结构　　为了取得合理的设计参数，避免走入采用经验数据的误区，我们对当地进行了取样研究，以确定实际的换热效果及确保系统的节能最大化。经取样后其综合地质如下表：　　2、条件假设由于U型竖直埋管地下换热器的几何形状和土壤传热的复杂多样性,建立能精确模拟所有实际情况的模型并求解,以现有计算计算来说几乎不可能,所以要做必要的简化。同时为了保持所得结果的精度符合工程要求,特做以下假设:　　1)忽略U型管周围土壤沿深度方向的传热,只考虑在水平方热传递；　　2)土壤均匀,而且在整个传热过程中

7、土壤的热物性稳定；　　3)忽略U型管管壁与回填土、回填土与土壤之间的接触热阻；　　4)忽略地表温度波动对土壤温度的影响,认为土壤温度均匀一致；　　5)管内同一截面的流体温度和速度相同；　　6)不考虑U型管底部弯管的影响。　　3、控制方程　　由于地埋管地下换热器流体为保证较好的换热效果，流体一般都处于湍流状态，因此采用三维模拟时，选用双方称模型来求解水管中水的流动和传热的控制方程，并将能量方程与回填土和土壤中的传热过程耦合。　　连续方程：　　动量方程：　　能量方程:　　湍动能方程:　　湍动能耗散率方程:　　回填土和土壤中传热的控制方程

8、:　　4、模拟实例　　按照每周五天工作日，每日工作时间均为8小时的运行条件下，土壤温度的升高与降低情况。数值模拟采用上述条件假设、模拟计算的基本设计参数和流体运动与换热的数学模型包含质量、动量、能量守恒以及湍流量的守恒。采用流体中应用