贵州 | 省地质科技园浅层地温能中央空调系统典型工程案例

来源:国家能源局 作者:全国可再生能源供暖典型案例汇编 标签: 地热供暖 能源局征集案例        收藏 0   

2022
10/31
10:37
国家能源局
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导读

贵州省地质科技园浅层地温能中央空调系统工程项目,系统采用能效控制系统进行全系统控制,对地源侧进、出水温度,负荷侧进、出水温度,地源侧流量,地源热泵机组、水泵等设备功率,室内、外温度等系统运行参数进行采集并记录处理,以达到系统节能可靠运行。

一、项目基本情况
       贵州省地质科技园浅层地温能中央空调系统工程项目位于贵阳市观山湖石林西路北侧,总建筑面积 105000 ㎡,其中地上建筑面积 84835.3 ㎡。夏季空调总冷负荷 3592kW,冬季空调总热负荷 3926kW。工程主要由三大部分构成:地埋管换热系统、空调主机安装系统和空调末端安装系统。 
       工程于 2016 年 7 月 27 日顺利通过了由建设单位组织,各参建单位和质监站参加的节能工程专项验收。并于 2018 年 9 月 29 日顺利通过贵州省可再生能源建筑应用示范项目验收。自项目运行以来,用户反馈入住体验良好,空调运行噪音低,制冷制热运行工况良好,体感舒适度高,节能环保。 

贵州省地质科技园外景
二、技术路线及系统参数
       系统采用能效控制系统进行全系统控制,对地源侧进、出水温度,负荷侧进、出水温度,地源侧流量,地源热泵机组、水泵等设备功率,室内、外温度等系统运行参数进行采集并记录处理,以达到系统节能可靠运行。 
       地埋管换热系统:换热井数量为 815 口,设计总延米数 79000 米,换热井按区域条件布置在建筑物基坑下。地埋井直径 150mm,设计深度 100m,管井间距4.2m,管井内埋设 De32 的高密度聚乙烯(PE 管)双 U 型管。 
       空调主机系统:本工程设置地源热泵空调主机房一个,3 台螺杆式地源热泵机组,单机制冷量 1334.6kW,制冷功率 196.7kW,单机制热量 1386.2kW,制热功率 291.5kW;地源侧和末端侧循环水泵各 4 台,地源侧水泵单台功率为 30kW, 末端侧水泵单台功率为 37kW;相关附属水处理设备若干,为夏季提供空调冷源, 冬季提供空调热源。 
       空调末端系统:空调冷、热水系统采用二管制一次泵变流量系统,设置风机盘管、新风机组等末端设备 1750 台左右为末端用户提供冷、热风及新风,以满足人体冷热需求。 
三、项目经济性
       工程全年每年节约费用 110.88 万元,与常规的热水锅炉+冷水机组相比,地源热泵空调系统增量成本为 881.65 万元,静态投资回收年限为 7.95 年,项目费效比为 0.43 元/kW·h。投入运行后,采集实际运行数据分析,地源热泵空调系统实际年运行费约 3 元/月·㎡,每年运行比传统空调节能节费 57%,系统高效节能,经济效益显著。 
四、环境及社会效益
       环境效益:项目采用地源热泵系统实现夏季制冷、冬季制热等功能。每年可节约燃煤量 2520 吨,减少 CO2 排放量 6405 吨,减少粉尘排放量 48.8 吨,减少二氧化硫排放量 28.9 吨。 
       社会效益:项目投入运行后,产生系统运行维护的 4 个岗位需求,增加了一定就业岗位,缓解了社会就业压力,培养了部分暖通专业技术人才。 
五、典型经验和做法
       (一)新理念 
       本项目采用浅层地热能,以土壤源为蓄能体,经过地源热泵机组将空调系统的蒸发器与冷凝器利用地埋管技术延伸至地下恒温带沿途中,通过少量电能做功提取恒温能量,实现建筑物供暖、制冷和提供生活热水。 
       浅层地源热泵中央空调,没有利用化石能源作为能源主体,无燃烧过程,不排放有毒有害气体、无污染。与空气源热泵相比污染物排放减少 40%,与电供热相比减少 70%,一机多用,机组运行稳定、可靠、整个系统的维护费用也比锅炉+制冷机系统大大减少,地源热泵中央空调系统运行高效、经济、低碳节能。 
       (二)创新性 
       岩溶区复杂地质条件下,首次将钻探堵漏技术应用于地源热泵竖直地埋管堵漏,有效弥补下管施工过程中可能对管材造成的不良影响,减小损失,并发表论文《堵漏剂在地源热泵埋管施工中的应用》,对堵漏工艺、效果及原理进行了分析研究,作为推广应用技术保障措施之一。 
       建成了贵州首个地温及能效能耗监测系统能够实时监测系统运行过程中能效, 以便及时采取一定运行策略,通过调整系统运行温度、流量、压力、阀门启闭及设备运行数量等保证系统节能高效运行;同时,能够实时监测地温场变化,当地温场出现冷堆积和热堆积时,采取补热和补冷措施,以保证系统稳定、可靠运行。 
       (三)先进性 
        国内现有的现场热响应测试仪器是针对北方地质条件进行研发的,在贵州岩溶区复杂水文地质条件下没有起到好的效果。在此项目实践基础上,通过进一步研究论证和研发,于 2018 年 7 月获得“岩土热响应测试仪器”实用新型专利, 为后续开展贵州复杂地质条件下岩土热物性研究、区域性场区勘查及能源规划提供了有力技术支撑;为了保护阀门、延长阀门使用寿命、节省人工,实现制冷和供暖的自动切换,研发了一种地源热泵系统外置自动四通换向阀装置,并于 2018年 6 月 22 日获得实用新型专利。 
       (四)智慧化 
       建成了贵州首个地温及能效能耗监测系统。在室外分别设置 6 个地温监测井, 设置的地温监测井不参与系统运行,监测井内分别埋设温度传感器(探头应布置 在 PE 管外),该测温探头用于地温变化检测,能够实时监测地温场变化,当地温场出现冷堆积和热堆积时,采取补热和补冷措施,以保证系统稳定、可靠运行; 系统采用能效控制系统进行全系统控制,对地缘侧进、出水温度,负荷侧进、出 水温度,地缘侧流量,负荷侧流量,地源热泵机组、水泵等设备电功率,室内、外温度等系统运行参数进行采集并实时记录,所采集的参数通过计算机控制系统 程序处理后,反馈控制地源热泵系统的空调机组、循环水泵、电动阀门等,以达 到系统的节能可靠运行。 
六、问题和建议
       (一)问题 
       本项目所处位置地质构造复杂,地埋管钻孔施工难度大,技术要求高,需委托对贵州岩溶地质条件熟悉且有施工经验的地勘单位施工,确保地埋管换热系统正常运行。 
       (二)建议 
       该项目是贵州省地矿局为推动绿色发展、推进贵州生态文明建设而在贵州实施的首个采用地源热泵技术为建筑物提供制冷供暖的浅层地热能开发利用项目。项目目的任务是经过前期场区地质条件勘查、现场热响应试验及方案设计等科学论证, 建设一套土壤源(竖直地埋管)地源热泵中央空调系统为整个园区建筑提供夏季制冷和冬季供暖,实现系统节能、高效运行,为浅层地热能开发利用项目在贵州的落地推广提供技术依据,对贵州省浅层地热能项目建设具有试点示范作用。
 
 
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