- EK戶式多功能水(地)源熱泵在山東某別墅上應用
- 2015-12-25
一、工程概述
山東濟南某小區別墅，別墅外觀美觀大方，小區環境寂靜優雅，考慮到別墅外觀美觀和周邊噪聲的影響以及將來的整體使用效果，并結合該工程的實際使用情況分析后，出于節能、環保及維護管理考慮，此別墅最終采用地源熱泵空調系統來提供制冷、采暖和生活熱水。
1.1、設計依據：
1.《采暖通風與空氣調節設計規范》(GB50019-2003)
2.《建筑給排水及采暖工程施工質量驗收規范》(GB50242-2002)
3.《水源熱泵系統工程技術規范》(GB50366-2005)
4.《建筑設計防火規范》(GB16-87)
5.《空氣調節設計手冊》(第二版)
6.甲方提供的相關數據、其它國家有關規定及規范。
1.2、設計參數：室外：
室外設計參數表
室內設計參數
二、地源熱泵機組設計選型
2.1選型
此別墅的空調使用面積約為260m2，制冷量44.2KW，同時使用系數取80%，即35.4KW；制熱量按制冷量的85%，即37.5KW。
冷量配置表
EKWD012MR1DR夏季制冷量是37kW，制冷輸入功率7.2kW，冬季的制熱量是38kW，制熱輸入功率10kW，名義熱水產水量是650L，故而此項目選一臺EKWD012MR1DR戶式多功能水(地)源熱泵機組就可以滿足其對夏季空調、冬季采暖和生活熱水的需求。
2.2、EKWD-M系列戶式多功能水(地)源熱泵機組特點
EKWD-M機組具有一機多用、安全無污染、高效節能等特點。用一套機組同時可以解決用戶的制冷、制熱與生活熱水的需求，減少了設備的初投資。它具有如下優點：
環保節能：
機組采用R410A環保冷媒，不污染環境，保護大氣臭氧層；采用水地源熱泵技術配合熱回收技術，給客戶提供舒適、高效節能空調享受的同時，提供免費的生活熱水，機組的綜合能效EER達到7.5。
三維一體：
采用歐洲領先的全熱回收技術，機組熱回收量大，熱水快速，即開即用，機組應用可幫客戶實現中央空調、地板采暖，生活熱水的三維一體的功能。
智能控制：
機組具有制冷模式、制熱模式、生活熱水模式、制冷+熱回收模式、制熱+生活熱水模式五種運行模式，智能的自由切換，能夠適時的滿足用戶對空調和生活熱水的需求；機組聯動地源泵、空調泵、熱水泵、水路二通閥和空調末端的運行，智能的實現一鍵式開關機的操作，使機組的運行管理變得如此簡單。
性能可靠：
機組采用國際品牌高效渦旋壓縮機、冷凝器和蒸發器，配合進口500級電子膨脹閥節流設計，系統設計時充分考慮到各個部件的壓損，實現了系統的最佳匹配，機組的性能發揮到最佳；同時機組經比國標要求更嚴格的長時間測試，各項指標均優于國標要求，機組運行更可靠；機組本身均自帶高低壓保護、制冷防凍保護、壓縮機過載保護和水壓差開關等，最大程度的確保了機組安全運行。
施工簡單：
機組采用創新一體式結構設計，集成340L超大的不銹鋼生活熱水水箱，且放置不受空間限制，水電分離，無觸電危險；內置熱水循環泵、空調水泵、地源水泵，極大方便了工程安裝，施工只是簡單的連接生活熱水水管和室內末端的冷凍水管即可，大大節省了安裝工序，節省了安裝時間。
三、地源側換熱器設計
本方案采用土壤源熱泵，即以土壤為冷熱源。土壤源熱泵采用地埋管的方式，利用土壤的溫度基本上穩定的特性(土壤溫度受大氣影響較小，年平均溫度在12~20度之間)，夏季將熱量散到土壤中，冬季又從土壤中吸收熱量。故土壤源熱泵又稱土壤換熱器。地埋管通常分為垂直埋管和水平埋管兩種，水平埋管的土壤換熱器換熱量小，且占地面積較大，一般工程中都采用垂直埋管。在地下埋管內以水為介質與土壤進行閉式熱交換，作為冷源和熱源供主機制冷、制熱。
根據建筑物周邊的現狀，本工程采用垂直埋管式地源熱泵系統，既不需要太多的埋管面積，又有較好的使用效果。土壤換熱器采用化學穩定性好、耐腐蝕、導熱系數大、流動阻力小、熱膨脹性好的高密度聚乙烯(HDPE)管。地下埋管要埋多長，埋管打井要埋多深，針對本項目進行實地地質勘探，打單U測試井，井深100m，做熱響應試驗。測得每米PE管夏季對土壤的散熱量約為30w/m，冬季吸熱量約為20w/m。故而地埋管換熱器的夏季散熱能力為60W/m，冬季的取熱能力為40W/m
地下土壤作為空調的冷熱源，地埋管其作用相當于換熱器，從土壤中取冷、取熱。
空調系統最大取冷量和最大取熱量的確定，如公式(1)、(2)：
Qr=Qc{1+1/COP}(1)
Qq=Qh{1-1/COP}(2)
式中Qf------土壤換熱器的最大取冷量，kW
Qq-----土壤換熱器的最大取熱量，kW
Qc------主機制冷量，37kW
Qh------主機制熱量，38kW
COP----夏季循環性能系數，取5.14
COPh--冬季循環性能系數，取3.8
故Qf=44.2kW
Qh=28kW
根據該項目土壤源熱泵熱響應測試參數，地埋管夏季放熱值6000w/孔，吸熱4000w/孔，該項目地埋管數量計算：
夏天埋管數量:44.2kW/6kW=7.3孔
冬天埋管數量:28/4kW=7孔
夏季埋管長度大于冬季，故取夏季埋管長度計算需管井為8口。通過計算，管井間間距為4米時埋管間熱傳導的相互影響可忽略不計，故確定管井間距為4米，沿建筑物周邊布置。
地源熱泵水系統原理圖
四、EKWD-M機組系統運行費用
——及與多聯式空調系統+燃氣鍋爐地板采暖比較
以下計算均依據：
(1)制冷季120天，每天12小時
(2)供暖季120天，每天12小時
(3)全年提供生活熱水，每天生活熱水用量500L
(4)電費為0.5元/KWh
(5)天然氣價格3元/m3.
(6)使用系數0.75；
(7)對比設備參數如下：
夏季運行費用計算公式：=制冷輸入功率*制冷單日運行時間*制冷天數*電價*使用系數
冬季運行費用計算公式：=制熱輸入功率*制熱單日運行時間*制熱天數*電價(或天然氣價)*使用系數
運行費用對比：
四、總結：
EKWD-M系列戶式多功能水(地)源熱泵機組是集EK空調40余年的水地源熱泵的設計經驗，創新的結合水地源熱泵技術和熱回收技術的優勢，為客戶實現舒適空調環境的同時，免費的使用生活熱水。根據地源工況穩定的特點，此機組結合為用戶精心定制的操作界面與自動化的運行模式，特別適合別墅與大型住宅等用途。目前這臺機組已經經過了兩個冬夏運行，性能穩定，節能效果顯，獲得了用戶的好評，此項目也是EK空調致力于低碳節能的新典型！
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