北京优山美地别墅地源热泵﹢中央空调﹢地板采暖﹢生活热水系统施工日记

亚特伟达

序：由中国地面供暖委员会主办，中国地暖网，上海唯嘉水暖器材有限公司承办的“2009年度第二届唯嘉杯地暖施工日记大赛”正式拉开帷幕。亚特伟达积极参赛，不过与其说是参赛，不如说是一次展示，一次呈现，一次相互学习的机会。通过比赛，能够让各施工企业之间互相借鉴、沟通，提高自己的方案设计及施工水平，提高企业的社会责任感，让一个规范、阳光、健康的地暖行业完美呈现。

亚特伟达的设计理念：利用公司从欧洲引进的先进设备和技术，全面开发地面辐射供暖技术的综合利用功能，通过专业工程师的精确冷热负荷计算，最终确定最适合的冷暖解决方案并付诸实施，运行达到最佳状态。
    去年的施工大赛中，公司获得了特等奖，是各同行企业、专家评委以及广大客户对亚特伟达的信任、支持与厚爱。荣誉的背后，更多的是责任。亚特伟达认为，不能让“规范、漂亮”的参赛施工作品，成为“实验室”作品，成为“纸上谈兵”，而要实实际际落实到每个施工中。地暖的施工环节是整个系统的保障，是一个链条中的“关键点”，抓好关键点，才能让我们的系统无懈可击，所以从企业自身做起，从现在做起，从每个细微处做起。
     地暖发展至今日，已经不仅仅是“盘管”那么简单，在逐渐扩大它的内涵与外延，地暖与地源热泵、新风、除尘等系统紧密结合，正在为中国居民带来一个全新的健康绿色的生态生活空间。
     此次参赛的作品，亚特伟达将全面展示从设计到施工，从热源到末端，从解决冷暖到水、空气、湿度的全套方案，欢迎各位专家、同行考察、指导，提出合理意见和建议。一路有您随行，我们会做得更好！

    本工程的设计理念
    根据国家提倡：建设节约形社会！技术性节能！利用可再生资源！节能减排的政策。系统设计以高效、节能、稳定、耐用和充分合理的利用自然能源为主导思想，结合建筑的使用功能、特点和现有的设施及资源，达到最佳的投资性能比。本设计为利用地源热泵系统为热源、地面辐射等综合技术解决冬季供暖、夏季制冷、全年提供生活热水的整体方案。
    ※本工程现已经投入运行※


       一：项目介绍
       北京中央别墅区(CVD)，以北京唯一 一条常年有水之天然水系——温榆河为规划核心，历经十余年规模建设，现已成为北京最富品牌效应的国际化高档别墅区。而区域内众多精品别墅、国际学校、涉外娱乐场所及配套设施，吸引了众多国内外成名人士云集其中，从而奠定了该区域浓郁的国际化人文底蕴。优山美地别墅占地1千多亩，总规划面积约40 余万平方米。它凌据于温榆河北岸观景第一排，全程眺观河岸生态走廊原生自然风光。项目一墙之隔，即是由17家驻华大使馆投资建设的北京顺义国际学校，90%以上的租客家庭，令优山美地非凡的投资回报近在咫尺。项目周边京顺路、京承高速、机场高速等更组成了直抵CBD(中央商务区)及其它繁华市区的畅捷交通网络。

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本项目采用：地源热泵﹢中央空调﹢地板采暖﹢生活热水系统。
二：设计规范及标准
本工程设计根据甲方提供设计任务书及建筑专业提供的图纸，并参照暖通现行国家颁布的有关规范、标准设计，具体为：
1.《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005
2.《通风与空调施工质量验收规范》GB 50243-2002
3.《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》（DBJ/T01-49-2000）
4.《低温热水地板辐射供暖系统施工安装》(GLBT-620)
5.《地面辐射供暖技术规程》(JGJ142-2004)
6.《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242-2002)
7.《民用建筑节能设计标准北京地区实施细则》（DBJ01-602-97）
8.《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）（JGJ26-95）
9.《建筑安装分项工程施工工艺规程》（DBJ/T01-26-2003）
10.《建筑安装工程资料管理规程》（BJ01-51-2000）
11.《冷热水聚丁烯（PB）管用塑料管道系统》(GB/T19473-2004)
12.《聚丁烯（PB）管国际标准》(ISO/DIS 15876)
13.《采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003》
14.《高层民用建筑设计放火规范GB50045-95》（2005年版）
15.《人民防空工程设计放火规范GB50098-98》（2001年版）
16.《汽车库建筑设计规范JGJ100-98》
17.《公共建筑节能设计标准北京地区实施细则DBJ01-621-2005》
18.《北京市防治大气污染管理暂行办法》
19.《北京市废气排放标准》
20.《通风与空调工程施工质量标准验收规范GB50243-2002》
21.《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范GB50242-2002》

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三：地源热泵——原理
横埋
将管放到地沟内
较少的安装费用，
但需占用较大的场地

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立埋方式

将管埋到地下30~100m
占用较少的场地

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四.4.1.建筑负荷概况
以一栋单体别墅建筑面积为例：1022㎡。

建筑面积	冷指标	冷负荷	热指标	热负荷
1022㎡	88.74W/㎡	63.5kW	55.3W/㎡	56.5kW

夏季同时使用系数为：0.7，冷负荷为：88.74×0.7=63.5kW
冬季同时使用系数为：1.0，热负荷为：56.52×1.0=56.5Kw
2，机组参数
现有地源热泵机组的基本参数为：

	品牌	型号	额定冷负荷	额定热负荷	是否带热回收
原有主机	克莱来门特	HRHH0202	63.8kW	57.4 kW	否

3，负荷分析
（1） 机组在运行过程中可能未能达到额定工况，运行一段时间系统的制冷制热能力会有衰减。所以系统须留约15%的富余量。
（2） 现有机组额定冷热负荷刚刚满足建筑所需的冷热负荷，未留出富余量。
4，建议及其方案
通过以上的分析，供给建筑的冷热负荷需要增加，增加的冷负荷约为：9.6kW，增加热负荷约为：8.6 kW。
建筑需要一个另配一个热源为业主提供生活热水，热负荷约为15 kW。
我们的方案是：
增加一个地源热泵系统，与原来的系统相结合，满足建筑所需的冷热负荷，同时为业主提供免费的生活热水。
机组参数为：

	品牌	型号	额定冷负荷	额定热负荷	是否带热回收
增加主机	哈思	18/20R	17.9 kW	19.6 kW	是

5，土壤源换热器设计
据系统排热量与吸热量的计算结果，并考虑机组运行工况的要求和当地的大地温度，确定换热器夏季的进口最高温度30℃，冬季换热器出口最低温度4℃，在此条件下确定土壤换热器的基本内容。  
根据系统的热平衡与土壤源换热器的热力计算结果，结合当地的地质条件，确定换热器的总进深为400延米，垂直埋管1600延米， 4口100米的换热井。
水平埋管根据换热器的平面布置来确定，本工程不设计及计算。
埋管长度，采用国际地源热泵设计软件（GLD）计算
4.2.夏季供回水温度7/12℃，冬季供回水温度45/40℃，全年可提供40~45℃生活热水。
室外气象资料

国家	省份	城市	经度	纬度	夏季大气压(Pa)	夏季空调室外干球温度 (℃)	夏季空调室外湿球温度(℃)	夏季空调日平均温度(℃)
中国	北京市	北京	116.47	40	99860.00	33.2	26.4	28.6
夏季计算日 较差(℃)：	夏季室外平均风速(m/s)	夏季空调大气 透明度等级	最热月相对湿度(%)	冬季大气 压(Pa)	冬季采暖室外 干球温度(°)	冬季空调室外干球温度(°)	冬季室外平均风速(m/s)	最冷月相对湿度(%)
8.80	1.90	4	78.0	102040.00	-9.00	-12.00	2.8	45.0

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室内设计参数

夏季参数	设计温度(℃)：22-25.00	相对湿度(%)：55.0
冬季参数	设计温度(℃)：20.00	相对湿度(%)：50.0
生活热水	40℃-45℃

围护结构参数

建筑物名称：默认
围护类型[名称]	传热系数(w/㎡.℃)(夏/冬)	传热衰减	传热延迟(h)
外墙[轻集料混凝土砌块框架填充墙-挤塑聚苯板55]	0.48/0.48	0.23	8.86
外门[节能外门]	3.02/3.00	0.99	0.64
外窗[双层透明中空玻璃6mm]	3.34/3.00	1.00	0.41
地面[]	0.47/0.47	1.00	0.00
外窗[]	5.93/0.00	1.00	0.00
屋面[非上人加气混凝土砌块100-挤塑聚苯60]	0.40/0.40	0.23	10.87

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4.3. 建筑物负荷计算方法及公式
(一)、外墙和屋面传热冷负荷计算公式
外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷Qτ(W)，按下式计算：
Qτ=KFΔtτ-ξ      (1.1)
式中        F—计算面积，㎡；
           τ—计算时刻，点钟；
           τ-ξ—温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻， 点钟；
           Δtτ-ξ—作用时刻下，通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，℃。
注：例如对于延迟时间为5小时的外墙,在确定16点房间的传热冷负荷时,应取计算时刻τ=16,时间延迟为ξ=5,作用时刻为τ?ξ=16-5=11。这是因为计算16点钟外墙内表面由于温度波动形成的房间冷负荷是5小时之前作用于外墙外表面温度波动产生的结果。
当外墙或屋顶的衰减系数β<0.2时，可用日平均冷负荷Qpj代替各计算时刻的冷负荷Qτ：
     Qpj=KFΔtpj         (1.2)
式中    Δtpj—负荷温差的日平均值，℃。
(二)、外窗的温差传热冷负荷
   通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷Qτ按下式计算：
        Qτ=KFΔtτ (2.1)
式中    Δtτ—计算时刻下的负荷温差，℃；
        K—传热系数。
(三)、外窗太阳辐射冷负荷
  透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷Qτ，应根据不同情况分别按下列各式计算：
    1.当外窗无任何遮阳设施时
透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷Qτ，应根据不同情况分别按下列各式计算：
    1.当外窗无任何遮阳设施时
      Qτ=FCsCaJwτ (3.1)
式中  Jwτ—计算时刻下太阳总辐射负荷强度,W/㎡；
    2.当外窗只有内遮阳设施时
      Qτ=FCsCaCnJwτ (3.2)
式中  Jwτ—计算时刻下太阳总辐射负荷强度,W/㎡；
    3.当外窗只有外遮阳板时
      Qτ=[F1Jnτ+FJnnτ]CsCa (3.3)
    注：对于北纬27度以南地区的南窗， 可不考虑外遮阳板的作用，直接按式(3.1)计算。
    4.当窗口既有内遮阳设施又有外遮阳板时
      Qτ=[F1Jnτ+FJnnτ]CsCnCa (3.4)
式中  Jnτ—计算时刻下，标准玻璃窗的直射辐射照度，W/㎡；
      Jnnτ—计算时刻下，标准玻璃窗的散热辐射照度，W/㎡；
      F1—窗上收太阳直射照射的面积；
      F—外窗面积（包括窗框、即窗的墙洞面积）㎡
      Ccl、CclN—冷负荷系数（CclN为北向冷负荷系数），无因次，按纬度取值；
      Ca—窗的有效面积系数；
      Cs—窗玻璃的遮挡系数；
      Cn—窗内遮阳设施的遮阳系数；
   注：对于北纬27度以南地区的南窗， 可不考虑外遮阳板的作用，直接按式(3.2)计算。
(四)、内围护结构的传热冷负荷
    1.当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内窗的温差传热负荷，可按式(2.1)计算。
    2.当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热负荷，可按式(1.1)计算，或按式(1.2)估算。此时负荷温差Δtτ?ξ及其平均值Δtpj，应按"零"朝向的数据采用。
    3.当邻室有一定发热量时，通过空调房间内窗、隔墙、楼板或内门等内围护结构的温差传热负荷，按下式计算：
      Q=KF(twp+Δtls-tn) (4.1)
式中  Q—稳态冷负荷，下同，W；
      twp—夏季空气调节室外计算日平均温度，℃；
      tn—夏季空气调节室内计算温度，℃；
      Δtls—邻室温升，可根据邻室散热强度采用，℃。
(五)、人体冷负荷
    人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Q，按下式计算：
      Qτ=nq1CclrCr (5.1)
式中  Cr—群体系数；
      n—计算时刻空调房间内的总人数；
      q1—一名成年男子小时显热散热量，W；
      Cclr—人体显热散热冷负荷系数。
(六)、灯光冷负荷
    照明设备散热形成的计算时刻冷负荷Qτ，应根据灯具的种类和安装情况分别按下列各式计算：
    1.白只灯和镇流器在空调房间外的荧光灯
      Q=1000n1NXτ-T (6.1)
    2.镇流器装在空调房间内的荧光灯
      Q=1200n1NXτ-T (6.2)
    3.暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯
      Q=1000n0NXτ-T (6.3)
式中  N—照明设备的安装功率，kW；
      n0—考虑玻璃反射，顶棚内通风情况的系数，当荧光灯罩有小孔， 利用自然通风散热于顶棚内时，取为0.5-0.6，荧光灯罩无通风孔时，视顶棚内通风情况取为0.6-0.8；
      n1—同时使用系数，一般为0.5-0.8；
      T —开灯时刻，点钟；
      τ-T—从开灯时刻算起到计算时刻的时间，h；
      Xτ-T—τ-T时间照明散热的冷负荷系数。
(七)、设备冷负荷
    热设备及热表面散热形成的计算时刻冷负荷Qτ，按下式计算：
      Qτ=qsXτ-T (7.1)
式中  T—热源投入使用的时刻，点钟；
      τ-T—从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间，ｈ；
      Xτ-T—τ-T时间设备、器具散热的冷负荷系数；
      qs—热源的实际散热量，W。
    电热、电动设备散热量的计算方法如下：
    1.电热设备散热量
      qs=1000n1n2n3n4N (7.2)
    2.电动机和工艺设备均在空调房间内的散发量
      qs=1000n1aN (7.3)
    3.只有电动机在空调房间内的散热量
      qs=1000n1a(1-η)N (7.4)
    4.只有工艺设备在空调房间内的散热量
      qs=1000n1aηN (7.5)
式中  N—设备的总安装功率，kW；
      η—电动机的效率；
      n1—同时使用系数，一般可取0.5-1.0；
      n2—利用系数，一般可取0.7-0.9；
      n3—小时平均实耗功率与设计最大功率之比，一般可取0.5左右
      n4—通风保温系数；
      a—输入功率系数。
(八)、渗透空气显热冷负荷
    1.渗入空气量的计算
    (1) 通过外门开启渗入室内空气量G1(kg/h)，按下式估算：
      G1=n1V1pw      (8.1)
式中  n1—小时人流量；
      V1—外门开启一次的渗入空气量，m^3/h；
      pw—夏季空调室外干球温度下的空气密度，kg/m^3。
    (2) 通过房间门、窗渗入空气量G2(kg/h)，按下式估算：
     G2=n2V2pw (8.2)
式中 n2—每小时换气次数；
     V2—房间容积，m^3。
    2.渗透空气的显冷负荷Q(W)，按下式计算：
      Q=0.28G(tw-tn)     (8.3)
式中  G—单位时间渗入室内的总空气量，kg/h；
     tw—夏季空调室外干球温度，℃；
     tn—室内计算温度，℃。
(九)、食物的显热散热冷负荷
    进行餐厅冷负荷计算时，需要考虑食物的散热量。食物的显热散热形成的冷负荷，可按每位就餐客人8.7W考虑。
(十)、伴随散湿过程的潜热冷负荷
    1.人体散湿和潜热冷负荷
    (1) 人体散湿量按下式计算
      D=0.001φng (10.1)
式中  D—散湿量，kg/h；
      g—一名成年男子的小时散湿量，g/h。
    (2) 人体散湿形成的潜热冷负荷Q(W)，按下式计算：
      Q=φnq2 (10.2)
式中  q2—一名成年男子小时潜热散热量，W；
      φ—群体系数。
    2.渗入空气散湿量及潜热冷负荷
    (1) 渗透空气带入室内的湿量(kg/h)，按下式计算：
     D=0.001G(dw-dn) (10.3)
    (2) 渗入空气形成的潜热冷负荷(W)，按下式计算：
     Q=0.28G(iw-in) (10.4)
式中 dw—室外空气的含湿量，g/kg；
     dn—室内空气的含湿量，g/kg；
     iw—室外空气的焓，kJ/kg；
     in—室内空气的焓，KJ/KG。
    3.食物散湿量及潜热冷负荷
    (1) 餐厅的食物散湿量(kg/h)，按下式计算：
     D=0.0115n (10.5)
式中 n—就餐总人数。
    (2) 食物散湿量形成的潜热冷负荷(W)，按下式计算：
     Q=8.7n (10.6)
    4.水面蒸发散湿量及潜热冷负荷
    (1) 敞开水面的蒸发散湿量(kg/h)，按下式计算：
     D=(a+0.00013v)(Pqb-Pq)AB/B1 (10.7)
式中 A—蒸发表面积，㎡；
     a—不同水温下的扩散系数；
     v—蒸发表面的空气流速；
     Pqb—相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力；
    Pq—室内空气的水蒸气分压力；
     B—标准大气压，101325Pa；
     B1—当地大气压（Pa）。

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4.3、房间逐时冷暖负荷数据（采用整体法得到建筑物总负荷）

总房间面积(㎡)：	769.45	最大冷负荷时刻(h)：	14:00
总冷负荷(W)(含新风)：	73444.94	总冷指标(含新风)：	95.45
冷负荷(W)(不含新风)：	62836.34	冷指标(不含新风)：	81.66
总湿负荷(kg/h)(含新风)：	19.6388	总湿指标(含新风)：	0.0255
湿负荷(kg/h)(不含新风)：	11.8347	湿指标(不含新风)：	0.0154
总热负荷(W)(含新风)：	50480.98	总热指标(含新风)：	65.61
热负荷(W)(不含新风)：	50480.98	热指标(不含新风)：	65.61
热负荷(W)(不含户间)：	50480.98	热指标(不含户间)：	65.61
户间传热负荷(W)：	0.00	户间传热指标：	0.00
冬季总湿负荷(kg/h)：	0.0000	冬季总湿负荷指标：	0.0000

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五：系统设计

系统方案：

系统设计以高效、节能、稳定、耐用和充分合理的利用自然能源为主导思想，结合建筑的使用功能、特点和现有的设施及资源，达到最佳的投资性能比。本设计为利用地源热泵系统解决冬季供暖、夏季制冷、全年提供生活热水的整体方案。

系统原理：

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系统描述：
1）热泵系统
    由地源热泵机组、源水循环水泵、负载循环水泵、直供（冷）循环水泵、制热水泵、热水循环水泵、水处理设备及电器控制组成。
    热泵主机是整个系统的“心脏”，负责制冷、制热和置换生活热水。
热泵的工作原理与常规空调的制冷机组或风冷热泵机组大致相同，这里不再过多地描述，只对本方案系统进行介绍。（基本原理见示意图）
本设计选用的热泵机组，冷暖负载（制冷、制热）模式机组内部转换，不需要操作（管道）系统阀门，一键式的单指操作，制冷制热的温度设置可调，具有多种检测（探测）和多项保护功能，不必专人管理、操作完全自动运行。
    本项目的空调负荷，很可能会有较为明显的时间段，节假日或有重大赛事，会出现最高的冷暖、热水空调负荷，而在平时空调负荷不是很大，或者是完全停用。供暖季节（冬季）热泵如果停止工作，会导致系统设备、室内其他管道冻损，通常的做法是设低热泵机组和室内风机盘管控制的温度实现节能的目的。
本方案设计了地耦循环系统（后节另述），利用自然能源保持系统和建筑物一定的温度。

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                                                             地源热泵机房连接管路图，地源热泵主机品牌：美国哈思   水泵品牌：丹麦格兰富

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图2.地源热泵机组图

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2）全热回收（热水）系统

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利用热泵的余热回收系统，置换（加热）到45-60℃（可调）的生活热水，褚水罐与热泵机组为承压密闭方式循环制热，循环水泵与机组联动并配有单独的控制和操作显示面板，自动运行，热水利用自来水的压力送出，在供水管路上设计安装一台循环水泵，并设有温度自动控制装置，使管道内的热水温度自动“恒温”消除冷水头，在提供热水的同时还承担节水的责任，制热（褚水）水罐根据热水用量定制,采用不锈钢材料加工制作，管道采用PP-R管材，系统安装完毕罐体及管道作保温处理。
3）地耦循环供冷换热系统
   利用地耦系统的自然（土壤）温度为建筑物降温（保温），遇到空调峰值制冷负荷时直供系统与热泵机组接力供冷在冬季泵系统可作为防冻功能使用，较大的利用了自然能源，他是地源热泵系统的功能扩展，通过设在系统中的调节/分配装置，可实现自动运行（用户任选）。

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