北京昌平北七家地源热泵系统实例研究
(北京华清集团)
地源热泵系统是一种典型的节能、环保、高效的新能源技术，它充分发挥浅层岩石(土壤)的蓄冷、蓄热功能，实现建筑物的供暖和制冷。通过工程实例——中国人民武装警察部队训练基地空调系统改造工程，介绍了地源热泵系统的设计和运行分析。
地源热泵系统不受地理和水文地质条件的限制，几乎可以在所有地区使用。但由于各地地层结构不同，钻换热孔的难度也不同。就北京而言，海淀北部、朝阳区、昌平区、顺义南部、通州、大兴南部地层颗粒较细，不适合抽取地下水。然而，在该区域中建造热交换孔是容易的，并且相应的成孔成本是低的。更适合采用地源热泵系统。然而，在山区和山前地区，由于岩层或松散层具有粗颗粒和透水性而没有水，因此由于相对较高的钻井成本，地源热泵系统的使用受到限制。
1项目概述
中国人民武装警察警卫训练基地位于北京市昌平区北七家镇，总建筑面积约36,000m2。冬季原采暖和生活热水由三台1400kW燃气锅炉(以液化气为燃料)提供，夏季由三台150冷吨冷水机组(两台用，1备用)提供夏季制冷，夏季空调面积为18345m2。光是每年的燃气费用就超过200万元。为解决燃气贵的问题，决定将原燃气锅炉系统改为地源热泵供暖空调系统，同时该系统还能满足1200人的洗浴用水和游泳池的供暖。
该项目于2005年6月开工，2005年6月初竣工并投入使用。
2系统方案介绍
本工程采用垂直埋地地源热泵系统，冬季为所有建筑提供采暖和制冷，全年还可加热生活热水和游泳池水。在夏季，该系统可以通过热回收免费提供生活热水。
2.1机房热泵机组选择
本项目根据实训基地的实际情况，并考虑各负荷的特点，选用意大利Clemente的BH/ESRHH3903螺杆式地源热泵机组两台(其中1为全热回收机组)和BE/SRHH4004的1螺杆式地源热泵机组。系统总制热量为3701kW，总制冷量为3197kW，其中BH/ESRHH3903热泵机组为高温热泵机组，主要是考虑到基地末端有一部分散热器系统，同时提供生活热水和游泳池供暖。BE/SRHH4004热泵机组为风机盘管系统提供冬季供暖。
2.2机房系统年度运行计划
冬季:三台热泵机组在供暖状态下运行，可满足训练基地冬季总供暖负荷的需求。其中，生活热水的加热由全热回收机组提供，全热回收机组制取生活热水的同时也为建筑物提供供暖。在生活热水和采暖同时运行的情况下，生活热水优先。
夏季:三台热泵机组在制冷工况下运行，提供建筑制冷，可满足安全局培训基地的总冷负荷需求。其中，全热回收机组在提供制冷的同时，通过吸收空调系统中的余热产生生活热水。
春秋过渡季节:该季节建筑不需要采暖制冷，需要加热生活热水和游泳池，1全热回收机组配有储水箱提供生活热水。同时，由于该机组为双冷凝器全热回收机组，也可用于游泳池加热。
2.3室外换热孔设计
为了准确了解换热孔区域的地质情况，华清公司于2005年5月在该场地钻了一个换热勘探试验孔，对项目区进行了地质勘探，并测试了土壤的热物理性质。根据测井资料和区域地质水文条件，设计室外换热孔。本工程共钻348个室外换热孔，直径均为150 mm，单孔深为150m..每个孔中放入4根32mm换热管(双U型管)，孔距5m，呈正方形排列。换热孔全部布置在足球场下方，总面积约8000m2。
钻好换热孔后，下4根32mm的换热管。管子间距40mm，用管卡固定，管卡间距5 m..
换热孔之间的水平连接管采用直埋方式，埋深为地面以下1.6m。管道为HDPE管，主管径为φ 110 mm，换热器主管铺设方式相同。每组约15孔。最后将换热孔内的换热管全部并入D315mm的主管(HDPE管)，再通过DN300mm的室外主管(无缝钢管)接入机房。
3.系统操作
中国人民武装警察警卫训练基地地源热泵设备改造工程于2005年6月5438+065438+10月55438+5月正式投产。经过2005-2006年一个完整的供暖季，效果不错。各房间室内温度可达20 ~ 24℃(末端风机盘管)，生活热水供应温度约48℃，空调系统供水量达48℃。运行费用比以前的液化气锅炉供热大大降低。
该系统自2005年10月中旬开始试运行。采暖季日均总用电量约为11000 kW·h，实际电费为0.60元/kW·h，故安全局培训基地日采暖卫生热水运行费用约为6000元。采暖季120天系统运行总费用约79.2万元(含全年生活热水，约1200人洗浴)。单位建筑面积系统采暖(含卫生热水)直接运行费用为22.0元/m2，其中生活热水费用约为7元/m2。
4结论
随着2008年北京奥运会的临近，中国政府也加快了新能源技术的开发和应用步伐。近日，北京市发改委办公室等9个市政府部门联合发布了《关于发展热泵系统的指导意见》，明确指出“热泵系统是利用低温热源进行供热供冷的新型能源利用方式，与煤、气、油等常规能源相比，清洁、高效、节能。因地制宜发展热泵系统，有利于优化我市能源结构，促进多能互补，提高能源利用效率。”
2006年6月5438+10月1日正式颁布实施的GB50366-2005规范了地源热泵系统的设计、施工和安装，从技术上保证了地源热泵系统的顺利实施。
地源热泵系统以其环保、高效、节能、省资的优势，越来越受到暖通空调行业的重视。在能源短缺的今天，发展清洁能源是大势所趋，也是调整能源结构的必由之路。在这种环境下，地源热泵系统必将大放异彩，发挥其重要作用。