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        樁基埋管地源熱泵系統在大型公共建筑中的應用

        時間:2019-10-12

        地源熱泵技術利用淺層地熱能進行供熱或制冷,具有節能、清潔、可再生等優點,近年來受到廣泛的推廣,是一種比較成熟的可再生能源應用技術。但在其實際應用中,也存在一定問題,比如需要足夠大的土地面積用于敷設地埋管,以及較髙的鉆孔費用,在一定程度上制約了其應用。


        地埋管地源熱泵系統根據埋管位置的不同可分為鉆孔埋管和樁基埋管兩種形式。其中,樁基埋管是將地埋管換熱器的PE管安裝在建筑物混凝土樁基中,使其與建筑結構相結合。與傳統鉆孔埋管換熱器相比,樁基埋管利用了建筑物基礎中混凝土較好的熱傳導性能和建筑物基礎與地下巖土體更大的換熱面積,提髙了地下換熱器的換熱性能,節省了大量的鉆孔費用和地下空間資源。


        我們以南京某甲類公共建筑項目為例,通過介紹其空調系統的設計內容,探討樁基埋管地源熱泵系統在大型公共建筑中的應用形式。


        1、項目概況


        該項目是由兩棟辦公塔樓及一座商業裙房組成的髙層綜合體,總建筑面積為376141.83m2,集商業、辦公、餐飲、影院、超市為一體的綜合商業區塊。商業裙房建筑面積為122500m2,主要為商業、餐飲、溜冰場、影院等。


        2、空調負荷及其特點


        (見表1)

        樁基埋管地源熱泵系統

        3、冷熱源方案


        本工程積極響應新能源政策,根據工程及地塊特征,結合后期運營管理,采用地源熱泵承擔裙樓商業部分的空調冷熱負荷。


        根據空調負荷計算結果,冷熱源配置如下:


        (1)螺桿式水源熱泵機組(制冷量:1515kW,制熱量:1748kW)x2臺;

        (2)普通離心式冷水機組(1000RT,制冷量:3516kW)x3臺;

        (3)磁懸浮機組離心式冷水機組(1000RT,制冷量:3516kW)x1臺;

        (4)風冷熱泵(制冷量:1114kW,制熱量:1045kW)x5臺;

        (5)額定流量1000t/h的開式橫流冷卻塔X4臺,與冷水機組對應排熱;

        (6)額定流量300t/h流量的閉式逆流冷卻塔x1臺,與地源熱泵機組對應輔助排熱。


        地源熱泵機組提供的制熱量為3496kW,該項目各分項總熱負荷為17596kW,地源熱泵承擔空調熱負荷的比例為20%。滿足江蘇省公建標準對甲類公建可再生能源利用量的要求。


        4、換熱系統設計


        本工程為基坑下部地源熱泵埋管工程,由灌注樁埋管和連續墻埋管兩種組成,其中灌注樁埋管采用3U型(如圖1所示),連續墻埋管采用6U型,埋管換熱量見表2。

        樁基埋管地源熱泵系統

        二期連續墻埋管集分水器分別設置在建筑地下一層地連墻側面,水平供回水干管采用異程連接匯至二期地下二層地源熱泵機房;灌注樁埋管集分水器分別設置在建筑地下三層地連墻側面,水平供回水干管采用異程連接匯至二期地下二層地源熱泵機房(見表2)。

        樁基埋管地源熱泵系統

        5、空調系統


        5.1冷熱源流程(見圖4)

        樁基埋管地源熱泵系統

        5.2空調水系統


        在地下連續墻施工中,幅與幅之間接頭處的防滲漏問題是地下連續墻防水的難點和重點,特別是地下連續墻又作結構墻用,接頭處的防水要求就更髙。由于項目現場地下外側的連續墻早已施工完成,所以地下樁基埋管的水平出管無法從建筑外墻外側接出,須另尋出路??紤]到樁基埋管數量較多,若采用水平埋管穿地下三層底板接入分集水器的方案,則會有很大的底板滲水風險。

        樁基埋管地源熱泵系統

        經與結構等相關專業研究,本工程創新地采用一種自防水布管方式,具體做法為:將水平埋管敷設于地下三層底板內(如圖2所示),沿底板至連續墻處貼內側引出接入分集水器,分集水器安裝于地下三層車庫外墻內側,貼梁底安裝(如圖3所示)。從而避免了水平埋管直接穿地下室底板及底板與連續墻處交接部位的防水層問題。

        樁基埋管地源熱泵系統


        商業裙房空調水系統采用二管制一次泵變頻變流量系統。夏季空調供回水溫度7/12'C,冬季供回水溫度45/40'C??照{水系豎直立管異程布置,水平同程布置,局部為異程布置,異程部分采用平衡閥等措施保證水系統的水力平衡??照{水系統采用排氣型定壓補水裝置對系統定壓補水。冷卻水采用旁流水處理器進行水質處理。

        樁基埋管地源熱泵系統

        6、結語


        (1)大型公共建筑中,受場地限制,地源換熱系統的供冷供熱能力往往不能滿足整個建筑的空調需求,此時需要結合冷水機組、風冷熱泵等其他冷熱源形式組成復核能源系統。


        (2)大型公建中,地源熱泵承擔空調熱負荷的比例可達到20%,滿足江蘇省公建標準對甲類公建可再生能源利用量的要求。


        (3)本項目采用地埋管地源熱泵循環水為地下室各發電機組提供水冷卻,使地埋管換熱系統得到充分的利用,也有效提升系統的經濟性;另一方面,發電機組無需另設水冷或風冷設備,有效降低設備投資,同時減少相應的水管井和風井,提髙了建筑利用率。


        (4)本項目地源埋管為灌注樁埋管,創新地應用了一種自防水水平管布管方式。


        (5)本項目的地源水平埋管敷設于地下室底板內,垂直埋管出樁頭的節點處理、地下室底板防水、底板內埋管穿越后澆帶、地下室底板澆筑過程中避免埋管破壞等技術難點均離不開土建專業及施工作業單位的密切配合。

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