地源热泵空调在别墅中的应用.ppt

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1、地源热泵空调在别墅中的应用,目 录,前言二 公司简介三 热泵空调系统介绍四 其他主要空调形式分类及简述五 同其他空调形式的性能分析与经济比较六 佛罗里达热泵部分应用工程介绍信利达公司对产品的保证条款,一 前言,众所周知，当前别墅独立中央空调的市场消费已占所有家用中央空调消费中的绝大多数，市场空间极其可观。经过几年的探索，在别墅中，各类家用中央空调形式都有尝试，对于不同空调形式的学术文章也在各类媒介上屡屡出现。由于别墅自身定位不同，因此与之相对应的对空调的要求也不相同。本文拟从对别墅中已被采用的各种中央空调形式的简单描述入手，在做一般分析后，对于由于一些常规原因而明显不适合高档别墅需求的空调形式

2、将不再做详细阐述。本文重点推荐在北美及欧洲普遍采用并在近几年得到迅猛发展的地源热泵（GSHP）空调形式。并结合在别墅中的应用，重点对当前在高档别墅中应用的几种空调形式进行综合比较。,在投资及运行分析中，为便于分析，单体别墅统一按照300平方米/套考虑。,高档的别墅对室内空气品质以及室内外环境有极高要求：室内空气品质应满足高标准的温、湿度要求以及空气洁净度，并能够在不同工况提供持续稳定的冷、热输出。室内、外应宁静宜人而且内、外环境应合理配合装潢及视觉要求，确保美观。真正优异并适合高档别墅的空调方案应同时具备技术性能特点、初投资、运行 成本、维护管理等方面的绝对优异性并应兼具科技创新及绿色环保概念

3、。,以下内容中下列文字释意如下：ASHP+FC 风冷热泵冷（热）水+风机盘管形式VRF 变冷媒流量变频形式GSHP 地源热泵形式,注：所有英文简称不代表任何品牌 本文的水地源热泵（GSHP）专指以地埋管封闭水环路的地源系统,空调冷热源方案,对别墅小区项目，空调冷热源方案有两种选择：方案1、以单幢别墅为单位，设立独立空调冷、热源，独立提供空调系统运行。方案2、建立集中冷站及供热中心，通过小区管网集中供冷、热，分户装表计量。分析：方案1，独立提供冷、热源，随用户的使用需求而开启，即开即用、方便灵活，安全稳定。方案2，更利于能量的有效利用，尤其是在有城市热网的地区将降低采暖费用，并有利于设备的集中管

4、理。但由于管网复杂，牵涉到管网水力平衡、运行管理、工程投资等诸多因素，因此较少采用。,结论：由于别墅通常由小业主独立购买或租用，具备鲜明的使用独立性。因此方案一在通常项目 中被发展商所普遍采用。本文所讨论的空调方案是基于方案一基础上的空调方案。,1.广州信利达热泵科技有限公司介绍 SINOTECH Heat Pump Technology Co.ltd,广州信利达热泵科技有限公司是中外合资的中国首家热泵专业公司，作为中美两国政府能源效率与可再生能源利用合作协定书附件六的执行单位之一，专业推广应用国际先进的地源/水源热泵空调系统。本公司是美国著名的热泵制造商-美国佛罗里达热泵制造公司（FHP）在

5、中国及香港地区唯一指定的总代理商。本公司专业技术力量雄厚，并获得了国际地源热泵协会、美国热泵制造商、工程设计顾问等有力的技术支持,并与清华大学、山东建工学院等热泵专业研究机构均有合作。信利达公司已在国内成功完成大量地源/水源热泵工程项目，采用地藕式（埋地管）的热泵工程的埋管总长达几十万米，其中某大型单体项目的埋管长度就超过 10 万米，是目前国内已建和在建项目之最长。,二 公司简介,广州信利达热泵科技有限公司还完成有大量的使用地下水（水井并回灌式）、地表水（河、湖）以及冷却塔加辅助热源（锅炉）等方式的热泵工程，积累了丰富的地源/水源热泵空调的设计、施工及维护经验。,在全国各地均设有办事机构，向

6、国内广大客户提供有关地源/水源热泵空调设备和系统的专业咨询、产品供应、系统设计、工程施工、人员培训以及完善的售后服务。,佛罗里达热泵制造公司（FHP Manufacturing Company)建于1969年，是全球最早开发、研制、生产水源及地源热泵的专业厂商。公司致力于开发和生产最好的住宅和商业用途的水源/地源热泵设备，并把开发利用地球内部储藏的巨大能源和保护环境作为最终目的。佛罗里达热泵制造公司作为水源/地源热泵行业的领导者，在三十多年的发展中始终把热泵产品作为其开发的唯一产品，并建立了相关标准。在美国一项由第三方进行的31家厂商的调查中，FHP产品在所有产品中质量均是最好的。其产品的高效

7、、节能、环保在目前所倡导的绿色环保和能源短缺时代已得到越来越多人的认识。佛罗里达热泵制造公司在美国佛罗里达州罗得代尔建有大型的现代化工厂。所产生的热泵已远销欧、美、非、亚等20多个国家及地区，目前在全球各地有三十多万用户，其热泵产量在美国销量第一。所有产品都已通过美国空调制冷协会（ARI）认证，并列入美国保险商实验室（UL）安全产品之列。在设备制造过程中，每台热泵的每道生产流程都经过严格的测试，所有的机组都在专用试验台上经过运行测试，以确保其效率和可靠性。,2.美国佛罗里达制造公司介绍 FHP Manufacturing Company,FHP热泵机组型号范围广泛，机箱外形及安装形式、可选择件

8、能满足住宅及商业用户多样化的需求，产品规格从0.6冷吨（2.1KW）至60冷吨（210KW），型式有立式、水平式、座地式、逆流式、屋顶式及水/水式等十多种类型，设备的类型及容量大小能与用户实际所需精确匹配，从而让用户既能享受到全年的舒适又能达到节能的目的。,美国佛罗里达制造公司FHP Manufacturing Company,为了让用户进行周密计划和充分准备以及更好的了解佛罗里达公司的情况，同时更详尽获取水源/地源热泵空调的信息资料。,可同时产生冷水及热水，可对建筑提供供冷、供暖及卫生热水，同时具有这三个功能的为三位一体机。FHP公司生产的WP型(水水式)机组即为“三合一”机组。机组制取冷水

9、时出水温度可低至-7C，制取热水时出水温度最高可至55C，WP机组可应用在医院、学校宿舍、饭店、百货公司大楼、住宅大楼、洗衣店、温水游泳池、三温暖等需要同时有热水及制冷或供暖的地区。热泵主机不安装在现埸，所以无噪音问题。热泵均集体安装在室外机房内，集中控制维修管理方便。一机多用，可同时产生冷气、除湿、热水及供暖。AHU空调箱若装有冷热盘管时，空气先经过冷盘管冷却除湿后，再经热盘管再热(再热器之热水由热泵提供)，可依室内空调负荷的变化自动调节送风之温湿度，如此即可做恒温恒湿控制。,三 热泵空调系统介绍,1.“三合一”系统热泵热水系统,“三合一”热泵热水系统图如下：,系统组成明细：1、热泵机组；2

10、、室外冷热源系统(可以为冷却塔、深井水系统或地耦管系统)；3、热水储水箱；4、热水供应水泵；5、热水循环水泵；6、冰水循环水泵；7、膨胀水箱K1、K2、K3、K4为转换阀，在春夏秋冬季节中根据机组运行模式(供热、制冷及卫生热水加热)的不同，进行相应转换。,2.工作原理,地源热泵热水机组以制冷剂为媒介，制冷剂通过吸收地下深处的能源(如地下水或地下土壤)，或通过风机盘管（夏季和春秋季节）中吸收空气中的能量，再经压缩机压缩制热后，通过换热装置将热量传递给水，来制取热水，热水通过水循环系统送入室内进行采暖或直接用于热水供应。夏季则通过把室内吸收的热量散发到热水中，从而把室内温度降低。,FHP生产的WP

11、型水水式热泵机组为热泵锅炉，可同时提供热水(最高可达55C)、冰水(用于空调，水温可低至零下7C)及室内供暖。在夏季，机组在提供热水的同时，可免费提供用于空调的冰水，现在把热泵机组(WP机组)在夏季、冬季及春秋季节的应用介绍如下：,垂直地耦管系统,WP机组在夏季制冷时，可回收室内排出的热量，并利用这部分热量来加热卫生热水。其冷却侧的供回水热水管道与卫生热水储水罐相连(中间加板式换热器)，WP机组冷却水侧最高出水温度可达到55C，当储水罐热水温度低于设定温度(建议此设定温度为50C)，则关闭其它辅助散热装置(如地下水系统或地埋管系统等)的水路。热水直接用于加热卫生热水；当储水罐热水温度高于设定温

12、度，则通过一个电动三通阀及控制电路自动打开三通阀，让一部分热水通过辅助散热装置散热，保证机组冷却水温不高于55C。,WP机组在供应热水的时候，冷水侧将提供7C左右的冷水，这部分冷水可以用于建筑空调之用，而且这部分的费用将是免费的。,A、夏季,水平地耦管系统,在冬季，WP机组可提供卫生热水加热、室内供暖，为避免机组容量过大，降低初投资，可利用营业以外的时间来加热卫生热水。在冬季，热源可采用地下水或地埋管方式。WP机组将地温热能（地下水或土壤热能等）传递转移到室内空气中或热水中，它是充分利用了地下水或地下土壤常年温度保持恒定的特点，是环保、节能、“零”污染、“零”排放的一种空调设备。,B、冬季,C

13、、春秋季,在春秋季节，WP机组可用于提供建筑的热水及室内的恒温恒湿，通过从地下水或地下土壤中取热，或从室内高湿高热的空气中取热来满足卫生热水所需的热源需求(此时可对室内进行除湿处理，应增加风柜)。,湖江河浅表水系统,地下水系统,Heat Pump in Cooling Mode热泵制冷模式,expansiondevice膨胀阀,Water loop 水回路,Compressor 压缩机,Reversing valve 换向阀,refrigerant-to-airheat exchanger制冷剂-空气热交换器,Heat Pump in Heating Mode热泵制热模式,expansiond

14、evice膨胀阀,Water loop 水回路,Compressor 压缩机,Reversing valve 换向阀,refrigerant-to-airheat exchanger制冷剂-空气热交换器,Conventional WSHP System传统的水源热泵系统,conventional vs.geothermal design,conventional WSHP system 传统水源热泵系统,cooling tower冷却塔,Hydronic pumps循环泵,heat exchanger热交换器,Boiler锅炉,waterdistributionloop 水回路,Heat hu

15、mps热泵,conventional wshp system:cooling-only operation 单制冷运行,cooling tower ON 冷却塔(开),90Floop water水回路,boiler OFF 锅炉(关),heat exchanger热交换器,Hydronic pumps循环泵,Heat humps热泵,conventional wshp system:heating-only operation 单制热运行,cooling tower OFF冷却塔(关),60Floop water水回路,boiler ON锅炉(开),conventional wshp syst

16、em:coincident cooling,heating 制冷与制热平衡状态,cooling tower OFF冷却塔(关),boiler OFF锅炉(关),Geothermal WSHP System 地源热泵系统,conventional vs.geothermal design,Two differences from aconventional system:与传统系统的二个区别Ground loop 地下回路Equipment requirements 设备需求,No cooling tower 无冷却塔No boiler 无锅炉Instead:替代物Geothermalheat

17、exchanger 地源热交换器,Geothermal WSHP System地源热泵系统,conventional vs.geothermal design,geothermal wshp system:cooling and/or heating 制冷和/或制热,Geothermal heat exchanger地源热交换器,Heat recovery 热回收Balanced coolingand heating loads 平衡制冷和制热负荷,How It Works 如何工作,temperature,geothermal wshp system,Loop Temperatures 回路

18、温度,Jan,Feb,Mar,Apr,May,Jun,Jul,Aug,Sep,Oct,Nov,Dec,Fluid流体,Surface地表,Mean Temperature Variations平均温度变化,ground-loop design process,average soil一般土壤(0.6 ft/day or 0.025 ft/hr),Ground temperature地温,F,机组介绍,WP机组为水冷带可逆循环冷却器的水水式机组，它广泛应用于建筑制冷、供热及水加热。WP系统规格从3冷吨至35冷吨，机组内含单压缩机或双压缩机，机组能很容易穿过900MM的标准门。模块化设计能精确的满

19、足所有用户的冷热要求。机组制冷剂的充注量仅为传统空调机组的几分之一。机组运行宁静。如果你需要更换旧设备或安装新机组，我们能全方位给你进行设计、快速的安装以满足你对高品质空调的需求。,1.高效：能效比(COP)高达5.0以上，在部分或满负荷运行时，均能大幅度降低运行成本，机组能精确地满足你的冷热负荷需求。2.备用性：多台机组模块化设计，能保证在某台机组出现故障或者在维护期间，系统均能正常运行。3.节省空间：模块化机组与大型中央空调机组相比，仅需占用极少的空间。且机组能很容易的穿过标准门、过道及电梯。4.逆循环运行：机组内安装了可逆阀，能最大程度满足用户加热的各种要 求，WP机组可用于液体加热、空

20、气加热、游泳池加热等其它许多种型式加热应用。,机组典型应用 建筑制冷、供暖 加热热水 食品加热 无尘室及医院手术室应用 饭店、学校、工厂、住宅应用 游泳池、SPA池加热 地板幅射加热 用户的特定要求,机组特点：全封闭涡旋压缩机 模块化设计 制冷剂充注量极小 占地面积小 全部部件均在工厂装配 能很容易的穿过大门及电梯 交货周期短 运转宁静 安装简单 与负荷精确匹配 高效，能效比达到5.0以上。,4.户内外安装,通常，每冷吨水的供暖空调，钻入深度30.5-91.5米，垂直系统适用于可供使用的土地面积有限的情形，与地下水系统相似，不管你您居住何处，FHP垂直系统可以为您提供舒适环境而不管外界温度如何

21、急剧变化,垂直系统（闭环）与井水系统利用底下自然热能的原理相似，然而，与将水泵出地面并泵回地下不同，通过放置于垂直孔中的塑质闭环管路系统，水或防冻溶液在系统中循环。,在夏季，热泵从建筑物中吸取热量传递给水路，水路的水温将升高，冷却塔启动，将热量排放到空气中。在冬季，热量从水路传递到热泵，热泵将温度提升分配带建筑物中，当从管路中带走热量时，水温将降低，因而启动锅炉。显著节能、独立区域控制及安装上的优点，您将看到，FHP的冷却塔/锅炉水源热泵系统是你最好的投资选择。,座地式机组安装位置示意图,水平式热泵机组安装,立式热泵机组安装,水源热泵系统示意图,地源热泵系统,1kW的电,3.9kW的能源回收,

22、4.9kW的热量,用1kW的电，可以提供多达4.9kW的热量,COP.,1:4.9,比空气源热泵节省能源40%以上，比电采热节省能源70%以上。,四 其他主要空调形式分类及简述,针对别墅项目，空调形式主要如下：形式1、分体空调 由多组风冷形式室外机与根据房间要求分别设置的空调内机构成，通常空调内机为分体挂壁或柜机，多台空调外机置于室外草坪。此形式在一些早先投资的以租为主的别墅项目中普遍采用。但由于品位以及内、外机形式对内外环境的影响等原因在新建的高档别墅项目中已很少采用。,通常为风冷形式室外机，空调内机为高静压风管式送风机，分层设置，以风管送风分布至各使用区域，根据使用区域负荷需求调节风阀从而

23、调节风量达到不同分区的调节。在北美地区，建筑物围护结构保温性能良好，当地消费习惯通常为住宅内所有区域的空气状态一致，因此在室内送风形式中通常选用风管集中送风形式。国内在推广家用中央空调的初期，曾有部分厂家推荐用户选用以实际空调负荷需求50%-70%出力能力的空调机组，通过风管集中送风到各室内区域。基于如下三点：1、中国家庭的消费习惯为哪里有人哪里开空调，而没人的房间则通过风管或风口阀类部件关断，因而空调主机选择可比实际负荷需求之和减小；2、因为机型选择偏小，因而可降低设备初投资（甚至可与一般分体空调相当），满足了一些经济能力欠缺的家庭拥有中央空调感觉的梦想；3、可通过某种方式引入部分新风。在实

24、际使用中也暴露了一些问题：1、各房间风量难以平衡，关断某间后，其他房间将风量变大且噪音加大；2、阀件关闭不严，有系统漏风；3、建筑围护结构本身保温不良、房间时开时关、隔壁房间为非空调房间等原因造成实际传热较大，空调须持续开机才可达到效果，大大增加使用费用；4、风量变化频繁，系统工况不稳定，导致机组故障频发；5、室内机器噪音较大；6、风管占用较大吊顶空间，影响室内层高，回风较难布置。在别墅项目中通常根据楼层分层设置一台风管机。但由于上述缺陷难以避免，因而也逐渐退出别墅市场。,形式2、风管式集中送风形式,通常为风冷形式室外机，以一台外机连接3-4台风机盘管型空调内机，以风管送风或直接暗藏送风提供空

25、调，独立运行。该类形式通常外机内由几个制冷回路构成，分别对应室内内机。该形式结合了上两种形式的优点：1、空调内机变成了暗藏形式，室内更好配合装修，有中央空调感觉；2、同样可用某种方式适当引入新风；3、尽可能的降低了因布置风管而对室内吊顶高度的影响；4、造价降低的同时运行费用也一定程度上降低；5、有效降低了送风噪音及风管噪音；6、各房间独立启停随意。该形式对一般公寓住宅应该是比较经济合理的空调方案选择。但对于高档别墅而言，因内外机连接数量有限，因此难以以一套系统解决，因此需两到三套、甚至多套空调系统，影响管路布置、增加外机数量。事实上由于该方案并不可称为中央空调形式，因此在别墅中采用并不多。,形

26、式3、分体式多联风管机,形式4、VRF形式（变冷媒流量变频形式）,风冷形式室外机，以一组外机通过一对铜管连接多台内机，通过对冷媒流量控制控制各使用区域的空调提供，室内机以直接蒸发形式进行与室内空气的热量交换。该形式比以上形式有极大优点，利用变频或数码涡旋技术通过对冷媒流量的有效控制，使空调技术上升到了新的技术层面。该空调形式内机形式多样，以风管送风或直接送风形式提供空调，独立运行。令众多空调中常见的运行噪音、独立控制、灵活操作、配合装潢等都得到合理有效的解决。该空调形式是当前空调家用中央空调领域，尤其是高档住宅中的最佳空调方式之一，甚至已成为高档楼盘的象征。,风冷形式主机，集中提供冷热水，以水

27、为冷热载体，通过末端风机盘管将水中冷（热）送出，提供空调。该形式为传统中央空调形式，也是真正意义上的中央空调。能够根据房间负荷需求有效提供贴合需要的能量输出，系统运行能耗更低，并可有效配合室内装潢及提供合理的新风输入。但该方案用于高档别墅时将由于外机噪音过大对小区听觉环境造成一定影响；并且由于机组运行不稳定，维修工作量较大，增加了物业管理的工作难度。因此该空调形式在有多期开发的别墅工程项目中，往往不会使用于第二期。,型式5、风冷热泵冷（热）水+风机盘管形式,该形式与其他空调形式的最大不同是在制冷系统的排/吸热装置上以水为能量交换载体，而 非常规的风冷换热形式。通过利用地埋管封闭回路中的水的循环

28、，进行空调制冷系统与外界土壤之恒定冷热 交换。室内部分以一台或多台整体直接送风、分体一拖一到一拖多送风、冷媒水加风机盘管等多种形式通过冷却水系统形成水网环路。该空调形式合理利用了清洁可再生能源，符合人类利用能源的产业策略，并有效提供高效、稳定的能源利用，尤其是在采暖模式优势更为明显。该形式在北美及欧洲被普遍采用，并受当地政府积极推广支持。对于在高档别墅中的空调选择，该空调形式有着无可比拟的优势。,型式6、GSHP（地源热泵形式）,上述形式1-5均为风冷形式进行系统排冷（热），方案6为以水为系统排冷（热）形式。上述形式1-4均为氟利昂接入室内，室内侧冷媒直接蒸发形式制冷制热，为“冷媒-空气”形式

29、；形式5为通过水与室内空气进行冷热交换，水为冷媒载体；形式6有多种室内形式，可形成室内“冷媒-空气”方式，也可为“水-空气”方式。,综述：,上述形式1、2、3在高档别墅中采用已较少采用；方案5则由于外机噪音、复杂操作以及主机工作的不稳定性建议不推荐使用。因此1、2、3、5将不再深入阐述。,五 同其他空调形式的性能分析与经济比较,总空调负荷：300*150=45000大卡ASHP+FC：根据总冷负荷选择：空调主机冷负荷45000大卡，假设分为11个大小区域，且内机独立运行，通过挂墙温开关及水系统电动两通及三通阀调节水流从而调节室内温度。考虑到主机容量、噪音以及运行安全性等因素选择两台并联，内机假

30、设分别为8台3750W和3台5000W风机盘管，另需11套温控器及电磁阀。则主机和配套计费配件部分价格约为：62000（主机 两台）+9900（内机）+3800（线控器）+2800（水泵）=78500元人民币注：上述单价为一般市场价。安装费：风系统：4000元人民币（估）水系统：13000元人民币（估）主机部分：1500元人民币（估）总计：78500+18500=97000元人民币 合323.3元/平方米,以300平方米/单位计算单幢别墅工程造价：单位负荷取：150大卡/平方米,总空调负荷：300*150=45000大卡VRF系统：根据总负荷选择：空调主机18HP，内机假设分别为8台1.5HP

31、和3台2HP，另需10个分支器及线控器。则VRF设备和配套计费配件部分价格为：84000（外机）+85000（内机）+2500（分支器）+5500（线控器）=177000元人民币注：内机数量及配置形式对价格影响很大。上述单价为某日本品牌一般市场成交价。安装费：设备价*12%=21240元人民币（估）总计：177000+21240=198240元人民币 合660.8元/平方米,以300平方米/单位计算单幢别墅工程造价：单位负荷取：150大卡/平方米,总空调负荷：300*150=45000大卡GSHP系统：根据总负荷选择：假设分别为8台1.5HP和3台2HP整体GHSP机组，则价格为：66000元

32、人民币（含控制器）注：内机数量及配置形式对价格影响很大，上述配置为较昂贵一种。上述单价为基本市场价。安装费：打孔埋管及填料回填：12*4000=48000元人民币水泵：1200元人民币其他水管及辅材：10000元总计：66000+48000+1200+10000=125200元人民币 合417.3元/平方米,以300平方米/单位计算单幢别墅工程造价：单位负荷取：150大卡/平方米,初投资比较小结：,比较模型：以300平方米/幢别墅：单位冷负荷取：150大卡/平方米总空调冷负荷：300*150=45000大卡,杭州赞诚铭扬大厦该大厦总建筑面积约为30000平方米。16层为商场，722层为写字楼。

33、其中722层全部使用美国佛罗里达FHP公司水源热泵EM系列机组。室外系统使用冷却塔加锅炉。,北京望京花园9号楼（出国留学生楼）北京望京花园9号楼建筑面积为58000平方米，功能为归国人员会所及住宅，设计采用美国佛罗里达水源地源热泵机组EM系列机组。整个大楼的空调设计由北京维拓时代设计院完成。每户住宅安装一台独立的EM机组。室外采用打井并回灌技术，共计六口深井，二抽四回。该项目已获得鲁班奖。,六：美国佛罗理达热泵（FHP)机组在国内的应用,无锡丰田汽车销售中心汽车展厅无锡丰田汽车销售中心汽车展厅面积1000多平米，全部采用美国佛罗里达FHP公司EM系列地源热泵机组。室外系统使用地藕埋管系统。2002年完成，其使用效果得到用户的高度评价。,重庆忠县人民法院审判大楼重庆忠县人民法院审判大楼共有8000平方米，全部采用佛罗里达热泵EM机组。室外系统采用冷却塔加锅炉。,Sadyba“Best”Mall Warsaw商业建筑EM系列机组,美国帝国大厦EMPIRE BUILDING,美国佛罗理达热泵（FHP)机组在国外的应用,Kumkang Expressway Rest area,Dajun City高速公路休息区WP(制冷)/WP(生活热水)地藕埋管换热系统+冷却塔,新奥尔良大剧院,