一、工程概述

山东济南某小区别墅，别墅外观美观大方，小区环境寂静优雅，考虑到别墅外观美观和周边噪声的影响以及将来的整体使用效果，并结合该工程的实际使用情况分析后，出于节能、环保及维护管理考虑，此别墅最终采用地源热泵空调系统来提供制冷、采暖和生活热水。

1.1、设计依据：

1.《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)

2.《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242-2002)

3.《水源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)

4.《建筑设计防火规范》(GB16-87)

5.《空气调节设计手册》(第二版)

6.甲方提供的相关数据、其它国家有关规定及规范。

1.2、设计参数：室外：

室外设计参数表

室内设计参数

二、地源热泵机组设计选型

2.1选型

此别墅的空调使用面积约为260m2，制冷量44.2KW，同时使用系数取80%，即35.4KW；制热量按制冷量的85%，即37.5KW。

冷量配置表

EKWD012MR1DR夏季制冷量是37kW，制冷输入功率7.2kW，冬季的制热量是38kW，制热输入功率10kW，名义热水产水量是650L，故而此项目选一台EKWD012MR1DR户式多功能水(地)源热泵机组就可以满足其对夏季空调、冬季采暖和生活热水的需求。

2.2、EKWD-M系列户式多功能水(地)源热泵机组特点

EKWD-M机组具有一机多用、安全无污染、高效节能等特点。用一套机组同时可以解决用户的制冷、制热与生活热水的需求，减少了设备的初投资。它具有如下优点：

环保节能：

机组采用R410A环保冷媒，不污染环境，保护大气臭氧层；采用水地源热泵技术配合热回收技术，给客户提供舒适、高效节能空调享受的同时，提供免费的生活热水，机组的综合能效EER达到7.5。

三维一体：

采用欧洲领先的全热回收技术，机组热回收量大，热水快速，即开即用，机组应用可帮客户实现中央空调、地板采暖，生活热水的三维一体的功能。

智能控制：

机组具有制冷模式、制热模式、生活热水模式、制冷+热回收模式、制热+生活热水模式五种运行模式，智能的自由切换，能够适时的满足用户对空调和生活热水的需求；机组联动地源泵、空调泵、热水泵、水路二通阀和空调末端的运行，智能的实现一键式开关机的操作，使机组的运行管理变得如此简单。

性能可靠：

机组采用国际品牌高效涡旋压缩机、冷凝器和蒸发器，配合进口500级电子膨胀阀节流设计，系统设计时充分考虑到各个部件的压损，实现了系统的最佳匹配，机组的性能发挥到最佳；同时机组经比国标要求更严格的长时间测试，各项指标均优于国标要求，机组运行更可靠；机组本身均自带高低压保护、制冷防冻保护、压缩机过载保护和水压差开关等，最大程度的确保了机组安全运行。

施工简单：

机组采用创新一体式结构设计，集成340L超大的不锈钢生活热水水箱，且放置不受空间限制，水电分离，无触电危险；内置热水循环泵、空调水泵、地源水泵，极大方便了工程安装，施工只是简单的连接生活热水水管和室内末端的冷冻水管即可，大大节省了安装工序，节省了安装时间。

三、地源侧换热器设计

本方案采用土壤源热泵，即以土壤为冷热源。土壤源热泵采用地埋管的方式，利用土壤的温度基本上稳定的特性(土壤温度受大气影响较小，年平均温度在12~20度之间)，夏季将热量散到土壤中，冬季又从土壤中吸收热量。故土壤源热泵又称土壤换热器。地埋管通常分为垂直埋管和水平埋管两种，水平埋管的土壤换热器换热量小，且占地面积较大，一般工程中都采用垂直埋管。在地下埋管内以水为介质与土壤进行闭式热交换，作为冷源和热源供主机制冷、制热。

根据建筑物周边的现状，本工程采用垂直埋管式地源热泵系统，既不需要太多的埋管面积，又有较好的使用效果。土壤换热器采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小、热膨胀性好的高密度聚乙烯(HDPE)管。地下埋管要埋多长，埋管打井要埋多深，针对本项目进行实地地质勘探，打单U测试井，井深100m，做热响应试验。测得每米PE管夏季对土壤的散热量约为30w/m，冬季吸热量约为20w/m。故而地埋管换热器的夏季散热能力为60W/m，冬季的取热能力为40W/m

地下土壤作为空调的冷热源，地埋管其作用相当于换热器，从土壤中取冷、取热。

空调系统最大取冷量和最大取热量的确定，如公式(1)、(2)：

Qr=Qc{1+1/COP}(1)

Qq=Qh{1-1/COP}(2)

式中Qf------土壤换热器的最大取冷量，kW

Qq-----土壤换热器的最大取热量，kW

Qc------主机制冷量，37kW

Qh------主机制热量，38kW

COP----夏季循环性能系数，取5.14

COPh--冬季循环性能系数，取3.8

故Qf=44.2kW

Qh=28kW

根据该项目土壤源热泵热响应测试参数，地埋管夏季放热值6000w/孔，吸热4000w/孔，该项目地埋管数量计算：

夏天埋管数量:44.2kW/6kW=7.3孔

冬天埋管数量:28/4kW=7孔

夏季埋管长度大于冬季，故取夏季埋管长度计算需管井为8口。通过计算，管井间间距为4米时埋管间热传导的相互影响可忽略不计，故确定管井间距为4米，沿建筑物周边布置。

地源热泵水系统原理图

四、EKWD-M机组系统运行费用

——及与多联式空调系统+燃气锅炉地板采暖比较

以下计算均依据：

(1)制冷季120天，每天12小时

(2)供暖季120天，每天12小时

(3)全年提供生活热水，每天生活热水用量500L

(4)电费为0.5元/KWh

(5)天然气价格3元/m3.

(6)使用系数0.75；

(7)对比设备参数如下：

夏季运行费用计算公式：=制冷输入功率*制冷单日运行时间*制冷天数*电价*使用系数

冬季运行费用计算公式：=制热输入功率*制热单日运行时间*制热天数*电价(或天然气价)*使用系数

运行费用对比：

四、总结：

EKWD-M系列户式多功能水(地)源热泵机组是集EK空调40余年的水地源热泵的设计经验，创新的结合水地源热泵技术和热回收技术的优势，为客户实现舒适空调环境的同时，免费的使用生活热水。根据地源工况稳定的特点，此机组结合为用户精心定制的操作界面与自动化的运行模式，特别适合别墅与大型住宅等用途。目前这台机组已经经过了两个冬夏运行，性能稳定，节能效果显，获得了用户的好评，此项目也是EK空调致力于低碳节能的新典型！