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地源热泵是一种供热供冷技术,也是一种供热供冷系统。地源热泵的设计难点和重点在于地下换热器系统的设计。

平时进行项目的技术服务时,主要会遇到两种项目需求:

一种是校核计算,一种是设计计算。两种有什么区别呢?

校核计算是目前我们遇到比例较大的服务模式。一般来说,甲方会委托设计院进行了地源热泵系统的施工图设计,其中机房和用户侧,都是按照施工图或招标图的深度完成的,而地下换热器系统的部分,设计院往往会在估算的基础上留一些余量,设计一个打井数量和排布形式,然后写一句“交由专业分包商深化设计”。很多专业分包商往往具有丰富的施工经验,也许也有一些项目运营经验,但在地下换热器模拟上,未见得有很深的了解。此时就会交由我们进行校核计算。

地源热泵地下换热器系统的校核计算和设计计算

校核的要点,主要是核算设计院的初步设计能否满足项目需求,出具一份完整的计算报告书给甲方。结果必然是要满足项目使用要求的,但计算本身又是客观的,计算报告书会载明计算前提、数据输入和计算结果,而且结果应是满足规范要求的,例如夏季水温33度,冬季最低也在4度以上。

一般大型的设计院和重点项目,都会留有较大的设计余量,所以校核计算的结果一般没有问题。但个别情况下,确实也可能打井数量偏少,或者位置有限导致井间距过近,导致校核结果不理想。

当校核结果不佳时怎么办?直接给甲方一个项目校验不合格结论?当然不行,直接改计算结果?更不行。(现在项目终身负责制,设计资料备案,跑得了和尚跑不了庙,而且地源热泵项目往往都是各种重点示范项目,所以也不敢乱改。)

所以只能客观的直面问题、解决问题。增加打井自然是一种选择,但由于地源热泵的地埋管部分本身就成本较高,即使技术可行,也会较大幅度的提升项目投资,甲方难以接受,或者干脆不给变更。所以不是一个好的选项。

也可以考虑适当增加井间距,但当项目较大或布井位置有限时,基本也不可行。最终,构建复合式系统往往是性价比较高的最优选择,例如增加辅助冷却塔、燃气锅炉或电调峰锅炉等,项目也就安全可靠了,关键是增量投资很低,项目稳定性、安全性得到大幅提升,运行策略也会有较大的灵活空间。

所以校核计算主要是两个目的:

项目在既有方案下是否可行?风险是否可控?

如果是肯定的,那就校核完成;否则,就要提出解决方案,给出地下换热器系统所能承受的负荷范围,例如峰值负荷能承受多少kw,日持续时间最高多少小时,累计年排热量、提热量多少,与峰值数据是否匹配,需要如何构建复合式系统,运行策略如何等等。

 

设计计算是我们前期做大型咨询项目的时候的一种工作形态,设计计算很多时候带有研究性质。例如根据项目资料,分别计算不同复合式系统组合下的打井数量、排列形式、占地面积、单双U选择、管径选择等,及其对应的投资、运行费用、经济分析等。并根据负荷峰值和运行策略,研判不同项目负荷分布下的系统稳定性,极端情况的韧性,甚至会做敏感性分析。

一通分析下来,要做多套方案对比。最后根据经济效益最佳的结果,给出项目的最终具体方案。尤其经济分析,这项工作本身也许并不算太难,资深经济分析师一天就能分析完成,但相关输入的准确、波动范围、风险管控等,需要一个较强的技术团队协同完成,才能保证质量,项目耗时、收费都会大幅增加。

 

显然,一方面,校核计算要省事儿很多,但总感觉会和项目最优解会有这么点偏差,较高的地埋管投资可能并没有被充分发挥效能。另一方面,充满余量的项目,更安全,更稳定,从工程角度看,百年工程、恢弘大气、进退有度也是一种优点。尤其与很多总工沟通后发现,大家都知道这样可能会偏保守,但“工程”,安全永远是第一位的,所谓的“巨额投资”也是物有所值,何况在项目的全寿命周期中,这些增量成本甚至可以忽略不计。

而且“保守”本身就比“精确”要可靠,毕竟各种意外层出不穷,下偏差时有发生,而这些基本都不是设计师能左右的。

举个例子,再强的施工单位,也很难保证地埋管回填100%合格;

打井足深,本不应是问题,但当地质情况复杂多变时,从钻孔到下管,都可能遇到各种奇怪的问题,毕竟地下上百米,勘测能力有限。

工程质量管控也是一门大学问。所以适当的“保守”设计,到最后也许会“刚刚好”;

总之,校核计算和设计计算并没有好坏之分,只是深度不同而已。设计计算听上去高深繁杂,其实也是让项目的情况更明白,更有预判性而已。而且风险考虑多了,最后还会走上“保守”的老路,毕竟必要的余量和风险抗性总是需要的。


图 1 EHPD计算软件输入参数示意图
图2 地下换热器系统各年冬、夏最不利进出水平均温度
图3 第n年地下换热器各月水温