項目地點位於北京市昌平區南口鎮太平莊西側。校園占地面積約80公頃，總建築面積約18×104m2。2001年8月開始方案設計，施工圖設計經市規劃委批準後進行。2003年9月，新學年投入使用。
校園平面分為前區、中區、後區、山區四個區域。前區為教學區，包括行政教研樓、圖書館、教學實驗樓和報告廳。中心區為宿舍區，包括學生宿舍和食堂、警官宿舍和食堂、教師宿舍。後區為場館區，包括警務技能館、體能館、遊泳館、禮堂、標準運動場、幹部培訓樓。山區是外研區，包括外研樓、物業樓和下沈式射擊場。
校園內有20多棟建築，都是多層建築。行政教研樓5層，地下1層；禮堂3層，地下1層；其余為2-4層建築。外墻采用300厚加氣混凝土砌塊，傳熱系數0.82 W/(m2·k)。屋面保溫材料為60厚聚苯板或金屬保溫板，傳熱系數為0.6 ~ 0.78 w/(m2·k)。鋁合金雙層玻璃窗的傳熱系數為3.5w/(m2·k)。
2.地下水熱泵系統方案的產生
建立現代化的高等學府，為學生和教職工創造良好的教學和生活環境，要求全院設置中央空調，冬暖夏涼。
供暖和供應生活熱水是學校的首要問題，比制冷更重要。必須有可靠的加熱方案。應該用什麽樣的能源制冷制熱，必須根據地區的外部條件來決定。常用的方案有:①城市熱網供熱+電制冷；(2)燃煤鍋爐供熱+電制冷；(3)燃氣鍋爐供暖+電制冷；(4)燃油鍋爐供暖+電制冷；⑤電鍋爐加熱+電制冷。
新學校位於昌平郊區，南臨十三陵，是北京市環境保護重點區域。該地區無城市熱網供應，不能采用方案①；方案(2)為燃煤鍋爐，不符合環保要求，北京市政府明令禁止；燃料油貴，運行成本高。壹般最多只有幾天的石油儲備，要組建專門的運輸車隊來組織石油運輸，使用起來非常麻煩和不方便。因此，方案④不合適；電能是壹種清潔的高品位能源。在中國，70%的電能是熱電，由煤炭轉化而來，其轉化率只有30%左右。將高品位電能轉化為低品位熱能用於供暖是不經濟的。校園大，冬天用電鍋爐取暖顯然不合理。不宜采用方案⑤。方案①、②、④和⑤不適用於本項目。
方案③為燃氣鍋爐供暖。已知昌平區天然氣管道距離校區5 ~ 10 km，不確定近兩年是否能接通。
為落實北京市政府對大氣汙染治理的要求，甲方委托北京地質工程勘察院對該區域的地質和水文地質條件進行了初步勘察，確認該區域的地質和水文地質條件完全能夠滿足地下水熱泵系統的設計要求。
甲方要求根據場地資源情況，比選燃氣鍋爐供暖+電制冷(方案1)和地下水熱泵(以下簡稱熱泵，方案二)兩種方案。
總投資:
方案1:5929.2萬元(不含昌平至校區天然氣管道投資)。
方案二:5441.5萬元。
運營成本比較
(以2003年電、氣費為準，電費0.57元/kW，天然氣1.8元/Nm3)；
方案1:夏季11.2元/平方米。
冬季27.9元/平方米
方案二:夏季10.2元/平方米
冬季25.4元/平方米
計劃特點:
方案1:
①壹次性投資和年運行費用略高於方案二；
②校園內要建鍋爐房，總平面難以規劃；
③天然氣外輸管道問題難以解決，會影響投入使用的時間。
選項2:
①壹個熱泵系統可以在不建鍋爐房的情況下，冬季供暖，夏季供冷；
(2)無鍋爐煙囪、冷卻塔等設備，無熱量、濕度、粉塵和化學物質向大氣排放，無空氣汙染和噪聲汙染；
(3)節省房間面積；
(4)夏季提供衛生熱水時，可進行冷回收，提取熱量後的冷水可用於空調。
3.地下水熱泵系統介紹
設計空調總冷負荷:15153 kw；總熱負荷:16081kW。高峰需水量900m3/h，自2003年投入使用以來，運行效果良好。
4.區域水文地質條件
本區具有供水意義的地層主要為長城系高於莊組(Chg)和薊縣系霧迷山組(JxW)。
長城系高於莊組地層
該組地層分布在太平莊北部山區及山前附近。巖性為淺灰色厚矽質白雲巖、矽質灰巖、燧石白雲巖等。巖石風化破碎，裂縫發育。
薊縣系霧迷山組地層
該組主要分布在太平莊山前至平原地帶，隱伏在山前第四系沖積物的松散堆積物下。巖性主要為灰白色白雲巖、白雲質灰巖、含燧石塊的白雲質灰巖和結晶白雲巖。巖石風化破碎，巖溶裂隙發育，特別是在斷層構造帶附近，說明地下水條件豐富，是理想供水水源的目標巖層。
該區地下水的補給除了有少量的大氣降水通過松散的第四紀地層的入滲外，還有來自十三陵地區的地下水通過北部裸露基巖山區的大氣降水的入滲和來自該地層的地下水通過平面裂隙和構造裂隙的側向補給。
根據勘探資料分析，薊縣系霧迷山組(JxW)地層隱伏於第四系松散堆積物之下，巖石斷裂構造、巖溶裂隙、透水性和導水性十分發育，是良好的供水水源。
5.井水系統
* * *鉆井12口(6抽6灌)，井深約350m，井距150 ~ 200m，埋深約80m，單井出水量150 m3/h，提取能量後，提取的地下水全部回註地面；
校園分為兩個地下水熱泵系統。該區域水源上遊為東北方向，沿校園西、南邊界布置6口供水井。西南方向為本區地下水的下遊方向，井間距為200 ~ 300 m，在校園中部壹大片區域布置6口回灌井，向上遊回灌回水，保證水源的充足和穩定。由於井水提升高度有空間，熱泵機組的臺數隨著負荷的變化而控制，所以系統的水量是變化的。為了節水節能，所有潛水泵均采用變頻泵。
供水地下泵段直徑400mm，深350m，每口井設計出水量150m3/h/h
6.空調設備的選擇
全校* * *設計兩套地下水熱泵系統，行政樓熱泵系統機房位於行政樓地下室。機房內有22臺熱泵機組。觀眾廳的熱泵系統機房位於觀眾廳的地下室。
前區(教學行政區)和中心區(宿舍區)建築面積為11.6×104m2，空調冷負荷為10459kW，熱負荷為9314kW，衛生熱水采暖負荷為1500kW。選用半封閉螺桿式地下水源熱泵LSB。後區(場館區)建築面積4.9×104m2，空調冷負荷5556kW，采暖負荷5834kW，衛生熱水采暖負荷1000kW。選用LSBLGR-530型14臺機組，其中兩臺機組常年供應衛生熱水，末端形式采用全空氣空調機組+風機盤管+新風。
7.自動控制和調節
熱泵機組的自動控制；
每臺熱泵機組配有微機控制裝置，空調系統末端裝置采用雙向控制閥，根據空調冷熱水回水溫度自動(或手動)控制熱泵機組和循環水泵的數量，使每臺機組運行時間相等；熱泵機組與冷熱水泵和深井泵聯鎖。啟動順序為深井泵-冷熱水泵-熱泵機組，停機順序為深井泵-冷熱水泵-熱泵機組。考慮到熱泵機組較多，泵與泵不是壹壹對應的，5 ~ 6臺熱泵機組為壹臺泵，因此，熱泵機組進出口管道采用手動蝶閥手動切換，既能滿足使用要求，又能節省投資。
井組控制:
控制要求:①1供水井150m3/h，可供應5臺熱泵機組。當熱泵機組數量少於5臺時，任何壹臺1潛水泵都能滿足熱泵機組井水量的要求。潛水泵變頻運行可以滿足熱泵機組的流量和壓力要求，最大限度地節約水電。②當熱泵機組數量增加時，將有1臺潛水泵投入運行。1泵用於恒流量運行，另有1變頻泵用於流量不足。③潛水泵以上述方式裝載。④相反，潛水泵的數量壹個個減少。
控制系統:
①潛水泵系統的控制方式類似自來水恒壓供水系統的控制方式，保證用戶管網供水壓力恒定。控制系統根據設定的管網壓力和壓力傳感器測得的實際管網壓力信號，采用1調速泵配4臺定速泵的運行方式，自動啟動定速泵數量和調速泵轉速，保證水量變化時的供水壓力，最大限度節電；(2)為了防止水泵長期不運行後生銹，PLC控制水泵定時作為變頻泵運行，即自動換泵功能；(3)直觀的圖形顯示和檢查功能，以圖形方式顯示管道壓力、潛水泵運行狀態、每口井的水量和總水量、設備狀態和系統工作狀態；④報警和保護功能:當總水管壓力和流量達到報警狀態，啟動櫃出現故障時，操作面板會發出聲光報警。⑤檢測並記錄每臺潛水泵的水量和運行狀態。
空調循環水系統運行調節
空調循環水泵采用定速泵，空調分配總管之間設置有壓差旁通閥，所以空調循環水系統是典型的定流量水系統。
8.地下水熱泵的運行效果
地源熱泵供暖系統於2003年6月+065438+10月投入運行，運行效果壹直良好。根據冬夏季運行工況的記錄和顯示數據，用戶室內溫度穩定，能夠滿足用戶對冷、熱負荷、生活熱水等的需求。
夏季空調及生活熱水系統用電量約6364kW；采暖和生活熱水系統冬季用電量約為4660kW。
夏季從當年5月中旬至9月底逐步開始制冷，制冷費用約為1.53萬元。
冬季從11開始逐步供暖至次年3月底，供暖費用約380.9萬元；
綜合單價冬季每平方米供暖費用20元左右，夏季每平方米供冷費用8元左右。
9.水井的操作
可滿足抽水灌溉要求，峰值需水量900m3/h，取水可回灌100%。運行四年，水位無明顯下降趨勢，水質無變化，水量能滿足機組用水需求。
65438+
由於整個系統采用變頻調速技術，根據熱泵機組流量和壓力的要求，潛水泵變頻運行，最大限度地節約水電，因此整個系統的經濟效益十分顯著，也帶來了巨大的社會效益和環境效益。參觀團絡繹不絕，施工單位很滿意。
11.項目摘要
(1)用熱泵機組替代鍋爐房和冷凍站，可以減少煙囪和冷卻塔，大大降低空氣汙染程度，改善城市環境衛生，有利於生態平衡。特別適合在鍋爐房受到限制的地區使用熱泵，如重點文物保護區、商業中心、旅遊區、療養區等。
(2)地下水熱泵系統的關鍵是水源。壹是經當地行政、環保、水利等主管部門批準，進行水文地質勘察，取得地質勘察報告和地下水資源評價報告，包括水量、水溫、水位、水質等參數，設計鉆孔位置。因地制宜制定回灌方案，保證所有水回灌，水資源不受汙染。
(3)熱泵機組的工作原理是夏季用井水做冷卻水，冬季用井水做熱源。空調冷熱水系統和井水系統管道配置後，切換閥用於冬夏季工況轉換，如圖3-3所示。因此，閥門1 ~ 8的密封性非常重要。如果閥門泄漏，兩個系統將串聯起來。這個項目就出現了這樣的問題。閥門6、7漏水，空調循環水系統的水漏進了回灌井，空調水系統壓力上不去，系統無法正常運行。
(4)井水的動態水位和井水管網的大小對系統的能耗影響很大。動水位越深，耗電量越大。筆者計算出本項目深井泵用電量約占總用電量的15% ~ 18%。如果動水位高度增加壹半，泵的提升高度將減少壹半。當系統作用半徑減小時，管網阻力減小。兩項之和減少1/2時，泵的揚程減少壹半，即耗電量減少約1/2，可節電約8% ~ 10%。
地下水熱泵技術在北美和歐洲已有幾十年的歷史，是壹種應用廣泛且成熟的供暖空調技術。地下水熱泵供暖空調系統在我國已有十幾年的應用歷史，與國外相比發展相對緩慢。北京警察學院地下水熱泵系統是水-水熱泵系統在工程中的應用實例，對今後該技術的推廣具有參考價值。也希望在以後的運營中積累經驗，提高管理水平，為業主提供優質服務，節約運營成本。期望該系統的使用能夠實現社會效益、環境效益和經濟效益的雙贏。