某售樓處地源熱泵空調加毛細管輻射系統設計

王紅霞

（信息產業電子第十一設計研究院南京分院，江蘇南京 210012）

某售樓處地源熱泵空調加毛細管輻射系統設計

王紅霞

（信息產業電子第十一設計研究院南京分院，江蘇南京 210012）

以工程為例，總結了地源熱泵、毛細管輻射和置換新風系統的設計流程，重點介紹了地埋管換熱器的設計計算以及熱泵系統的配置和空調系統的控制，為今后類似工程提供了指導。

地源熱泵，地埋管，毛細管輻射系統，置換新風

0 引言

在我國推行節能環保能源政策的背景下，傳統空調系統的高能耗已逐漸引起人們的重視，而地源熱泵由于其在系統穩定性、節能性和舒適性等方面均具有明顯的優勢，而得到越來越廣泛的應用。毛細管輻射系統能夠提供良好、舒適的室內環境，滿足提高室內空氣品質和系統節能發展的要求，是一種值得推廣的節能舒適系統［1］。本文通過介紹常州某售樓處設計中采用的地源熱泵、毛細管輻射加置換新風系統，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

項目位于常州市，總建筑面積為882.42 m2，地上2層，局部1層，建筑總高度9 m，主要有辦公室，影視廳，簽約室，VIP接待室，財務室和售樓大廳等。

2 空調系統負荷計算

2.1 設計參數

夏季空調室外設計計算干球溫度為34.6℃，濕球溫度28.6℃，冬季空調室外計算干球溫度為－5℃，相對濕度為75%。根據文獻［2］可知，夏季室內設計溫度26℃，相對濕度為55%;冬季室內設計溫度為18℃，相對濕度為40%。

2.2 圍護結構參數

2.2.1 外墻

采用外保溫系統，保溫材料及厚度:70 mm聚氨酯，導熱系數0.02。熱惰性D=3.34，東西南北向外墻熱阻分別為2.861m2·K/W，2.869 m2·K/W，2.873 m2·K/W和2.871 m2·K/W。計算可得，外墻的傳熱系數為0.35 m2·K/W。

2.2.2 外窗

外窗采用斷熱鋁合金中空玻璃窗，窗玻材料為6+12A+6，傳熱系數3.4 m2·K/W。外窗及陽臺門的氣密性不低于《建筑外窗氣密性能分級及其檢測方法》規定的4級。

遮陽措施:本工程東、南、西、北窗采用活動外遮陽形式。活動外遮陽采用鋁合金卷簾外遮陽系統，夏季與冬季遮陽系數分別為0.33和1.0。

2.2.3 屋面

屋頂保溫材料為140 mm聚氨酯，導熱系數0.02。熱惰性D=5.533，熱阻為5.445 m2·K/W。計算可得，屋面的傳熱系數為0.2 m2·K/W。

2.3 系統負荷計算

負荷計算包括圍護結構負荷以及人體負荷、新風負荷、電器設備負荷等。計算中采用了業界公認的鴻業負荷軟件，該會所的冷負荷為112 kW，熱負荷87 kW。此外，熱水負荷根據建筑給水排水規范可以計算出，熱水負荷約為3.2 kW。

3 地源熱泵系統設計

3.1 地埋管換熱系統設計

3.1.1 地埋管形式選擇

本項目采用單位管長換熱量較大的并聯雙U形垂直埋管，孔徑為135 mm，單井埋管有效深度80 m，埋管間距5 m。埋管區域為建筑物周邊綠化地帶。采用非集管制連接，每口地源井單獨形成一個回路，由設在集分水器附近支管上的球閥來實現流量調節。各個回路之間互不影響，運行調試及維護比較方便，系統穩定性高。

3.1.2 地源井數量計算

參考該地區類似地質條件工程中所做的地下換熱實驗報告，埋管的取放熱量數據:夏季散熱量指標70 W/m，冬季取熱量指標50W/m。

地源熱泵系統最大釋熱量和最大吸熱量根據地源熱泵規范［3］計算。

夏季向土壤排放的熱量可由下式計算:

冬季從土壤吸收的熱量可由下式計算:

其中，Q1'為夏季向土壤排放的熱量，kW;Q1為夏季設計總冷負荷，kW;Q2'為冬季從土壤吸收的熱量，kW;Q2為冬季設計總熱負荷，kW;EER為設計工況下地源熱泵機組的制冷能效比;COP為設計工況下地源熱泵機組的制熱性能系數。計算時可從樣本中選用設計工況下的EER，COP。

埋管長度及數量計算:

其中，L1為豎井埋管總長，m;Q1'為夏季向土壤排放的熱量，kW;q1為夏季每米井深散熱量，W/m。

其中，L2為豎井埋管總長，m;Q2'為冬季從土壤吸收的熱量，kW;q2為冬季每米井深取熱量，W/m。

埋管數量可由下式計算:

其中，N為埋管數量，個;L為埋管長度，m;H為單口井深，m。按照夏季負荷計算埋管，需要的地源井26口;按照冬季負荷計算埋管，需要的地源井20口。綜合冬夏季埋管數量的需求，設計采用按照夏季負荷進行埋管，考慮一定的設備余量和系統安全，設計30口地源井。

3.2 冷熱源系統設計

3.2.1 系統配置

由于該系統較小，輻射系統和新風系統通過板式換熱器共用一臺熱泵機組。根據夏季的冷負荷選擇熱泵機組，一臺制冷量為129.8 kW，制熱量為135 kW的螺桿式熱泵機組，主要用來滿足會所的冷、熱負荷。一臺渦旋式熱泵機組，制冷量為18.8 kW，制熱量為19.1 kW，熱水的加熱量為19.8 kW，用來提供會所所需的生活熱水。該機組為生活熱水一體機，內部設有空調循環泵和熱水回水泵，內置四通閥實現冬夏季的轉換。

水泵分四組:地源側、空調側、毛細管側和熱水側。地源側螺桿熱泵機組對應兩臺（一用一備），渦旋機組對應一臺，三臺水泵并聯運行;空調側設置兩臺（一用一備，渦旋機組內置水泵），毛細管側和熱水側各設置兩臺（一用一備）。地源側、空調側和毛細管側均采用成套的定壓補水裝置。生活熱水水箱容積為150 L，采用膨脹罐定壓。循環系統均采用電子水處理儀處理循環水，其中毛細管側由于對水質要求較高，采用了軟化水處理裝置。

3.2.2 運行工況

冬夏季切換主要靠外部閥門轉換，小機組通過內部四通閥自行切換。

夏季:地埋管系統運行工況為30℃/35℃，熱泵機組蒸發器側進出水溫度為12℃/7℃。冷凍水分成兩路，一路直接供至新風機組，一路供給板換。換熱后二次側供水溫度為18℃，供給毛細管，與室內空氣換熱后，毛細管回水溫度升為21℃，再次進入板換。

冬季:地埋管系統運行工況為10℃/5℃，熱泵機組冷凝器側進出水溫度為40℃/45℃。同樣一路直接供給新風機組，一路供給板換，換熱后，板換二次側毛細管輻射系統供水溫度為31℃，回水28℃。

4 空調末端系統

4.1 毛細管輻射系統

采用4.3 mm×0.8 mm的PPR塑料毛細管組成的間隔為10 mm～30 mm的網柵，猶如人體中的毛細管，起著分配、輸送和搜集液體的功能，網柵由間距很小的平行毛細管均勻分布，熱輻射交換面積特別大，所以室內溫度非常均勻。因此，毛細管系統是滿足人體熱舒適性要求的仿生態系統，在一些要求較高的場所應用較多。

根據相關文獻［4］和樣本資料，一般取單位面積輻射供冷量為60 W/m2。毛細管體積小，具有安裝靈活的特點，常鋪設于頂棚、地板及墻壁上。但由于該會所外窗較大，在滿足室內裝修的前提下，毛細管鋪設于各層的地板和吊頂中，盡可能利用有效的空間。吊頂毛細管安裝示意圖如圖1所示，地板毛細管安裝示意圖如圖2所示。最終鋪設面積為:吊頂520 m2，地板400 m2，共計920 m2。毛細管可承擔的負荷約為55.2 kW。

4.2 置換新風系統

采用帶轉輪熱回收的新風空調機組，新風量為5 000m3/h，新風冷負荷為63 kW。置于機房內，從室外取新風，排風經過轉輪熱回收后通過屋面排至室外。室內采用下送上回的置換通風方式?？諝饨浰惋L分配器均勻分配至地板送風口，風口風速控制在0.2 m/s以下。分配器至風口間的風管采用成品方形UPVC風管，安裝于架空地板下。吊頂回風口采用格柵百葉，自帶調節閥。

圖1 吊頂毛細管安裝示意圖

圖2 地板毛細管安裝示意圖

4.3 系統控制

1）通過板換一次側的電動閥來控制毛細管系統供水溫度。

2）溫控器通過內置的傳感器監測室內溫度，通過溫控器自動關閉或開啟相應水流回路上的調節閥調節室溫。如室內溫度偏離用戶對調節閥的設定值，則溫控器自動關閉或開啟水流回路上的調節閥。

3）在毛細管上安裝露點探測器，當房間濕度接近露點時，防結露溫控器會自動切斷該回路所在集分水器主管上的電動閥，啟動防結露保護。

4）室內濕度控制由濕度控制器控制新風電動閥來實現。

5 結語

1）毛細管輻射加置換新風系統對建筑的保溫性能較高，在采用此類系統時需考慮相關建筑圍護結構是否滿足要求。

2）地埋管換熱器是地源熱泵穩定運行的關鍵，在設計中需要考慮一定的余量。在后期施工過程中需要嚴格按照施工工藝標準執行。

3）毛細管系統對水質要求較高，需定期清理系統中的過濾裝置，系統中盡量選擇耐腐蝕閥門和管件。施工過程中需與裝修緊密配合，避免后期在安裝毛細管的地板或吊頂上釘釘或打洞。

4）毛細管席之間優先采用同程水系統，使毛細管席之間水力平衡，布水均勻，從而確保毛細管席換熱均勻，換熱效果好。

［1］王子介.溫輻射供暖與輻射供冷［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［2］陸耀慶.實用供熱手冊［M］.第2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［3］GB 50366-2005（2009），地源熱泵工程技術規范［S］.

［4］孟召賢，于躍進，周蓓.地源熱泵和毛細管網輻射系統在別墅中聯合應用的探討［J］.制冷與空調，2009，23（5）：102-104.

［5］劉偉.淺談地源熱泵的應用［J］.山西建筑，2011，37（11）：116-117.

On design for ground source heat pum p air-conditioning w ith capillary column radiation system of some building sales office

WANG Hong-xia

（Nanjing Branch，the IT Electronics Eleventh Design and Research Institute，Nanjing 210012，China）

Taking some project as the example，the study sums up the design procedures for the ground source heat pump，the capillary column radiation and fresh air replacement system，andmainly introduces the design calculation for the ground heatexchanger，the allocation of the heat pump system and the control of the air-conditioning system，so as to provide some direction for similar projects in future.

ground source heat pump，capillary column radiation，the capillary column radiation system，fresh air replacement system

TU831.3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.102

1009-6825（2012）19-0138-03

2012-05-03

王紅霞（1985-），女，碩士，助理工程師