地源熱泵系統學校類建筑應用的冷熱源規劃探討

朱煒亮

(常州市規劃設計院，江蘇常州　213002)

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地源熱泵系統學校類建筑應用的冷熱源規劃探討

朱煒亮

(常州市規劃設計院，江蘇常州213002)

摘要:從某學校的建筑特點、功能特性、使用時間的交錯現象等方面，分析了學校的建筑負荷特性，通過對各冷熱源方案的技術性、經濟性比較，確定了地源熱泵系統的冷熱源方式，既節約了工程造價，又取得了較好的保溫保冷效果。

關鍵詞:學校，地源熱泵，空調系統，負荷系數

0　引言

能源是人類生存和發展的重要物質基礎。隨著經濟的快速發展，能源的消耗特別是建筑能耗急劇上升。目前，探索具有高效節能的空調系統已經成為業界的研究熱點。利用淺層地熱能作為冷熱源進行能量轉換的地源熱泵系統得到了廣泛的認可。本文利用江蘇常州建設高等職業技術學校的案例分析，介紹地源熱泵系統的冷熱源在學校類建筑中的應用。

1　負荷分析

學校類建筑進行暖通空調系統冷熱源配置時，應充分考慮學校類建筑的使用功能劃分。該校區建筑中包含有宿舍、食堂、圖書館、教學樓、行政樓等多種類型，應充分分析各類建筑使用特點，綜合規劃學校類建筑冷熱源。

例如表1列舉的各功能建筑的使用時間和使用特點分析。

學校類建筑中各功能性建筑的使用率不高，使用時間相互交錯，暑假和寒假階段學校大部分建筑處于停止使用狀態。因此在進行冷熱源規劃時應考慮以下特點。

表1　各建筑功能使用時間及特點

1)冷熱源計算需按照使用時間段進行統一規劃(不需要全部采用常規空調負荷計算)。2)食堂使用時間較短，宿舍區使用時間與其他建筑均錯開，空調設計中做錯峰使用考慮。3)學校類建筑應充分考慮熱水需求，在進行冷熱源配置時，重點考慮生產熱水的效率。4)圖書館運行時間長，但在圖書館負荷計算時，充分考慮各區域的冷熱需求。例如圖書區域的溫度要求可降低，閱覽區域的溫度為正常溫度。5)教學樓在夏季和冬季的負荷計算時，應充分考慮到不同時使用系數和寒暑假不使用的情況，并且末端具有靈活控制功能。

通過以上分析可看出，在進行學校類建筑能源規劃時，應充分考慮負荷計算的錯峰、熱水的需求、空調的運行與停用等。

2　工程實例分析

本項目為常州建設高等職業技術學校新校區地源熱泵系統工程，冷熱源機房空調供能區域包括圖書館、行政樓、創意樓、食堂和教育技術中心教學樓及學生宿舍，總空調建筑面積137 792 m2，其中食堂建筑面積14 670 m2，學生宿舍建筑面積73 000 m2，冬夏季空調逐時負荷計算結果如下:夏季平均空調逐時總冷負荷: 75 113．9 kWh;冬季平均空調逐時總熱負荷:55 873．3 kWh。

1)根據本項目的空調冷熱負荷，如下公式計算空調系統冬夏季換熱量:Q'=Q×(1+)×η×d=75 113．9×(1+)×111170%×90=5 592 571 kWh。Q'=Q×(1-)×η×d=222255 873．3×(1-)×90%×60=2 346 678 kWh。其中，Q'為空1調系統夏季須向外界排放的熱量，kWh;Q1為夏季最熱月份空調運行日平均總冷負荷，75 113．9 kWh;Q2'為冬季從土壤吸收的熱量，kWh;Q2為冬季最冷月份空調運行日平均總熱負荷，55 873．3 kWh; COP1為熱源熱泵機組夏季制冷，平均實際運行能效比，5．0;COP2為熱源熱泵機組冬季制熱，平均實際運行能效比，4．5;η1為夏季空調系統運行平均負荷系數，70%;η2為冬季空調系統運行平均負荷系數，90%;d1為夏季空調年平均運行天數，90 d;d2為冬季空調年平均運行天數，60 d。

對于學校尤其中學來說，各建筑的使用時間交錯性非常明顯。教學區建筑如教學樓、實驗樓、圖書科技樓、藝術樓等使用時間基本一致，均為白天使用，宿舍樓的使用時間正好和教學區建筑的使用時間形成互補，錯時運行，食堂的使用時間僅為間斷性的就餐時間，該校區采用區域性的冷熱源，因此空調冷熱源設計中做錯峰使用考慮。設計選用螺桿式地源熱泵機組共4臺，1臺額定制冷量1 876 kW、額定制熱量為1 794 kW，另外3臺每臺額定制冷量為1 162 kW、額定制熱量為1 109 kW，其中1臺參數額定制冷量為1 162 kW、額定制熱量1 109 kW的為全熱回收機組，利用晚間低谷時段制衛生熱水，另設一冷卻塔在滿負荷或平衡系統散熱時開啟，4臺主機全部采用滿液式機組，冷媒采用R134a冷媒，均須達到一級能效要求。本項目按照冬季熱負荷確定打井數目，采用冷卻塔、全熱回收主機作為夏季空調輔助冷源，這樣既減少了打井面積，節省初投資，又實現了地埋管換熱系統的熱平衡。

4)地源熱泵系統的最終配置見表2。

表2　地源熱泵系統的配置

3　結語

1)通過分析，學校類建筑的冷熱負荷在進行規劃后，總體負荷大大降低，大約降低20%。2)通過優化地源熱泵系統配置，保證了地下熱平衡，并能夠充分利用地下余熱作為學校熱水的補充?？傮w來說，學校建筑功能多樣，不同功用的建筑使用時間也不一樣且存在明顯的錯峰現象，因此在設計空調系統時應優先選擇區域性的冷熱源，這樣不僅能減少裝機容量，提高機組運行效率，而且也大大減少了設備初投資及運行管理費用。同時，采用區域集中供冷(暖)、熱水的形式，一個地源熱泵機房提供校區各樓中央空調冷熱源及所有學生宿舍生活熱水，地源熱泵機房至各空調建筑的冷熱水管采用直埋保溫管道，不設管溝，在節約造價的同時獲得比較好的保溫保冷效果。

參考文獻:

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［5］劉峰，刁乃仁，李智勇，等．北方地區某中學地源熱泵空調系統優化設計［J］．建筑熱能通風空調，2014，33(5):162-163．

Discussion on heat and cold source planning applied in ground source heat pump system school class building

Zhu Weiliang
(Changzhou Planning and Design Institute，Changzhou 213002，China)

Abstract:From the architecture characteristics，functional characteristics，use time staggered phenomenon and other aspects of a school，this paper analyzed the school building load characteristics，through the technical and economical comparison of all kinds of cold and heat source schemes，determined the cold and heat source ways of ground source heat pump system，saved the engineering cost，also achieved better thermal insulation and cold insulation effect．

Key words:school，ground source heat pump，air conditioning system，load factor

作者簡介:朱煒亮(1981-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-22

文章編號:1009-6825(2016)01-0138-02

中圖分類號:TU833

文獻標識碼:A