蕪湖市某辦公樓地源熱泵空調系統設計

劉 亮（中國煙草總公司合肥設計院，安徽 合肥 230002）

蕪湖市某辦公樓地源熱泵空調系統設計

劉 亮（中國煙草總公司合肥設計院，安徽 合肥 230002）

地源熱泵技術是一項節能、環保的可再生能源利用技術。文章結合蕪湖市某辦公樓，從建筑特點、建筑周圍能源狀況以及當地能源政策等方面對該項目地源熱泵空調系統的設計進行了分析，闡述了設計時采取的一系列節能措施，以保證系統安全、節能、高效運行，給該地區地源熱泵系統的設計提供了參考。

地源熱泵系統；自動控制；水系統；風系統；節能

0 前 言

隨著經濟的快速發展，能源消耗逐年增大。相關數據顯示，我國建筑能耗約占整個社會能耗的1/3左右，而空調系統能耗約占建筑能耗的40%～60%［1］。傳統的中央空調系統不但耗能，而且會排放出一定的有害氣體污染環境。地源熱泵空調系統憑借其節能、環保的特點，已經成為暖通空調領域備受關注的熱門課題［2］。本文通過對安徽省蕪湖市某科研辦公樓地源熱泵空調系統方案的分析及設計，探討了該地區地源熱泵技術規模應用的可行性。

1 工程概況

該項目為蕪湖市某科研辦公樓，位于高新開發區。建筑總面積為24233m2，建筑高度70.2m。其中，地下1層，建筑面積2541m2；地上19層，建筑面積為21692m2。地下一層為復式停車、變電所、泵房、空調機房等；地上主要為大堂、接待、研發教學中心、客房、會議、辦公等。

2 空調設計參數

2.1 室外設計參數

室外設計參數［3］詳見表1。

空調室外設計參數表 表1

2.2 室內設計參數

考慮房間功能及運行時間的不同，結合夏熱冬冷地區建筑節能的要求［4］［5］，室內設計參數詳見表2。

空調室內設計參數表 表2

2.3 空調負荷計算

空調負荷準確與否關系到系統運行后室內熱濕環境參數是否滿足設計要求。但即使計算準確，實際建筑冷熱負荷又會發生變化，目前，工程中空調系統的設備選型多參照負荷計算結果，沒有考慮到實際運行情況。因此，項目初期對建筑功能特點進行了詳細分析，并與甲方相關專業人員進行了討論分析。使用手工計算，結合鴻業負荷及天正暖通負荷計算軟件，得到工程總冷熱負荷見表3，全年動態負荷結果見圖

1，建筑熱工參數見表4。

圖1 建筑全年動態負荷

工程總冷、熱負荷表 表3

建筑熱工設計參數表（W/（m2·K））表4

3 冷熱源系統設計

3.1 冷源

設計選取2臺螺桿式地源熱泵機組，單機制冷量757kW；1臺螺桿式冷水機組，單機制冷量757kW。冷凍水供回水溫度 7/12℃，夏季優先運行單冷機組，有利于地下土壤熱平衡，根據負荷增長開啟地源熱泵機組，以滿足冷負荷變化要求。熱泵機組和水冷機組機房位于負一層，占地約310m2。冷卻設備采用超低噪音橫流冷卻塔，集中設置于裙房屋頂，開式機械循環，冷卻水供回水溫度32/37℃。熱泵系統原理圖見圖2。

圖2 供冷系統原理圖

3.2 熱源

設計地埋管系統，需要足夠的打井面積，建筑周圍有一定的綠化和地上停車場面積。根據熱響應測試報告，本項目采用垂直雙 U型地埋管系統，打井位置位于建筑周圍綠化帶及停車場位置。地表以下一定深度處土壤溫度常年基本不變，就本項目來說約20℃左右，因此打井越深，有利于系統取熱、放熱，而且打井所需面積也減少，結合項目所在地地質狀況，綜合經濟及系統承壓要求，確定本項目打井深度100m。

項目前期的熱響應實驗測得，系統冬季和夏季單位井深換熱量分別為45W/m2、55W/m2，確定打井268口，鉆孔口徑 150mm，地埋管換熱器采用 DN32的PE管，公稱壓力1.6 MPa。規范［6］建議地埋管換熱器間距為3～6m，本項目設計地埋管間距4.0m×4.0m，并采用同程式連接。

4 空調系統設計

4.1 空調水系統

①系統形式：空調負荷側采用一級泵變頻變流量系統，水泵整定變頻（100～70%變頻，＜70%定頻），采用一機對一泵并聯方式，設一臺備用泵；地源側為一級泵定流量系統，采用一機對一泵并聯方式，并設一臺備用泵。

②每層內空調水系統采用同程式布置，垂直立管采用異程式布置。系統定壓采用高位膨脹水箱定壓、補水。主干管及主分支管回水管處設置靜態平衡閥，用以調節水系統平衡。同時，空調機組、新風機組設置動態平衡電動兩通調節閥，以實現動態平衡。風機盤管亦設置動態平衡電動兩通雙位閥。

③冷卻水系統：采用開式機械循環的超低噪音橫流冷卻塔，設置在裙房屋面，冷卻水供回水溫度32/37℃。

④水處理：空調冷熱水系統的補水設軟水處理。制冷機組入口冷水、冷卻水總管上設旁流動態離子過濾水處理器，對空調冷水/冷卻水進行除垢、殺菌滅藻、除銹等處理，冷卻水系統設置智能在線清洗裝置。

4.2 空調風系統

①大堂采用全空氣一次回風系統。冬夏季節最小新風比運行，在春秋過度季節，制冷機組不開啟，僅打開空調機組風機按新風比70%運行。

②大會議室、檔案采用全空氣一次回風系統，冬夏季節最小新風比運行，在春秋過度季節，制冷機組不開啟，僅打開空調機組風機按新風比70%運行，并設置排風系統聯合運行。

③除大堂外，其它區域均采風機盤管+獨立新風系統，風機盤管采用直流無刷電機，帶回風箱；新風機組分層獨立設置于新風機房，新風支管均設定風量閥。

④消防安保中心、物管用房、值班室等設置風冷式分體空調。

5 自動控制

5.1 空調冷水系統

制冷機組凍水及冷卻水出水管設電動開關閥及水流開關，冷卻塔進水管上設電動開關閥。冷凍水泵、冷卻水泵、制冷機組和冷卻塔聯鎖運行。制冷機組、出口熱媒參數、水泵進出口壓力、供回水總管壓力及溫度測量均設置數字顯示。

5.2 空調末端

5.2.1 風機盤管/吊柜（回風工況）控制

室內冷負荷變化，由設在室內帶風機三速開關的溫度控制器控制，設在風機盤管冷水回水管上的電動二通閥，通、斷水流或選擇風機盤管風機低、中、高速運行，以維持室內的溫度，同時調節各個末端設備之間的壓力平衡。冬夏季工況自動轉換。

5.2.2 新風機組、組合式空調機組控制

新風送風干管上設溫度傳感器，經DDC控制器控制機組回水管上的兩通電動調節閥開度，以保持送風溫度穩定。且由DDC控制器根據回風管上的二氧化碳濃度傳感器信號控制新風、回風及排風管上電動風閥開度，以保證室內新風量及節約能源。過渡季節DDC控制器根據室內溫度信號控制新風、回風及排風管上電動風閥開度。

6 結 語

隨著經濟的快速發展，能源需求迅速增長，由此帶來的環境、氣候等問題日益突出，工程中對具有節能、環保優勢空調系統的需求越來越迫切，而地源熱泵系統正是通過地下換熱器與溫度恒定在 20℃的土壤換熱，既節約了能源，又減少了污染氣體和熱排放，提升了環境品質。本項目設計為該地區地源熱泵系統設計施工提供了一定參考。

［1］盛雪.公共建筑空調系統節能監測評估方法研究［D］.成都：西南交通大學，2014.

［2］劉歡.地埋管地源熱泵系統綜合性能的評價［D］.濟南：山東建筑大學，2013.

［3］GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范［S］.

［4］DB34/1467-2011，安徽省公共建筑節能設計標準［S］.

［5］GB50189-2015，公共建筑節能設計標準［S］.

［6］GB50366-2009，地源熱泵系統工程技術規范［S］.

TU833+.3

B

1007-7359（2016）02-0211-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.074

劉亮（1982-），男，安徽宿松人，安徽建筑大學在職研究生；工程師，國家注冊公用設備工程師。