湖水源熱泵空調設計

韓書生

（悉地國際設計顧問（深圳）有限公司，上海200433）

湖水源熱泵空調設計

韓書生

（悉地國際設計顧問（深圳）有限公司，上海200433）

以高爾夫會所空調設計為例，根據全年空調冷、熱負荷和衛生熱水負荷，選擇了三功能湖水源熱泵全熱回收空調系統。設計中實現了系統在供冷、供熱的同時提供衛生熱水，對空調系統設計加以闡述總結，以供同行在同類工程設計中借鑒。

三功能型水源熱泵；綠色環保；節能高效

0　引言

地源熱泵是指通過地表水、地下水或土壤為冷熱源的一種綠色環保的節能空調系統。它通過與大地耦合，夏季把建筑物內熱量轉移到地下，而冬季把儲藏在地下的熱量釋放出來給建筑物供暖。

地源熱泵是利用了地球所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的空調系統。其中可以利用的水體包括地下水或地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對均衡。

所以說，地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術，符合我國綠色環保、節能減排可持續發展戰略。

1　工程概況

會所總建筑面積9142m2，地下一層，地上二層，建筑高度19.8m。地下層主要為會員提供各項服務的功能空間，如：更衣、足浴、淋浴及各類設備用房；一層有接待大堂、中西餐廳及工作人員辦公室；二層是可以獨立靈活使用的中餐包房和大會議室。

項目所在地（深圳）屬夏熱冬暖地區，夏季需空調供冷季節較長，冬天空調采暖期較短，一年四季需要熱水供應。由于球場區屬國家二級植被保護區，不允許建鍋爐房有煙氣排放產生環境污染，工程附近也沒有熱網供應，因此系統冷熱源的選擇對暖通空調、衛生熱水加熱方式設計尤為重要。

通過節能運行經濟分析，結合項目地點面臨龍湖水庫的水資源便利環境條件，設計采用三功能全熱回收湖水源熱泵系統。

表1　設計可實現六種工況運行

2　設計參數、負荷計算

表2　室外設計計算參數

表3　室內設計計算參數

表4　冷熱負荷

3　冷熱源設計

工程夏季冷負荷為900kW。包括圍護結構熱、太陽輻射熱、室內人體熱、照明熱、室內其它電子設備熱、新風等各種負荷。冬季采暖熱負荷234kW；常年衛生熱水負荷700kW；設計采用130RT水源熱泵（熱回收）機組2臺，湖水側循環泵3臺（二用一備），用戶側循環泵3臺（二用一備），衛生熱水泵3臺（二用一備）；用戶側、湖水側定壓罐分別定壓。衛生熱水設置有蓄熱水箱。

4　空調水系統設計

根據冷熱負荷計算值，設計采用湖水拋管地源熱泵空調系統，即湖水換熱系統+水源熱泵（熱回收）機組＋室內空調末端系統，實現夏季制冷、冬季供暖，同時提供衛生熱水。

（1）室外換熱系統設計

根據工程當地湖水源的水文資料，夏季湖水溫度28℃，冬季湖水溫度13℃；考慮綜合因素影響，設計夏季湖水設計取27℃；，冬季湖水設計取12℃；采用湖底拋管換熱的方法，設計要求距湖岸10m湖底清淤處理面積約4500m2，保證拋管區域湖水深度5.5m。

夏季湖水盤管換熱前后水溫度32/27℃，冬季湖水盤管換熱前后水溫度7/12℃；拋管采用DN32高密度聚乙烯管，查計算表得排管換熱為30W/m；按滿足最不利工況的需要，根據負荷計算得敷管長度約為30000（1+5%）＝31500m（總換熱負荷945kW）。每個盤管長度220m，共計144個盤管，拋管間距按4m設置，每個盤管施工采用混凝土塊固定。

根據模擬計算分析，盤管區域冬夏季湖水溫度變化±0.03℃左右，經當地水文部門審核批準，水溫變化滿足水資源環境保護標準要求。

湖水側換熱分析計算設計參數依據來自參與合作設計的地源熱泵專業公司，這里未能提供湖水源的源側體量換熱分析。

（2）系統設計

水源熱泵（熱回收）機組采用二臺130RT，為滿足提供衛生熱水需要，機組采用高溫制熱型配置；

制冷工況機組蒸發器供、回水溫7/12℃，來自湖水盤管供冷凝器的進、出水溫度27/32℃，機組衛生熱水出水溫55℃；

制熱工況機組來自湖水盤管供蒸發器供、回水溫12/7℃，冷凝器的進、出水溫度40/45℃，機組衛生熱水出水溫55℃；

系統設置3臺湖水側循環水泵（一臺備用），3臺用戶側循環水泵（一臺備用），3臺衛生熱水循環水泵（一臺備用）；

用戶側、湖水側水系統定壓罐分別定壓；補水采用軟化水。

水系統采用一次泵變流量二管制閉式機械循環系統。

供回水干管間設置壓差控制電動閥，根據系統壓差變化，通過調節旁通流量使制冷機節能運行。

冷水機組出水管上均設電動閥，實現系統運行的自動聯鎖控制。

5　室內空調末端系統

辦公、餐飲、球包、休息等用房采用風機盤管加新風系統。

風機盤管上冷、熱水管出口端均設有電動閥，連接室內溫控裝置，自動調節室內溫度。送風口采用方形散流器或雙層百葉風口，回風口選用門絞式帶濾網雙層百葉回風口。

每層功能區設置數臺新風機組，機組設有換熱盤管。機組上冷、熱水管出口端均設有電動閥，根據室外不同季節溫、濕度變化，自動調節冷、熱水流量，滿足新風的送風溫度要求。

新風機組吊裝于走廊吊頂內,由送風支管將新風送至各功能房間。送風支管上均設輕型蝶閥。送風口根據室內裝修風格不同采用雙層百葉風口或散流器；新風口采用防水型帶濾網單層百葉。

廚房采用全新風系統，送風口采用散流器送風口，新風口采用防雨型層百葉風口。

首層門廳入口處均設空氣幕。

6　高效節能，運行費用低

（1）設備節能：采用高效換熱技術，夏季湖水環路溫度為25-35℃，冷凝溫度低，壓縮機能效比（EER）比冷卻塔式高出20%；冬季湖水環路溫度為5-25℃，蒸發溫度較高，壓縮機能效比（EER）比風冷式高出70%。若考慮室內風機功耗，空調機單機能效比EER高達4.0-6.5，比一般空調設備節能20%-40%。

（2）系統節能：冬季熱泵采暖，比傳統鍋爐采暖費用低。一年運行費用比傳統空調+鍋爐節省20% -30%，比風冷和VRV中央空調節省30%-40%。如果采用變頻式空調機組和水泵變頻調節，系統節能將更加可觀。根據行業相關資料估計，設計安裝良好的地源熱泵系統，平均來說可以節約用戶30%-40%的供熱制冷空調的運行費用。

（3）節能管理：當機組電腦板上配置通訊口時，通過中央計算機可對系統集中監控，與樓宇控制系統接口，實現設備管理自動化及能量管理自動化。一個完整的計算機集散控制系統，可根據室內人員的增減及室外陽光直射等負荷的變化而自動調整熱泵制冷或供暖出力，實現節能最大化，運行費用最小化；還可設置顯示和打印設備，可存儲、分析各種采暖、制冷、維修等經濟及技術數據，促進系統運行最優化，使運行管理節能10%-30%。

7　綠色空調、清潔環保

地源熱泵系統在冬季供暖時，不需要鍋爐，無有害燃燒產物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放，保護了環境。在夏季制冷時也是將熱量轉移到地下，沒有任何氣體及熱量排放到大氣中，如果得到廣泛應用將可以大大降低溫室效應，減緩全球變暖的進程。

8　空調系統投資運行分析

根據工程需要的空調冷、熱負荷及衛生熱水負荷，作以下分析。

表5　水源（熱回收）熱泵系統特點

表6　初投資估算

表7　運行費用估算

表8　初投資及運行費

經以上分析，設計成功選擇采用湖水拋管形式的地源熱泵（全熱回收）系統；系統夏季供冷，冬季供熱，全年供衛生熱水。

9　結語

地源三聯供系統能制冷采暖，又能供生活熱水，一機多用，一套系統可以代替常規的鍋爐加制冷機兩套系統。由于地源熱泵運行費用低，增加的初投資可在2-5年內收回，地源熱泵系統在整個服務周期內的平均費用將低于傳統的空調系統。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.5.

[2]GB50019-2003，采暖通風與空氣調節[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3]GB50366-2005地源熱泵系統工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2005.

簡訊

中國華電：布局“十三五”碳排放規劃

10月21日，中國華電集團公司“十三五”碳排放規劃編制啟動會在華電電力科學研究院召開，謀劃布局“十三五”碳排放規劃工作。

“十三五”時期是華電集團抓住低碳轉型戰略機遇、加快建設“綠色華電”的關鍵時期，華電集團積極謀劃布局“十三五”碳排放工作，成為首家編制碳排放專項規劃的中央企業。該規劃將以“碳”為統領，打破傳統的自下而上規劃的觀念，強化公司總體發展規劃與碳排放規劃的融合，堅持問題導向和價值導向，著重對“十三五”碳排放目標體系、碳約束下的發電結構和能效水平、企業碳排放管控體系以及碳排放峰值等重點難點問題進行深入研究，切實解決企業綠色低碳可持續發展問題。

（摘自“北極星電力網”）

W ater Source Heat Pum p（WSHP）Air Conditioning Design

HAN Shu-sheng
（CCDI(Shenzhen)Group.Co.，Ltd,Shanghai200433，China）

Taking HVAC design ofGolf Center as an example,themulti-function Water Source HeatPump system with fullheat recovery isselected based on annualHeating&Cooling and Sanitary HotWater loads.The design objective of supplying sanitary hotwater same timewith heatingand cooling isachieved and the HVAC design willbe summarizedmore specifically in order for theconvenience of refer forallcolleagues.

multi-Function water source heat pump；environmental-friendly；energy efficiency

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.020

TU831

B

2095-3429（2016）05-0082-04

韓書生（1963-），男，河南人，本科，設計總監，從事暖通專業設計工作。

2016-06-08

2016-08-30