某合院別墅建筑土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統機房設計

蔣麗娜，姚德華，郭麗雙，李猛，李先志

（1.中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601；2.中機意園工程科技股份有限公司，合肥 230601；3.華東建筑設計研究院有限公司,安徽分公司,合肥 230000）

1 引言

根據GB50366—2005 《地源熱泵系統工程技術規范》（2009 年版）[1]，地源熱泵系統是以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成的供熱空調系統。根據地熱能交換系統形式的不同，地源熱泵系統分為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統。地埋管換熱系統又稱為土壤熱交換系統，是傳熱介質通過豎直或水平地埋管換熱器與巖土體進行熱交換的地熱能交換系統。

土壤源熱泵供熱空調系統是一種利用可再生能源的高效節能、環保型系統。地源水通過土壤熱交換器（亦稱為地埋管換熱器）與土壤進行換熱，地源水進入水源熱泵機組，水源熱泵機組消耗少量的電能，在冬天將土壤中的低品質能量 “汲取”出來，經管網供給室內采暖系統、生活熱水系統；在夏天將室內的熱量帶走，并釋放到土壤中，給室內制冷并通過全熱回收制取生活熱水；在過渡季節將土壤中的低品質能量“汲取”出來，經管網供給室內生活熱水系統。

合院別墅建筑是一種現代院式住宅建筑，也稱為中式別墅，常見的合院別墅建筑是多以四聯、六聯或者多聯的別墅建筑形式為一體排布，形成圍合或者半圍的公共交流空間的院落。

本文以某合院別墅建筑項目為例，介紹一種土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統設計方式，對其所采用的機房的設計原則和設計方法進行具體介紹。

2 項目概況

本項目位于安徽省淮北市，合院別墅建筑北區地上建筑面積為14 684.57 m2，南區地上建筑面積為19 612.88 m2，系統冷熱源采用土壤源熱泵系統，同時為室內供冷、供熱、供生活水。

3 合院別墅建筑土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統設計

系統流程圖如圖1 所示。流程圖內主要設備或管路名稱如下：①土壤熱交換器（宜稱為地埋管換熱器）；②地源冷熱水回水管；③地源冷熱水泵；④水源熱泵機組；⑤地源冷熱水供水管；⑥空調冷熱水回水管；⑦地暖回水管；⑧集水器；⑨空調冷熱水泵；⑩空調冷熱水供水管；11○地暖供水管；12○分水器；13○壓差旁通調節閥；14○熱水蓄熱水箱；15○水力模塊；16○生活熱水加熱循環回水管；17○生活熱水泵；18○生活熱水加熱循環供水管；19○生活熱水回水泵；20○生活熱水回水管；21○生活熱水供水管；22○自來水管；23○水表；24○防污隔斷器；25○儲水箱；26○補水泵；27○定壓膨脹罐；28○膨脹管；29○自來水管。

圖1 系統流程圖

系統流程圖內共包含5 個主要水系統環路。

1）地源冷熱水循環環路：由①～⑤組成。土壤熱交換器（宜稱為地埋管換熱器）①內回水，經過地源冷熱水回水管②進入地源冷熱水泵③，由水源熱泵機組④加熱或冷卻后，經過地源冷熱水供水管⑤返回土壤熱交換器（宜稱為地埋管換熱器）①內，完成一個循環。夏季：地源水設計供回水溫度30 ℃/35 ℃，冬季：地源水設計供回水溫度10 ℃/5 ℃。

2）空調或地暖冷熱水循環環路：由④、⑥～13○組成。室內空調系統、地暖系統的回水經過空調冷熱水回水管⑥、地暖回水管⑦、集水器⑧，進入空調冷熱水泵⑨，由水源熱泵機組④冷卻或加熱后，經過分水器12○、空調冷熱水供水管⑩、地暖供水管11○返回空調系統、地暖系統，完成一個循環。集水器⑧、分水器12○之間設置壓差旁通調節閥13○，根據供回水壓差自動控制調節閥的開度。夏季：空調水設計供回水溫度7 ℃/12 ℃，冬季：空調水（地暖水）設計供回水溫度45 ℃/40 ℃。

3）生活熱水加熱循環環路：由④、14○、16○～18○組成。熱水蓄熱水箱14○內回水經過生活熱水加熱循環回水管16○，進入生活熱水泵17○，由水源熱泵機組④加熱后，經過生活熱水加熱循環供水管18○，返回熱水蓄熱水箱14○內，完成一個循環。蓄熱水箱內生活熱水溫度設置為55 ℃。

4）生活熱水供回水循環環路：由14○、19○～21○組成。熱水蓄熱水箱14○內生活熱水，經過生活熱水供水管21○送至各生活熱水用戶，生活熱水系統內一部分回水經過生活熱水回水管20○，進入生活熱水回水泵19○，返回熱水蓄熱水箱14○，以維持生活熱水系統管道內的水溫。生活熱水供水溫度為55 ℃。

5）補水系統管路：由22○～29○組成。來自室外自來水管網的自來水經過自來水管29○、水表23○、防污隔斷器24○后，一個支管進入儲水箱25○，經過補水泵26○進入定壓膨脹罐27○，由膨脹管28○為地源冷熱水循環環路、空調或地暖冷熱水循環環路定壓補水；另一個支管經過29○為生活熱水系統補水。

4 合院別墅建筑土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統機房設計

4.1 機房布置

機房平面布置圖、剖面圖，如圖2 和圖3 所示。

圖2 機房平面布置圖（單位：mm）

圖3 機房A-A剖面圖（單位：mm）

4.2 機房布置原則及注意事項

參考《實用供熱空調設計手冊》[2]，另根據工程設計經驗，機房布置原則及注意事項如下。

1）各設備布置的位置、順序，需綜合考慮各水系統環路與機房外管路的接管方位，設備與管道應就近連接，盡量避免管道的交叉往復，節省管材的同時，可保持機房內布置整齊、美觀、系統清晰。

2）機房內如管道較少，主管道可設置兩個標高，局部3 個標高，由于設備均在地面混凝土基礎上安裝，管道標高越低，越節省管材，但需綜合考慮機房整體效果。

3）民用項目尤其房地產項目，更為注重節省機房占地面積，設備之間考慮檢修空間的同時應盡量緊湊布置，需注意設備需根據設備選型，按設備實際尺寸繪制。

4）本項目地源冷熱水泵、空調冷熱水泵、生活熱水泵集中布置于水力模塊內，各環路水管可直接連接水力模塊對應的供回水管，各水泵對應的閥門、儀表均設置于水利模塊內，系統較為簡潔。

5）電纜橋架應設置于梁下，各水管系統的上方，同時各水管系統應避免設置于水源熱泵機組、水泵等設備正上方，盡量減少水管噴濺、滴水等，對電纜橋架、用電設備產生不利影響。

6）設備運行重量、混凝土基礎、排水溝、穿墻套管等需要對建筑、結構專業提資，尤其是當設備較重，且不是設置于建筑物最底層時，結構專業需更加謹慎，復核設備荷載，對于改造項目或預留機房的項目，如果設備荷載超過原結構設計范圍，需結構專業考慮加固措施。

7）自來水的用水壓力、用水量應向給排水專業提出對應的要求；機房外生活熱水供水管、生活熱水回水管的管徑、位置、標高等需要與給排水專業對接，以保證滿足生活熱水用水效果。

5 結語

土壤源熱泵系統環保效益顯著，高效節能，運行穩定可靠，一機多用，應用范圍廣，投資運行費用低，是一種城市中非常難得的可再生性清潔能源，有著廣闊的應用前景。

本項目將土壤源熱泵系統應用于合院別墅的供冷、供熱、供生活熱水系統，與傳統冷熱源系統相比較，更加符合我國推動能源轉型變革、綠色低碳發展的目標，更有利于節能減排、改善環境。

本項目已申請實用新型專利 《一種合院建筑土壤源熱泵機房供水集成系統》，授權公告日：2021 年04 月20 日，授權公告號CN 213020066 U。