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(tǒng)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(jié)能、環(huán)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?shù)啬茉凑叩确矫鎸υ擁椖康卦礋岜每照{系統(tǒng)的設計進行了分析，闡述了設計時采取的一系列節(jié)能措施，以保證系統(tǒng)安全、節(jié)能、高效運行，給該地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的設計提供了參考。

地源熱泵系統(tǒng)；自動控制；水系統(tǒng)；風系統(tǒng)；節(jié)能

0 前 言

隨著經濟的快速發(fā)展，能源消耗逐年增大。相關數(shù)據(jù)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(tǒng)能耗約占建筑能耗的40%～60%［1］。傳統(tǒng)的中央空調系統(tǒng)不但耗能，而且會排放出一定的有害氣體污染環(huán)境。地源熱泵空調系統(tǒng)憑借其節(jié)能、環(huán)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(tǒng)方案的分析及設計，探討了該地區(qū)地源熱泵技術規(guī)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(fā)區(qū)。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(fā)教學中心、客房、會議、辦公等。

2 空調設計參數(shù)

2.1 室外設計參數(shù)

室外設計參數(shù)［3］詳見表1。

空調室外設計參數(shù)表 表1

2.2 室內設計參數(shù)

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

空調室內設計參數(shù)表 表2

2.3 空調負荷計算

空調負荷準確與否關系到系統(tǒng)運行后室內熱濕環(huán)境參數(shù)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(fā)生變化，目前，工程中空調系統(tǒng)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(yè)人員進行了討論分析。使用手工計算，結合鴻業(yè)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(tài)負荷結果見圖

1，建筑熱工參數(shù)見表4。

圖1 建筑全年動態(tài)負荷

工程總冷、熱負荷表 表3

建筑熱工設計參數(shù)表（W/（m2·K））表4

3 冷熱源系統(tǒng)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(yōu)先運行單冷機組，有利于地下土壤熱平衡，根據(jù)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(huán)，冷卻水供回水溫度32/37℃。熱泵系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2 供冷系統(tǒng)原理圖

3.2 熱源

設計地埋管系統(tǒng)，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(jù)熱響應測試報告，本項目采用垂直雙 U型地埋管系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)設計

4.1 空調水系統(tǒng)

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

②每層內空調水系統(tǒng)采用同程式布置，垂直立管采用異程式布置。系統(tǒng)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(tài)平衡閥，用以調節(jié)水系統(tǒng)平衡。同時，空調機組、新風機組設置動態(tài)平衡電動兩通調節(jié)閥，以實現(xiàn)動態(tài)平衡。風機盤管亦設置動態(tài)平衡電動兩通雙位閥。

③冷卻水系統(tǒng)：采用開式機械循環(huán)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)設置智能在線清洗裝置。

4.2 空調風系統(tǒng)

①大堂采用全空氣一次回風系統(tǒng)。冬夏季節(jié)最小新風比運行，在春秋過度季節(jié)，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(tǒng)，冬夏季節(jié)最小新風比運行，在春秋過度季節(jié)，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(tǒng)聯(lián)合運行。

③除大堂外，其它區(qū)域均采風機盤管+獨立新風系統(tǒng)，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(tǒng)

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(lián)鎖運行。制冷機組、出口熱媒參數(shù)、水泵進出口壓力、供回水總管壓力及溫度測量均設置數(shù)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(jié)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(jié)閥開度，以保持送風溫度穩(wěn)定。且由DDC控制器根據(jù)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(jié)約能源。過渡季節(jié)DDC控制器根據(jù)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(fā)展，能源需求迅速增長，由此帶來的環(huán)境、氣候等問題日益突出，工程中對具有節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢空調系統(tǒng)的需求越來越迫切，而地源熱泵系統(tǒng)正是通過地下?lián)Q熱器與溫度恒定在 20℃的土壤換熱，既節(jié)約了能源，又減少了污染氣體和熱排放，提升了環(huán)境品質。本項目設計為該地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)設計施工提供了一定參考。

［1］盛雪.公共建筑空調系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)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(tǒng)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(jié)設計規(guī)范［S］.

［4］DB34/1467-2011，安徽省公共建筑節(jié)能設計標準［S］.

［5］GB50189-2015，公共建筑節(jié)能設計標準［S］.

［6］GB50366-2009，地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)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。