韓書生

（悉地國際設(shè)計顧問（深圳）有限公司，上海200433）

湖水源熱泵空調(diào)設(shè)計

韓書生

（悉地國際設(shè)計顧問（深圳）有限公司，上海200433）

以高爾夫會所空調(diào)設(shè)計為例，根據(jù)全年空調(diào)冷、熱負荷和衛(wèi)生熱水負荷，選擇了三功能湖水源熱泵全熱回收空調(diào)系統(tǒng)。設(shè)計中實現(xiàn)了系統(tǒng)在供冷、供熱的同時提供衛(wèi)生熱水，對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計加以闡述總結(jié)，以供同行在同類工程設(shè)計中借鑒。

三功能型水源熱泵；綠色環(huán)保；節(jié)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(huán)保的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。它通過與大地耦合，夏季把建筑物內(nèi)熱量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的空調(diào)系統(tǒng)。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(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)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(shù)，符合我國綠色環(huán)保、節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)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(wù)的功能空間，如：更衣、足浴、淋浴及各類設(shè)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(qū)，夏季需空調(diào)供冷季節(jié)較長，冬天空調(diào)采暖期較短，一年四季需要熱水供應。由于球場區(qū)屬國家二級植被保護區(qū)，不允許建鍋爐房有煙氣排放產(chǎn)生環(huán)境污染，工程附近也沒有熱網(wǎng)供應，因此系統(tǒng)冷熱源的選擇對暖通空調(diào)、衛(wèi)生熱水加熱方式設(shè)計尤為重要。

通過節(jié)能運行經(jīng)濟分析，結(jié)合項目地點面臨龍湖水庫的水資源便利環(huán)境條件，設(shè)計采用三功能全熱回收湖水源熱泵系統(tǒng)。

表1　設(shè)計可實現(xiàn)六種工況運行

2　設(shè)計參數(shù)、負荷計算

表2　室外設(shè)計計算參數(shù)

表3　室內(nèi)設(shè)計計算參數(shù)

表4　冷熱負荷

3　冷熱源設(shè)計

工程夏季冷負荷為900kW。包括圍護結(jié)構(gòu)熱、太陽輻射熱、室內(nèi)人體熱、照明熱、室內(nèi)其它電子設(shè)備熱、新風等各種負荷。冬季采暖熱負荷234kW；常年衛(wèi)生熱水負荷700kW；設(shè)計采用130RT水源熱泵（熱回收）機組2臺，湖水側(cè)循環(huán)泵3臺（二用一備），用戶側(cè)循環(huán)泵3臺（二用一備），衛(wèi)生熱水泵3臺（二用一備）；用戶側(cè)、湖水側(cè)定壓罐分別定壓。衛(wèi)生熱水設(shè)置有蓄熱水箱。

4　空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)冷熱負荷計算值，設(shè)計采用湖水拋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，即湖水換熱系統(tǒng)+水源熱泵（熱回收）機組＋室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)，實現(xiàn)夏季制冷、冬季供暖，同時提供衛(wèi)生熱水。

（1）室外換熱系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)工程當?shù)睾吹乃馁Y料，夏季湖水溫度28℃，冬季湖水溫度13℃；考慮綜合因素影響，設(shè)計夏季湖水設(shè)計取27℃；，冬季湖水設(shè)計取12℃；采用湖底拋管換熱的方法，設(shè)計要求距湖岸10m湖底清淤處理面積約4500m2，保證拋管區(qū)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(jù)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(shè)置，每個盤管施工采用混凝土塊固定。

根據(jù)模擬計算分析，盤管區(qū)域冬夏季湖水溫度變化±0.03℃左右，經(jīng)當?shù)厮牟块T審核批準，水溫變化滿足水資源環(huán)境保護標準要求。

湖水側(cè)換熱分析計算設(shè)計參數(shù)依據(jù)來自參與合作設(shè)計的地源熱泵專業(yè)公司，這里未能提供湖水源的源側(cè)體量換熱分析。

（2）系統(tǒng)設(shè)計

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

制冷工況機組蒸發(fā)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(wèi)生熱水出水溫55℃；

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

系統(tǒng)設(shè)置3臺湖水側(cè)循環(huán)水泵（一臺備用），3臺用戶側(cè)循環(huán)水泵（一臺備用），3臺衛(wèi)生熱水循環(huán)水泵（一臺備用）；

用戶側(cè)、湖水側(cè)水系統(tǒng)定壓罐分別定壓；補水采用軟化水。

水系統(tǒng)采用一次泵變流量二管制閉式機械循環(huán)系統(tǒng)。

供回水干管間設(shè)置壓差控制電動閥，根據(jù)系統(tǒng)壓差變化，通過調(diào)節(jié)旁通流量使制冷機節(jié)能運行。

冷水機組出水管上均設(shè)電動閥，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的自動聯(lián)鎖控制。

5　室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)

辦公、餐飲、球包、休息等用房采用風機盤管加新風系統(tǒng)。

風機盤管上冷、熱水管出口端均設(shè)有電動閥，連接室內(nèi)溫控裝置，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)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(wǎng)雙層百葉回風口。

每層功能區(qū)設(shè)置數(shù)臺新風機組，機組設(shè)有換熱盤管。機組上冷、熱水管出口端均設(shè)有電動閥，根據(jù)室外不同季節(jié)溫、濕度變化，自動調(diào)節(jié)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(nèi),由送風支管將新風送至各功能房間。送風支管上均設(shè)輕型蝶閥。送風口根據(jù)室內(nèi)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(wǎng)單層百葉。

廚房采用全新風系統(tǒng)，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(shè)空氣幕。

6　高效節(jié)能，運行費用低

（1）設(shè)備節(jié)能：采用高效換熱技術(shù)，夏季湖水環(huán)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(huán)路溫度為5-25℃，蒸發(fā)溫度較高，壓縮機能效比（EER）比風冷式高出70%。若考慮室內(nèi)風機功耗，空調(diào)機單機能效比EER高達4.0-6.5，比一般空調(diào)設(shè)備節(jié)能20%-40%。

（2）系統(tǒng)節(jié)能：冬季熱泵采暖，比傳統(tǒng)鍋爐采暖費用低。一年運行費用比傳統(tǒng)空調(diào)+鍋爐節(jié)省20% -30%，比風冷和VRV中央空調(diào)節(jié)省30%-40%。如果采用變頻式空調(diào)機組和水泵變頻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)節(jié)能將更加可觀。根據(jù)行業(yè)相關(guān)資料估計，設(shè)計安裝良好的地源熱泵系統(tǒng)，平均來說可以節(jié)約用戶30%-40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

（3）節(jié)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(tǒng)集中監(jiān)控，與樓宇控制系統(tǒng)接口，實現(xiàn)設(shè)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(tǒng)，可根據(jù)室內(nèi)人員的增減及室外陽光直射等負荷的變化而自動調(diào)整熱泵制冷或供暖出力，實現(xiàn)節(jié)能最大化，運行費用最小化；還可設(shè)置顯示和打印設(shè)備，可存儲、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟及技術(shù)數(shù)據(jù)，促進系統(tǒng)運行最優(yōu)化，使運行管理節(jié)能10%-30%。

7　綠色空調(diào)、清潔環(huán)保

地源熱泵系統(tǒng)在冬季供暖時，不需要鍋爐，無有害燃燒產(chǎn)物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放，保護了環(huán)境。在夏季制冷時也是將熱量轉(zhuǎn)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(diào)系統(tǒng)投資運行分析

根據(jù)工程需要的空調(diào)冷、熱負荷及衛(wèi)生熱水負荷，作以下分析。

表5　水源（熱回收）熱泵系統(tǒng)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(jīng)以上分析，設(shè)計成功選擇采用湖水拋管形式的地源熱泵（全熱回收）系統(tǒng)；系統(tǒng)夏季供冷，冬季供熱，全年供衛(wèi)生熱水。

9　結(jié)語

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

[1]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.5.

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

[3]GB50366-2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

簡訊

中國華電：布局“十三五”碳排放規(guī)劃

10月21日，中國華電集團公司“十三五”碳排放規(guī)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(guī)劃工作。

“十三五”時期是華電集團抓住低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略機遇、加快建設(shè)“綠色華電”的關(guān)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(guī)劃的中央企業(yè)。該規(guī)劃將以“碳”為統(tǒng)領(lǐng)，打破傳統(tǒng)的自下而上規(guī)劃的觀念，強化公司總體發(fā)展規(guī)劃與碳排放規(guī)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(fā)電結(jié)構(gòu)和能效水平、企業(yè)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(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展問題。

（摘自“北極星電力網(wǎng)”）

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(shè)計總監(jiān)，從事暖通專業(yè)設(shè)計工作。

2016-06-08

2016-08-30