續(xù)紅軍 （安徽地平線建筑設(shè)計有限公司，安徽 合肥 230000）

在我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快的背景下，城市環(huán)境的承載能力問題逐漸凸顯，城市生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)成為發(fā)展過程中的主要問題。在城市建筑中，暖通系統(tǒng)需要消耗大量的能源，是建筑工程中的能源消耗主體部分。為此，關(guān)于暖通設(shè)計中的節(jié)能技術(shù)研究不斷加深，將綠色節(jié)能技術(shù)加入到暖通設(shè)計中，能夠降低暖通系統(tǒng)的能源總消耗量，從而節(jié)約更多的資源和能源，是我國現(xiàn)代綠色節(jié)能建筑中的重要發(fā)展方向，對于解決我國當(dāng)前所面臨的環(huán)境問題具有重要的意義，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然舉措。項目2016年開始設(shè)計，2018年投入使用，獲得用戶好評。

1 工程冷熱源系統(tǒng)設(shè)計

1.1 工程概況

項目位于合肥市政務(wù)區(qū)岳西路與廟港路交口西南角。項目用地面積5.6萬m，總建筑面積 18.3萬m，容積率 2.5，綠地率40%。項目產(chǎn)品類型分為高層住宅、小高層住宅、多層住宅、配套公共服務(wù)設(shè)施、商業(yè)以及幼兒園。其中1#～5#、14#、17#、18#為高層住宅，6#～13#、15#、16#為多層及小高層住宅。限于篇幅，本次設(shè)計項目詳述冷熱源機(jī)房和有代表性的住宅18#樓（32層）的暖通設(shè)計特點。

1.2 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計

①根據(jù)能耗模擬軟件計算夏季供冷和冬季供暖能耗，見表1。

夏季供冷和冬季供暖能耗 表1

②本項目夏季空調(diào)能耗3236 MW·h，冬季供暖能耗3999 MW·h。

供暖時熱泵機(jī)組 COP：（968×2+1280+1330）/（197.4×2+261+281）=4.8；

制冷時熱泵機(jī)組 COP：（932×2+1215+1280）/（143.6×2+191+206）=6.3。

冬季供暖，整個小區(qū)供暖能耗3999MW·h，熱泵制熱效率4.8，地源井吸熱量為 3999×（1-1/4.8）=3166MW·h。

夏季供冷，整個小區(qū)空調(diào)能耗3236MW·h，熱泵制冷效率6.3，地源井散熱量為3236×（1+1/6.3）=3749MW·h。

夏季往地源側(cè)散熱量要大于冬季取熱量，如果沒有其他措施，會導(dǎo)致地源側(cè)土壤溫度失衡。為了保持土壤熱平衡，采用冷水機(jī)組+冷卻塔，在夏季進(jìn)行補(bǔ)充散熱。故本項目采用復(fù)合式土壤源熱泵系統(tǒng)，冬季空調(diào)熱負(fù)荷全部由土壤熱泵系統(tǒng)承擔(dān)，夏季空調(diào)負(fù)荷部分由土壤源熱泵系統(tǒng)承擔(dān)，部分由冷卻塔承擔(dān)。

③本項目熱泵機(jī)房設(shè)置于地庫內(nèi)，選用2臺高溫地源熱泵機(jī)組、1臺常溫地源熱泵機(jī)組、1臺磁懸浮地源熱泵機(jī)組及1臺常溫冷水機(jī)組。高溫機(jī)組負(fù)責(zé)住宅低區(qū)天棚輻射系統(tǒng)，夏季供回水溫度18/21℃，冬季供回水溫度31/28℃；常溫機(jī)組負(fù)責(zé)住宅高區(qū)天棚輻射及新風(fēng)系統(tǒng)，夏季供回水溫度7/12℃，冬季供回水溫度45/40℃。

冷卻塔選用根據(jù)機(jī)組容量配置方形橫流式冷卻塔1臺，冷卻水量500m/h，置于4#樓屋面，冷卻水供回水溫度為32/37℃。

土壤熱平衡措施：冬夏季土壤能量不平衡約3749-3166=583MW·h，冷水機(jī)組額定制冷量2117kW，即冷水機(jī)組運(yùn) 行 時 間 583×1000/2117=275h，約12d，可滿足熱平衡。所以利用冷水機(jī)組+冷卻塔，可以滿足地源熱泵土壤熱平衡的要求。

2 地源側(cè)與末端系統(tǒng)設(shè)計

2.1 地源側(cè)系統(tǒng)設(shè)計

①本工程共設(shè)地源井800口，布置在地庫底板之下。垂直地埋管采用DN25雙U管，有效深度100m，孔間距不 小 于 4.5m×4.5m，鉆 孔 直 徑 為130mm；井內(nèi)回填材料導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)不低于鉆孔外巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)。

②根據(jù)場地情況，二級分集水器分布于地庫四周。共分為50對二級分集水環(huán)路。地埋管環(huán)路兩端分別與相對應(yīng)的供、回水環(huán)路的分、集水器相連接，并采用同程式布置。

③因土壤換熱器地下熱阻，運(yùn)行份額，連續(xù)脈沖負(fù)荷引起附加熱阻、土壤熱擴(kuò)散等因素造成土壤溫度變化，因此設(shè)計選擇1個鉆孔垂直埋設(shè)2個溫度探測器（30m，70m）實時監(jiān)測土壤溫度變化，以便及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行模式保證土壤熱平衡，監(jiān)測點采用設(shè)置在防護(hù)套管內(nèi)的測溫線采用Rvvp4×0.25，接至地源熱泵機(jī)房。地源熱泵機(jī)房內(nèi)一級分水器的進(jìn)水總管上設(shè)靜態(tài)流量平衡閥，保證環(huán)路流量在任何壓差下保持恒定，確保換熱效果，一級集分水器上設(shè)沖洗用旁通支管。

天棚、新風(fēng)區(qū)供冷熱情況 表2

圖1 地埋管示意圖

圖2 測試井布置位置

2.1.1 土壤換熱器系統(tǒng)冷量計算

在熱泵機(jī)房土壤換熱器系統(tǒng)中設(shè)置逐時溫度傳感器，流量穩(wěn)定，可計算出逐時能量，在空調(diào)系統(tǒng)供暖和制冷的過程中，可以計算出向土壤釋放和吸取的熱量，根據(jù)計算的結(jié)果，可以分析出每年土壤取熱情況，結(jié)合地溫變換可以清楚地掌握地下土壤的傳熱特性和溫度變換情況，對系統(tǒng)的溫度可靠運(yùn)行提供保障，再通過冷卻塔散熱補(bǔ)充，保障土壤熱平衡。

2.1.2 地源側(cè)冷卻水回水溫度監(jiān)測系統(tǒng)

在空調(diào)系統(tǒng)地源側(cè)冷卻水管路中設(shè)置溫度監(jiān)測傳感器，當(dāng)?shù)卦磦?cè)冷卻水回水溫度過高時，立即切換冷卻塔冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行模式，有效保障地源側(cè)空調(diào)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有限運(yùn)行，保障土壤熱平衡。

2.2 末端系統(tǒng)設(shè)計

①住宅采用天棚輻射供暖及制冷，對于層數(shù)大于18層的高層住宅，17層以下為低區(qū)系統(tǒng)，17層及以上為高區(qū)系統(tǒng)。夏季輻射制冷水溫為18/21℃，冬季輻射供暖水溫為31/28℃。立管及各戶分集水器設(shè)置于公共管井內(nèi)。低區(qū)天棚水由機(jī)房直接提供，高區(qū)天棚水由機(jī)房低溫水與各樓棟屋面板換機(jī)組換熱后，由板換機(jī)組提供。各立管頂部設(shè)自動排氣閥，底部設(shè)置泄水管。各樓棟底層設(shè)置地板采暖，分集水器設(shè)置于本層公共管井。

②天棚輻射系統(tǒng)每戶單獨設(shè)置分/集水器控制流量，同一分/集水器下各回路長度宜接近，客廳與臥室不宜公用回路。分/集水器各回路回水支管設(shè)置恒溫控制閥通過埋地線與室內(nèi)溫控器連接。各分/集水器前端設(shè)置熱量表。

③住宅設(shè)置集中式新風(fēng)處理機(jī)，高層住宅在屋面和地下一層分別設(shè)置帶有全熱回收的新風(fēng)機(jī)組，分別從高低區(qū)兩個方向送風(fēng)。住宅低區(qū)系統(tǒng)新風(fēng)由地下一層設(shè)備機(jī)房內(nèi)熱回收空住宅設(shè)置集中式新風(fēng)處理機(jī)，高層住宅在屋面和地下一層分別設(shè)置帶有全熱回收的新風(fēng)機(jī)組，分別從高低區(qū)兩個方向送風(fēng)。夏季供回水溫度7/12℃,冬季供回水溫度45/40℃。新風(fēng)機(jī)組設(shè)有過濾段、表冷段、加濕段、熱回收段、送回風(fēng)段等功能段，對新風(fēng)進(jìn)行加熱、制冷、加濕、除濕等處理。

④室內(nèi)采用地板送風(fēng)，起居室、客廳和臥室通過墊層內(nèi)風(fēng)管獲得較為新鮮的空氣，每戶設(shè)置獨立的分風(fēng)箱，分風(fēng)箱設(shè)置于獨立管井。房間之間回風(fēng)通過門縫滲透。在衛(wèi)生間及廚房設(shè)置回風(fēng)立管及回風(fēng)口。

3 經(jīng)濟(jì)分析

供暖時系統(tǒng)COP：（968×2+1280+1330）（/197.4×2+261+281+45×2+22×2+55×2）=3.8；

制冷時系統(tǒng)COP：（932×2+1215+1280+2117）（/143.6×2+191+206+404.6+45×2+22×2+55×2+55）=4.67。

冬季供暖，整個小區(qū)供暖能耗3999MW·h，系統(tǒng)制熱效率3.8，耗電量為3999/3.8=1052MW·h；夏季空調(diào)，整個小區(qū)供冷能耗3236MW·h，系統(tǒng)制冷效 率 4.67，耗 電 量 為 3236/4.67=692.9MW·h；

合計1052+692.9=1744.9MW·h。

如果利用常規(guī)分體空調(diào)制冷及供暖，分體空調(diào)按能耗比3.4計算，全年空調(diào)+供 暖 電 耗 為 3999/3.4+3236/3.4=1176+951=2128MW·h，地源熱泵節(jié)能量為 2128-1744.9=383.1MW·h，節(jié)能率為383.1/2128=18%。

4 結(jié)語

綜上所述，本文詳細(xì)闡述了住宅用地源熱泵及輻射供冷（暖）的設(shè)計思路及過程，給讀者提供如何在住宅設(shè)計中利用可再生能源的新形式。工程竣工投入使用3年多來，獲得很多好評，項目設(shè)計在2019年獲得安徽省暖通專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計二等獎。提供多種現(xiàn)代綠色節(jié)能技術(shù)在暖通系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，希望可以對我國建筑工程行業(yè)起到一定的借鑒和幫助作用，從而降低建筑能源總消耗，緩解我國能源緊張的社會問題，提高建筑運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 監(jiān)測井坡面與土壤換熱器井內(nèi)溫度探頭示意圖

圖4 天棚輻射及新風(fēng)管結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 盤管結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 新風(fēng)支管平面布置圖