文武 楊愛民 周婷婷

1. 中國聯(lián)合工程有限公司 浙江 杭州 310052

2. 寧波東源節(jié)能科技有限公司 浙江 寧波 315000

1 工程概況

浙江廣電影視基地二期為基地的后勤配套用房，其中1#樓為綜合辦公樓，建筑面積約約9822m2，地上5 層，建筑高度23.2m。3#樓為輔助樓，主要為演員排練及淋浴等功能，總建筑面積約約4104m2，地上2 層，建筑高度15.15m。

本文主要介紹1#樓空調(diào)冷熱源地源熱泵系統(tǒng)及相關(guān)的暖通設(shè)計(jì)[1]。綜合辦公樓集中空調(diào)冷負(fù)荷綜合最大值為1050kW，單位空調(diào)建筑面積冷指標(biāo)為107W/m2；熱負(fù)荷600kW，單位空調(diào)建筑面積熱指標(biāo)為61W/m2；該項(xiàng)目為EPC總承包項(xiàng)目，綜合辦公樓空調(diào)通風(fēng)工程投資概算為604萬元，單方面積空調(diào)通風(fēng)造價(jià)約為615元/m2。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

2.1 功能要求

通過與業(yè)主及E P C 總承包方的探討交流，按滿足DB33/1036-2007《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定要求，本工程暖通設(shè)計(jì)以節(jié)能、環(huán)保滿足綠建二星為設(shè)計(jì)目標(biāo)。

根據(jù)本項(xiàng)目各功能的使用及運(yùn)行管理實(shí)際要求，綜合辦公樓運(yùn)行使用時(shí)間與影視基地白天開放時(shí)間同步，3#樓演員排練廳存在晚上或節(jié)假日排練使用的實(shí)際需求，指揮廳數(shù)據(jù)機(jī)房則存在24h常年供冷的技術(shù)要求。由此，結(jié)合綠色節(jié)能設(shè)計(jì)原則考量，綜合辦公樓采用集中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，空調(diào)冷熱源由地源熱泵系統(tǒng)提供，機(jī)房就近設(shè)置于綜合辦公樓西北側(cè)的4#樓，1#樓指揮廳數(shù)據(jù)中心則設(shè)計(jì)選用風(fēng)冷型直膨式機(jī)房專用精密機(jī)組；3#樓排練廳設(shè)計(jì)采用風(fēng)冷熱泵型屋頂式空調(diào)機(jī)組+熱水型地暖，排練廳輔助用房設(shè)計(jì)采用多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 主要設(shè)計(jì)原則

1#樓空調(diào)冷熱源采用復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，地源熱泵機(jī)房就近設(shè)置于綜合辦公樓西北側(cè)的4#樓，配置2臺(tái)地源機(jī)組，其中一臺(tái)為普通型地源熱泵機(jī)組，制冷量為688.3kW，制熱量為688.4kW，另一臺(tái)為高溫全熱回收地源機(jī)組，制冷量為381.4kW，制熱量為358.8kW，全熱回收量為358.8kW。水泵采用兩用一備，與機(jī)組一一對(duì)應(yīng)。熱泵主機(jī)夏季冷水供回水溫度 12℃/7℃，冬季熱水供回水溫度40℃/45℃。根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，地埋管按冬季負(fù)荷埋管，夏季選配1臺(tái)閉式冷卻塔作為補(bǔ)充。系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足夏季制冷+生活熱水，過渡季節(jié)制備生活熱水和冬季制熱的需求[2]。地源熱泵系統(tǒng)流程及機(jī)房群控系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)如圖所示：

圖1 地源熱泵系統(tǒng)流程及機(jī)房群控系統(tǒng)原理圖

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)方案比較及確定

地源熱泵是利用地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地能的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高，具備較高的節(jié)能性。另外，地能溫度較恒定，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能成為綠色可再生能源的一種常用形式[3]。地源熱泵系統(tǒng)與其他常規(guī)空調(diào)冷熱源方案比較如表1所示。

表1 空調(diào)冷熱源方案比較

4 機(jī)房群控系統(tǒng)及能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 地源機(jī)房群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用智能群控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)地源機(jī)組、閉式冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、負(fù)荷側(cè)空調(diào)水循環(huán)泵、地源側(cè)水循環(huán)泵、熱回收側(cè)生活熱水循環(huán)泵、各運(yùn)行工況下的電動(dòng)諜閥切換、壓差旁通閥組、膨脹水箱等設(shè)備進(jìn)行智能控制。群控系統(tǒng)制定了各種工況下的系統(tǒng)運(yùn)行策略，確保系統(tǒng)滿足項(xiàng)目在各季節(jié)、各時(shí)段不同負(fù)荷需求下的穩(wěn)定高效運(yùn)行，在工程實(shí)際中最大化地體現(xiàn)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)的可持續(xù)綠色節(jié)能特點(diǎn)。

4.2 空調(diào)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)內(nèi)容：通過對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)備及系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)（包含各設(shè)備的耗電量、負(fù)荷側(cè)及地源側(cè)流量、各熱泵機(jī)組進(jìn)出口溫度、各水泵進(jìn)出口壓力等）的實(shí)時(shí)收集、儲(chǔ)存，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。同時(shí)通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，對(duì)設(shè)備及系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)包括水泵效率、機(jī)組能效比、系統(tǒng)能效比、輸送系數(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中存在的問題，以不斷優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略。

本項(xiàng)目參與了中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)主辦，中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用分會(huì)支持的第1屆 “大師杯” 高能效空調(diào)系統(tǒng)工程大賽，獲項(xiàng)目?jī)?yōu)秀獎(jiǎng)。機(jī)房通過對(duì)系統(tǒng)全年冷暖季運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析[4]，并經(jīng)合肥通用機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)院有限公司實(shí)測(cè)，2021年項(xiàng)目實(shí)測(cè)空調(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行能效比為4.43 kW.h/（kW.h）。

5 工程主要?jiǎng)?chuàng)新及特點(diǎn)

本項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及特點(diǎn)如下：

5.1 空調(diào)冷熱源采用可再生能源設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際情況，從綠色節(jié)能設(shè)計(jì)原則考慮，為滿足浙江省《民用建筑可再生能源應(yīng)用核算標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)項(xiàng)目再生能源應(yīng)用設(shè)計(jì)的要求，綜合辦公樓空調(diào)冷熱源采用再生能源設(shè)計(jì)，選用復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，采用按冬季負(fù)荷設(shè)計(jì)地埋管系統(tǒng)。

5.2 選配具有冷凝熱回收功能的高溫型地源機(jī)組

考慮到本項(xiàng)目3#樓（輔助樓）存在常年生活熱水需求的工程特點(diǎn)，根據(jù)各類負(fù)荷計(jì)算分析，選用普通型地源機(jī)組與高溫全熱回收地源機(jī)組混合配置，夏季運(yùn)行在小負(fù)荷段時(shí)優(yōu)先開啟全熱回收機(jī)組，在滿足綜合辦公樓空調(diào)制冷的同時(shí)，免費(fèi)向生活輔助樓提供生活熱水輔助加熱，極大提高了系統(tǒng)的綜合能效性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)最大化。

5.3 地源系統(tǒng)熱平衡設(shè)計(jì)

通過對(duì)項(xiàng)目空調(diào)負(fù)荷、生活熱水負(fù)荷實(shí)際需求及使用特點(diǎn)的分析比較，確保地埋管部分全年冷熱平衡的考量下，本項(xiàng)目夏季選配1臺(tái)閉式冷卻塔作為地埋系統(tǒng)的補(bǔ)充，冬季（白天）在地源機(jī)組僅能提供綜合辦公樓空調(diào)供熱的技術(shù)條件下，另設(shè)置油氣兩用型雙回路真空熱水機(jī)組，作為確保冬季生活熱水穩(wěn)定供應(yīng)及地埋管系統(tǒng)全年冷熱平衡需求的技術(shù)措施。

6 結(jié)束語

復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)是綠色建筑設(shè)計(jì)中暖通專業(yè)滿足再生能源設(shè)計(jì)需求的主要技術(shù)措施之一。

地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過工程場(chǎng)地狀況調(diào)查，并應(yīng)對(duì)淺層地?zé)崮苜Y源進(jìn)行勘察，以確定地埋管換熱系統(tǒng)實(shí)施的可行性與經(jīng)濟(jì)性；地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，最小計(jì)算周期宜為1年。計(jì)算周期內(nèi)，地源熱泵系統(tǒng)總釋熱量和總吸熱量宜基本平衡。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)機(jī)房群控系統(tǒng)及空調(diào)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)房無人自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)通過對(duì)運(yùn)行能耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析判定，適時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行模式，確保系統(tǒng)長(zhǎng)久高效節(jié)能運(yùn)行。