六安市某行政樓地源熱泵空調系統設計

劉　亮

(中國煙草總公司合肥設計院，安徽合肥　230051)

六安市某行政樓地源熱泵空調系統設計

劉亮

(中國煙草總公司合肥設計院，安徽合肥230051)

摘要:結合實際工程，從建筑特點、建筑周圍能源狀況以及當地能源政策等方面，對該項目土壤源熱泵系統的設計進行了詳細說明，并提出了該項工程應采取的節能措施，以滿足設計土壤源熱泵系統節能、安全、高效運行的要求。

關鍵詞:地源熱泵系統，設計參數，水系統，風系統，自動控制

0　引言

隨著經濟的快速發展，能源消耗逐年增大。相關數據顯示，在我國整個社會能耗中，建筑能耗約占30%，而建筑能耗中約40%～60%的能耗為空調系統所消耗［1］。傳統的中央空調系統不但耗能，而且會排放出一定的有害氣體污染環境。地源熱泵空調系統憑借其節能、環保的特點，已經成為暖通空調領域備受關注的熱門課題［2］。

文章通過對安徽省六安市某行政辦公樓地源熱泵空調系統方案的分析及設計，探討了該地區地源熱泵技術規模應用的可行性。

1　工程概況

該項目為六安市某行政辦公樓，位于裕安區。建筑總面積為36 857 m2，建筑高度96.3 m。其中，地下1層，建筑面積5 010 m2;地上26層，建筑面積為31 847 m2。地下1層為復式停車、變電所、泵房、空調機房等;地上主要為大堂、多功能展示、會議、辦公等。

2　空調設計參數

2.1室外設計參數

根據規范［3］查詢六安市空調室外設計參數，如表1所示。

表1　六安市空調室外設計參數表

2.2室內設計參數

考慮房間功能及運行時間的不同，根據安徽省節能設計標準［4］及公共建筑節能設計標準［5］，空調室內設計參數見表2。

2.3空調負荷計算

空調負荷準確與否關系到系統運行后室內熱濕環境參數是否滿足設計要求。但即使計算準確，因室外參數隨著時間呈現動態變化過程，建筑實際消耗的冷熱負荷會隨著室外參數的變化而發生變化。目前工程設計中，空調冷熱源設備參數基本按負荷計算值的大小選型，沒有考慮實際運行時建筑冷熱負荷會發生變化，更談不上考慮不同功能房間的同時使用系數。因此，項目設計初期對建筑及各功能區特點進行了詳細分析，并與甲方相關專業人員進行了討論，并結合手工計算、鴻業暖通負荷軟件及天正暖通負荷軟件，得到工程總冷熱負荷，見表3。建筑熱工參數見表4。使用DEST模擬的建筑全年動態負荷計算結果，見圖1。

表2　空調室內設計參數表

表3　工程總冷熱負荷

表4　建筑熱工設計參數表　W/( m2·K)

圖1　建筑全年動態負荷

3　冷熱源系統設計

3.1冷源

根據負荷結果特性，設計選取2臺螺桿式地源熱泵機組，單機制冷量1 350 kW; 1臺螺桿式冷水機組，單機制冷量900 kW。冷凍水供回水溫度7℃/12℃，夏季優先運行單冷機組，有利于地下土壤熱平衡，根據負荷增長開啟地源熱泵機組。熱泵機組和水冷機組機房位于－1層，占地約300 m2。冷卻系統采用開式機械循環超低噪聲橫流式冷卻塔，位于裙房的屋頂，冷卻水供回水溫度32℃/37℃，制冷系統原理圖見圖2。

圖2　供冷系統原理圖

3.2熱源

設計地埋管系統，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。根據熱響應測試報告，本項目采用垂直雙U型地埋管系統，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℃，因此打井越深，有利于系統取熱、放熱，而且打井所需面積也減少，結合項目所在地地質狀況，綜合經濟及系統承壓要求，確定本項目打井深度100 m。

項目前期的熱響應實驗測得，系統冬季和夏季單位井深換熱量分別為35 W/m2，50 W/m2，確定打井520口，鉆孔口徑150 mm，地埋管換熱器采用DN32的PE管，公稱壓力1.6 MPa。規范［6］建議地埋管換熱器間距為3 m～6 m，本項目設計地埋管間距4.5 m× 4.5 m，并采用同程式連接。

4　空調系統設計

4.1空調水系統

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

空調冷凍水系統同層采用同程式、立管采用異程式布置，系統定壓、補水采用高位膨脹水箱，主干管和主分支管回水管處設靜態平衡閥，以降低水系統不平衡率?？照{機組、新風機組回水管處設置動態平衡電動兩通調節閥，以實現系統的動態平衡。風機盤管亦設置動態平衡電動兩通閥，實現末端變流量設計。

2)冷卻水系統。采用超低噪聲橫流冷卻塔提供供回水溫度為32℃/37℃的冷卻水，冷卻塔開式機械循環，設置于裙房屋頂。

3)水處理系統。水處理設備用于對空調水系統的回水進行除垢、殺菌滅藻、除銹等處理。制冷機組冷凝器、蒸發器回水總管上分別設動態離子過濾水處理器。并且考慮到運行管理的方便，冷卻水系統設智能在線清洗裝置。

4.2空調風系統

1)大堂、展廳、辦證、等候室均采用全空氣一次回風系統。冬夏季節最小新風比運行，在春秋過渡季節，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，冬夏季節最小新風比運行，在春秋過渡季節，制冷機組不開啟，僅打開空調機組風機按新風比70%運行，并設置排風系統聯合運行。

3)辦公室采用風機盤管+獨立新風系統，風機盤管采用直流無刷電機，帶回風箱;新風機組分設在新風機房，新風支管均設風量閥。

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

制冷機組冷卻水、冷凍水出水管均設置電動開關及水流開關，冷卻塔回水管設電動開關，以滿足系統自動控制要求。制冷機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔聯鎖運行。

5.2空調末端

1)風機盤管及吊頂式回風工況機組。室內冷負荷會隨著室外空氣溫度的變化而變化。室內空調末端設具有三速開關的溫度控制器實現溫度控制。風機盤管風機具有低、中、高速三檔調節，并且其回水管設置電動二通閥實現水流通、斷，以維持室內設計參數。冬、夏工況設自動轉換系統。

2)組合式空調機組及新風機組。組合式空調機組回風管設CO2濃度傳感器，通過DDC控制新風、回風及排風管上電動風閥開度，以保證室內新風量調節及節約能源，過渡季節通過DDC控制器關閉回風管風閥，增大新風比運行。新風機組送風干管設溫度傳感器，經DDC控制器調節回水管電動閥開度，以保證室內設計參數穩定。

6　結語

隨著經濟的快速發展，能源需求迅速增長，由此帶來的環境、氣候等問題日益突出，工程中對具有節能、環保優勢空調系統的需求越來越迫切，而地源熱泵系統正是通過地下換熱器與溫度恒定在20℃的土壤換熱，既節約了能源，又減少了污染氣體和熱排放，提升了環境品質。本項目設計為該地區地源熱泵系統設計施工提供了一定參考。

參考文獻:

［1］盛雪.公共建筑空調系統節能監測評估方法研究［D］.成都:西南交通大學，2014.

［2］劉歡.地埋管地源熱泵系統綜合性能的評價［D］.濟南:山東建筑大學，2013.

［3］GB 50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范［S］.

［4］DB 34/1467—2011，安徽省公共建筑節能設計標準［S］.

［5］GB 50189—2015，公共建筑節能設計標準［S］.

［6］GB 50366—2009，地源熱泵系統工程技術規范［S］.

Design of ground-source heat pump system for a administration building in Lu’an

Liu Liang
( Hefei Design Institute of China National Tobacco Corporation，Hefei 230051，China)

Abstract:Combining with practical engineering，the design of system is analyzed in terms of architectural features，the energy situation around the building and the local energy policy project，it sets out a series of energy-saving measures in the design process to ensure that the system is secured，energy-efficient and efficient.

Key words:ground-source heat pump system，design parameter，water system，ventilation，automatic control

作者簡介:劉亮(1982-)，男，工程師，注冊公用設備工程師

收稿日期:2015-11-23

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0121-02

中圖分類號:TU831

文獻標識碼:A