徐州云龍湖科技住宅項目輻射空調系統設計

王樹超

北京金茂人居環境科技有限公司

1 工程概況

本項目位于徐州市韓山區，該地塊建設用地面積為64322.27 m2，總建筑面積為189780.99 m2，其中住宅建筑面積138288.2 m2，共18 棟高層住宅，分別為19層、22 層、23 層、24 層和25 層。

本項目采用基于毛細管輻射空調末端的溫濕度獨立控制空調系統，冷熱源形式為土壤源熱泵系統+輔助冷熱源；末端采用毛細管輻射末端+置換送風系統。

2 設計參數

2.1 室外設計參數

室外設計參數、室內設計參數[1]如表1、2 所示。

表1 室外設計參數

表2 室內設計參數

3 空調冷熱源系統設計及冷熱負荷計算

利用DeST 等成熟軟件，根據室內設計參數、建筑熱工參數以及全年氣象情況，對本項目空調冷熱負荷進行逐時模擬計算分析[2]，通過建模計算，得出項目最大冷熱負荷以及累計供冷量與供熱量。本項目的夏季空調總冷負荷：8360 kW，冬季空調總熱負荷：6149 kW。負荷分析結果見圖1。

圖1 全年負荷分析及冷熱負荷特性

本項目利用地源熱泵作為主要的空調冷熱源，為整個項目提供空調冷熱水。根據以往工程經驗，以及實際運行情況，地源熱泵供暖占比宜控制在50%～80%之間較為經濟。且受場地限制，地源孔最終確定孔數為825 個。地下埋管換熱器采用鉆孔垂直埋管，鉆孔間距4.5 m，有效深度設計為100 m，布置于車庫地下室區域內。所有地下埋管換熱器采用雙UDe25 垂直埋孔[3]，鉆孔單位延米換熱量：夏季工況58.61 W/m，冬季工況46.05 W/m。

地埋孔換熱系統按照提供60%的的冬季空調供熱量、提供40%的夏季空調供冷量來確定，需要增設輔助冷熱源來保證項目供冷、供熱需求。項目具體冷熱源機組配置如下：

設置2 臺變頻螺桿式地源熱泵機組（制冷量1745 kW，制熱量1969 kW)+2 臺變頻離心式冷水機組（制冷量2583 kW）+2 臺真空燃氣熱水鍋爐（制熱量1400 kW），共同承擔本項目冷熱負荷。熱泵機組、單冷機組均設置于車庫地下一層的地源熱泵機房內。與單冷機組配套設置兩臺開式冷卻塔，放置于首層地面，遠離住宅同時設置隔音降噪措施。

輔助真空燃氣熱水鍋爐設置于車庫地下一層的鍋爐房內，空調冷熱媒設計參數見表3，真空燃氣鍋爐供回水溫度為40/33°C。

表3 空調冷熱媒設計參數

4 空調末端系統形式

住宅戶內空調形式為毛細管輻射系統+置換通風，當住戶對應下一層為非空調區時同時設置地板輻射供暖系統，首層大堂設風盤。

5 空調水系統設計

空調冷熱水一次水為變流量一級泵系統，毛細管水系統與冷熱源水系統采用板式換熱器間接連接，板式換熱器設在各棟住宅的地下一層科技系統換熱設備機房內。夏季一次側水溫6/13°C，二次側17/20°C。冬季一次側水溫40/33°C，二次側35/30°C[4]。板換二次側溫度及溫差可根據末端負荷變化情況適時調整。

單體的空調水系統豎向采用兩管制異程式系統。考慮到末端毛細管承壓能力，二次側水系統縱向分為高、低2 個區，其中8#1 層～11 層為低區，12 層～22 層為高區。1#3#5#1 層～12 層為低區，13 層～23 層為高區。6#15#16#20#1 層～10 層為低區，11 層～19 層為高區。7#9#10#11#12#17#18#19#1 層～13 層為低區，14 層～25 層為高區。新風機組和板換機組一次側水系統不分區。新風機組一級表冷器接空調一次水系統，直膨段（及再熱段）接二次側空調水系統。

6 空調風系統設計

本工程的空調系統，新風夏季承擔去除全部室內濕負荷的任務，冬季則承擔給室內加濕的任務。住宅新風系統縱向分為兩個區，其中8#1 層～11 層為低區，12 層～22 層為高區。1#3#5#1 層～12 層為低區，13 層～23 層為高區。6#15#16#20#11 層～10 層為低區，11 層～19 層為高區。7#9#10#11#12#17#18#19#1 層～13 層為低區，14 層～25 層為高區。低區新風機組設置于地下一層新風機房內，高區新風機組設置于屋面。

新風機組為雙冷源，一級表冷器為水冷表冷器，由冷熱源夏季提供6/13°C的冷水，冬季提供40/33°C的熱水。二級表冷器為直膨式表冷器，由單體板換機組二次側供水將深度除濕熱量帶走，同時二次水提供新風機組再熱段熱量。夏季送風狀態參數為干球溫度16°C，熱量。夏季送風狀態參數為干球溫度8 g/kg，冬季送風狀態參數為干球溫度22°C，相對濕度逸40%，經風管送至戶內。

7 空調系統的自動控制

1）機房群控：空調冷熱源系統采用群控方式實現。冷熱源系統的群控由熱泵機組/冷水機組負荷率法實現，根據運行時間基本相等的原則，均衡各設備的運行時間，延長各設備的使用壽命

2）空氣處理機組：由于本工程新風負擔室內除濕任務，因此新風變化不能僅根據室內溫度來判斷，需要根據室內溫濕度綜合判斷，在保證室內不結露的情況下適度改變送風量。空調機組表冷器回水管上設置電動二通閥，控制空調機組冷熱媒供應量。在加濕器進水管設電磁閥，根據送風相對濕度控制加濕水量。

3）毛細管輻射系統控制：根據二次側供水溫度控制一次側回水管路上的電動兩通調節閥的開度，維持二次側供水溫度的恒定。二次側循環泵采用變頻控制。根據最不利用戶的進出口壓差控制二次側循環泵的轉速。毛細管輻射系統結合防結露控制采用分環路的電磁閥控制。各空調房間設置溫度露點開關，溫度露點開關聯動毛細管水系統各支路上的電磁閥通斷，實現房間溫度控制和輻射表面及管路的防結露保護。

8 空調系統節能設計

空調冷熱負荷采用動態能耗計算。機組的選型按照逐時負荷最大值選取，總裝機容量不超過計算負荷的10%。采用熱回收新風處理機組，制冷顯熱回收效率大于60%，制熱顯熱回收效率大于65%。過渡季能耗降低措施：過渡季免開制冷主機直接利用室外新風消除室內余熱余濕，過渡季全新風運行，制冷季初期在室外濕球溫度合適的情況下，直接利用冷卻塔制取高溫冷水免費供冷。

9 結束語

輻射空調系統作為一種更舒適、更節能的空調系統，在科技住宅項目取得了良好的應用效果，通過本項目的設計工作總結如下經驗：1）輻射空調末端既滿足供冷又滿足供暖功能，因此采用地源熱泵作為冷熱源優勢明顯，地源供熱占比宜控制在60%～80%較為經濟合理。2）空調水系統需合理分區，避免毛細管末端超壓，風系統宜根據建筑層數合理分區，避免風井過多占用建筑面積。3）送風及回風管井內立管風速宜控制在5 m/s 以內，戶內送、回風支管風速宜控制在2.5 m/s 以內，避免戶內產生噪聲，同時方案階段應注意熱泵機房、鍋爐房、冷卻塔等布置位置，需避免對住宅內噪聲影響。4）輻射空調負荷需精確計算，避免戶內毛細管席面積設計過多或過少。輻射末端的設計需兼顧安全性、合理性和經濟性。當前輻射空調系統科技住宅項目發展較快，對系統的設計思路仍需繼續研究優化。