象山影視城（后勤服務區）綜合辦公樓地源熱泵設計

文武 楊愛民 周婷婷

1. 中國聯合工程有限公司 浙江 杭州 310052

2. 寧波東源節能科技有限公司 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#樓空調冷熱源地源熱泵系統及相關的暖通設計[1]。綜合辦公樓集中空調冷負荷綜合最大值為1050kW，單位空調建筑面積冷指標為107W/m2；熱負荷600kW，單位空調建筑面積熱指標為61W/m2；該項目為EPC總承包項目，綜合辦公樓空調通風工程投資概算為604萬元，單方面積空調通風造價約為615元/m2。

2 暖通空調系統設計要求

2.1 功能要求

通過與業主及E P C 總承包方的探討交流，按滿足DB33/1036-2007《公共建筑節能設計標準》的規定要求，本工程暖通設計以節能、環保滿足綠建二星為設計目標。

根據本項目各功能的使用及運行管理實際要求，綜合辦公樓運行使用時間與影視基地白天開放時間同步，3#樓演員排練廳存在晚上或節假日排練使用的實際需求，指揮廳數據機房則存在24h常年供冷的技術要求。由此，結合綠色節能設計原則考量，綜合辦公樓采用集中空調系統設計，空調冷熱源由地源熱泵系統提供，機房就近設置于綜合辦公樓西北側的4#樓，1#樓指揮廳數據中心則設計選用風冷型直膨式機房專用精密機組；3#樓排練廳設計采用風冷熱泵型屋頂式空調機組+熱水型地暖，排練廳輔助用房設計采用多聯空調系統設計。

2.2 主要設計原則

1#樓空調冷熱源采用復合式地源熱泵系統設計，地源熱泵機房就近設置于綜合辦公樓西北側的4#樓，配置2臺地源機組，其中一臺為普通型地源熱泵機組，制冷量為688.3kW，制熱量為688.4kW，另一臺為高溫全熱回收地源機組，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，與機組一一對應。熱泵主機夏季冷水供回水溫度 12℃/7℃，冬季熱水供回水溫度40℃/45℃。根據場地實際情況，地埋管按冬季負荷埋管，夏季選配1臺閉式冷卻塔作為補充。系統設計滿足夏季制冷+生活熱水，過渡季節制備生活熱水和冬季制熱的需求[2]。地源熱泵系統流程及機房群控系統原理圖設計如圖所示：

圖1 地源熱泵系統流程及機房群控系統原理圖

3 暖通空調系統方案比較及確定

地源熱泵是利用地球表面淺層地熱資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地能的溫度一年四季相對穩定，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高，具備較高的節能性。另外，地能溫度較恒定，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，保證了系統的高效性和經濟性。據美國環保署EPA估計，設計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節約用戶30%～40%的供熱制冷空調的運行費用。這種儲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]。地源熱泵系統與其他常規空調冷熱源方案比較如表1所示。

表1 空調冷熱源方案比較

4 機房群控系統及能耗監測系統設計

4.1 地源機房群控系統設計

本項目地源熱泵系統設計采用智能群控系統，該系統對地源機組、閉式冷卻塔風機、冷卻水泵、負荷側空調水循環泵、地源側水循環泵、熱回收側生活熱水循環泵、各運行工況下的電動諜閥切換、壓差旁通閥組、膨脹水箱等設備進行智能控制。群控系統制定了各種工況下的系統運行策略，確保系統滿足項目在各季節、各時段不同負荷需求下的穩定高效運行，在工程實際中最大化地體現復合式地源熱泵系統的可持續綠色節能特點。

4.2 空調能耗監測系統設計

監測內容：通過對機房內各設備及系統相關數據（包含各設備的耗電量、負荷側及地源側流量、各熱泵機組進出口溫度、各水泵進出口壓力等）的實時收集、儲存，監測系統運行狀況。同時通過對大量數據的計算分析，對設備及系統各項指標包括水泵效率、機組能效比、系統能效比、輸送系數進行經濟運行評估，發現運行中存在的問題，以不斷優化系統運行策略。

本項目參與了中國制冷空調工業協會主辦，中國勘察設計協會建筑環境與能源應用分會支持的第1屆 “大師杯” 高能效空調系統工程大賽，獲項目優秀獎。機房通過對系統全年冷暖季運行數據進行監測分析[4]，并經合肥通用機電產品檢測院有限公司實測，2021年項目實測空調制冷系統運行能效比為4.43 kW.h/（kW.h）。

5 工程主要創新及特點

本項目主要創新點及特點如下：

5.1 空調冷熱源采用可再生能源設計

根據工程實際情況，從綠色節能設計原則考慮，為滿足浙江省《民用建筑可再生能源應用核算標準》對項目再生能源應用設計的要求，綜合辦公樓空調冷熱源采用再生能源設計，選用復合式地源熱泵系統，根據場地實際情況，采用按冬季負荷設計地埋管系統。

5.2 選配具有冷凝熱回收功能的高溫型地源機組

考慮到本項目3#樓（輔助樓）存在常年生活熱水需求的工程特點，根據各類負荷計算分析，選用普通型地源機組與高溫全熱回收地源機組混合配置，夏季運行在小負荷段時優先開啟全熱回收機組，在滿足綜合辦公樓空調制冷的同時，免費向生活輔助樓提供生活熱水輔助加熱，極大提高了系統的綜合能效性和運行經濟性，實現地源熱泵系統優勢最大化。

5.3 地源系統熱平衡設計

通過對項目空調負荷、生活熱水負荷實際需求及使用特點的分析比較，確保地埋管部分全年冷熱平衡的考量下，本項目夏季選配1臺閉式冷卻塔作為地埋系統的補充，冬季（白天）在地源機組僅能提供綜合辦公樓空調供熱的技術條件下，另設置油氣兩用型雙回路真空熱水機組，作為確保冬季生活熱水穩定供應及地埋管系統全年冷熱平衡需求的技術措施。

6 結束語

復合式地源熱泵系統是綠色建筑設計中暖通專業滿足再生能源設計需求的主要技術措施之一。

地源熱泵系統設計時，應通過工程場地狀況調查，并應對淺層地熱能資源進行勘察，以確定地埋管換熱系統實施的可行性與經濟性；地埋管換熱系統設計應進行全年動態負荷計算，最小計算周期宜為1年。計算周期內，地源熱泵系統總釋熱量和總吸熱量宜基本平衡。

該項目設計機房群控系統及空調能耗監測系統，可實現機房無人自動運行，同時通過對運行能耗監測數據的分析判定，適時調節系統運行模式，確保系統長久高效節能運行。