武漢南瑞陽邏基地地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

孫權(quán)

摘要：本文介紹了大型工業(yè)生產(chǎn)基地配套建筑的地源熱泵空調(diào)設(shè)計特點，包括主機設(shè)備選型，末端系統(tǒng)設(shè)計，埋管設(shè)計，經(jīng)濟(jì)性比較等，為類似工程提高設(shè)計參考。

關(guān)鍵詞：地源熱泵 熱回收 埋管換熱器 經(jīng)濟(jì)比較

1. 工程概況

本項目位于武漢市新洲陽邏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，總用地面積358畝，凈用地面積206500㎡，折合310畝。建筑工程主要分為三部分：⑴生產(chǎn)廠房6棟，總建筑面積18500㎡；⑵生產(chǎn)輔助用房1棟，建筑面積340㎡；⑶辦公、生活設(shè)施4棟：綜合辦公大樓1棟，建筑面積3000㎡，職工食堂1棟，建筑面積600㎡，職工宿舍2棟，建筑面積1400㎡。

2. 設(shè)計參數(shù)及冷熱負(fù)荷

本項目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計范圍為：職工宿舍，職工食堂，綜合辦公大樓。同時空調(diào)系統(tǒng)采用熱回收供應(yīng)生活用熱水熱源。

3. 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 空調(diào)冷熱源

本項目空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵是目前正在推廣的節(jié)能環(huán)保空調(diào)系統(tǒng)形式，響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保政策。

選用2臺地源熱泵機組，其中一臺為標(biāo)準(zhǔn)型，制冷量為475KW，另外一臺為全熱回收型，制冷量為150KW。夏季優(yōu)先使用全熱回收型主機制備宿舍生活用水，冬季由全熱回收型主機制備生活用水。

3.2 土壤換熱器計算

本系統(tǒng)埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，也稱土壤耦合式熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以水作為冷熱量載體，水在埋于土壤中的換熱管道內(nèi)與熱泵機組間循環(huán)流動，實現(xiàn)機組與大地土壤之間的熱量交換。冬季循環(huán)水通過埋在土壤中的高密度聚乙烯管環(huán)路，從土壤中吸收熱量，使循環(huán)水溫度升高，供給地源熱泵機組。夏季循環(huán)水通過地埋管將熱量排放到土壤中，使循環(huán)水溫度降低供給地源熱泵機組。通過地源熱泵機組給室內(nèi)供冷、供熱。

（1）冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。系統(tǒng)夏季的排熱量和冬季的吸熱量如下：

（2）確定豎井總長度

根據(jù)地源熱泵巖土熱物性測試技術(shù)報告，土壤換熱器夏季每米放熱量按35.1w/m，冬季按20.3w/m，計算冬、夏季地埋管系統(tǒng)豎井總長度為：

（3）確定豎井?dāng)?shù)目及間距

根據(jù)上述計算可知，夏季制冷豎井長度要大于冬季供暖的豎井總長，按夏季制冷豎井長度來確定打孔數(shù)目。

按照常規(guī)地質(zhì)情況考慮，設(shè)計為單U孔，單孔有效深度設(shè)計為65m，，孔徑110-130mm，孔間距控制在4m左右，則該項目埋管孔數(shù)及占地面積如下：

（4）埋管選型

為保證地下埋管的安全應(yīng)用和使用壽命，埋管管材選用型號PE100、管徑DN32、壁厚3mm、耐壓1.6MPa。埋地U型管U型彎頭采用電融焊接，確保管道接頭的連接強度和焊接質(zhì)量。

埋管回填材料影響埋管耦合換熱器的換熱效率和使用壽命。本系統(tǒng)設(shè)計采用一部分沙石回填和一部分混凝土等混合配比材料回填，采用混合配比材料不僅增大埋管換熱系數(shù)而且還能起到保護(hù)地下埋管管道的作用。

3.3 空調(diào)末端系統(tǒng)

本工程所有室內(nèi)末端采用風(fēng)機盤管+空氣處理機組+新風(fēng)空氣處理機組。

生活熱水采用主機熱回收制備，在主機與衛(wèi)生熱水箱之間設(shè)置熱水循環(huán)泵，當(dāng)熱水溫度低于設(shè)定溫度時，主機和水泵啟動，循環(huán)加熱衛(wèi)生熱水，當(dāng)熱水溫度到達(dá)設(shè)定溫度時，主機停止加熱，熱水泵停止運行。

室內(nèi)末端采用風(fēng)機盤管+空氣處理機組+新風(fēng)空氣處理機組，通過方形散流器將氣流送到人員活動區(qū)域?？照{(diào)水系統(tǒng)采用同程式機械閉式循環(huán)系統(tǒng)，熱冷工況供回水為7/12℃，制熱工況供回水為50/45℃。

空調(diào)水系統(tǒng)采用同程式機械閉式循環(huán)系統(tǒng)，同一個環(huán)路之間空調(diào)設(shè)備全部平衡，對于不同環(huán)路之間不平衡采用靜態(tài)平衡閥進(jìn)行平衡。

地源熱泵地埋管水系統(tǒng)亦采用同程式機械閉式循環(huán)系統(tǒng)，并設(shè)集分水器使之達(dá)到水力平衡。

4. 經(jīng)濟(jì)性比較

4.1 空調(diào)運行費用比較

由上述計算可知，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年運行費用節(jié)省72233元，約26%（以常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年運行費用為基準(zhǔn)）。

4.2 空調(diào)系統(tǒng)投資比較

可見，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)造價稍高普通空調(diào)系統(tǒng)，但節(jié)能效果明顯，若申請節(jié)能補助費用，則地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)高出常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)的費用5年內(nèi)即可收回。

5.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)點

（1）屬可再生利用的能源技術(shù)

地源熱泵是利用地下土壤中所儲藏的太陽能作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。而地球本身是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)。收集47%的太陽輻射能，因此，可以不斷的利用儲存太陽能（地能），所以，地源熱泵技術(shù)是清潔的可再生利用的能源技術(shù)。

（2）高效節(jié)能

由于地源熱泵機組可利用的地下溫度恒定，武漢地區(qū)土壤溫度在16-18℃左右，因此冬季機組蒸發(fā)溫度高，夏季冷凝溫度低。因此，能效比會比普通風(fēng)冷熱泵型機組和家用分體有極大的提高，全年運行費用會有很大程度的節(jié)省。

（3）管理費用低

由于地源熱泵機組采用的是水-水式機組，機型穩(wěn)定，正常使用壽命達(dá)20年以上。加上除水泵外，不需任何輔機，而常規(guī)方式中風(fēng)冷熱泵則出現(xiàn)故障率較高，家用分體空調(diào)則存在漏氟、維修點多等隱患。因此在管理費用上地源熱泵具有極低的花費。

（4）對環(huán)境的影響

由于地源熱泵機組系統(tǒng)不需鍋爐，沒有任何室外機。由于沒有冷卻塔和室外機，對相應(yīng)的冷卻塔、室外機噪音、濺水而引起的各類污染及空調(diào)行業(yè)一直為之頭疼的"軍團(tuán)病菌"感染均不存在了。加上機組在封閉機房內(nèi)，噪音低，不影響周邊的寧靜環(huán)境和視覺美觀。

（5）節(jié)能環(huán)保

本工程使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，除地源熱泵機組使用380V電源外，不使用其他能源介質(zhì)?？照{(diào)系統(tǒng)使用可再生利用的能源技術(shù)，對環(huán)境無任何污染和破壞。

6.結(jié)語

地源熱泵系統(tǒng)屬可再生利用的能源技術(shù)，響應(yīng)國家節(jié)能號召，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好，應(yīng)用于工業(yè)項目中采用熱回收機組可制得生活熱水，節(jié)省該部分投資，并在工業(yè)項目中實現(xiàn)零排放，復(fù)活國家環(huán)保政策。因此，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)在工業(yè)項目中大量推廣使用。