蕪湖市某辦公樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 亮（中國(guó)煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230002）

蕪湖市某辦公樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 亮（中國(guó)煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230002）

地源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能、環(huán)保的可再生能源利用技術(shù)。文章結(jié)合蕪湖市某辦公樓，從建筑特點(diǎn)、建筑周?chē)茉礌顩r以及當(dāng)?shù)啬茉凑叩确矫鎸?duì)該項(xiàng)目地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，闡述了設(shè)計(jì)時(shí)采取的一系列節(jié)能措施，以保證系統(tǒng)安全、節(jié)能、高效運(yùn)行，給該地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考。

地源熱泵系統(tǒng)；自動(dòng)控制；水系統(tǒng)；風(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能

0 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗逐年增大。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)建筑能耗約占整個(gè)社會(huì)能耗的1/3左右，而空調(diào)系統(tǒng)能耗約占建筑能耗的40%～60%［1］。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)不但耗能，而且會(huì)排放出一定的有害氣體污染環(huán)境。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)憑借其節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，已經(jīng)成為暖通空調(diào)領(lǐng)域備受關(guān)注的熱門(mén)課題［2］。本文通過(guò)對(duì)安徽省蕪湖市某科研辦公樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案的分析及設(shè)計(jì)，探討了該地區(qū)地源熱泵技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的可行性。

1 工程概況

該項(xiàng)目為蕪湖市某科研辦公樓，位于高新開(kāi)發(fā)區(qū)。建筑總面積為24233m2，建筑高度70.2m。其中，地下1層，建筑面積2541m2；地上19層，建筑面積為21692m2。地下一層為復(fù)式停車(chē)、變電所、泵房、空調(diào)機(jī)房等；地上主要為大堂、接待、研發(fā)教學(xué)中心、客房、會(huì)議、辦公等。

2 空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

室外設(shè)計(jì)參數(shù)［3］詳見(jiàn)表1。

空調(diào)室外設(shè)計(jì)參數(shù)表 表1

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

考慮房間功能及運(yùn)行時(shí)間的不同，結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能的要求［4］［5］，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表2。

空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)表 表2

2.3 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)負(fù)荷準(zhǔn)確與否關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行后室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求。但即使計(jì)算準(zhǔn)確，實(shí)際建筑冷熱負(fù)荷又會(huì)發(fā)生變化，目前，工程中空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備選型多參照負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，沒(méi)有考慮到實(shí)際運(yùn)行情況。因此，項(xiàng)目初期對(duì)建筑功能特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與甲方相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行了討論分析。使用手工計(jì)算，結(jié)合鴻業(yè)負(fù)荷及天正暖通負(fù)荷計(jì)算軟件，得到工程總冷熱負(fù)荷見(jiàn)表3，全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷結(jié)果見(jiàn)圖

1，建筑熱工參數(shù)見(jiàn)表4。

圖1 建筑全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷

工程總冷、熱負(fù)荷表 表3

建筑熱工設(shè)計(jì)參數(shù)表（W/（m2·K））表4

3 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 冷源

設(shè)計(jì)選取2臺(tái)螺桿式地源熱泵機(jī)組，單機(jī)制冷量757kW；1臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，單機(jī)制冷量757kW。冷凍水供回水溫度 7/12℃，夏季優(yōu)先運(yùn)行單冷機(jī)組，有利于地下土壤熱平衡，根據(jù)負(fù)荷增長(zhǎng)開(kāi)啟地源熱泵機(jī)組，以滿足冷負(fù)荷變化要求。熱泵機(jī)組和水冷機(jī)組機(jī)房位于負(fù)一層，占地約310m2。冷卻設(shè)備采用超低噪音橫流冷卻塔，集中設(shè)置于裙房屋頂，開(kāi)式機(jī)械循環(huán)，冷卻水供回水溫度32/37℃。熱泵系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 供冷系統(tǒng)原理圖

3.2 熱源

設(shè)計(jì)地埋管系統(tǒng)，需要足夠的打井面積，建筑周?chē)幸欢ǖ木G化和地上停車(chē)場(chǎng)面積。根據(jù)熱響應(yīng)測(cè)試報(bào)告，本項(xiàng)目采用垂直雙 U型地埋管系統(tǒng)，打井位置位于建筑周?chē)G化帶及停車(chē)場(chǎng)位置。地表以下一定深度處土壤溫度常年基本不變，就本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)約20℃左右，因此打井越深，有利于系統(tǒng)取熱、放熱，而且打井所需面積也減少，結(jié)合項(xiàng)目所在地地質(zhì)狀況，綜合經(jīng)濟(jì)及系統(tǒng)承壓要求，確定本項(xiàng)目打井深度100m。

項(xiàng)目前期的熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，系統(tǒng)冬季和夏季單位井深換熱量分別為45W/m2、55W/m2，確定打井268口，鉆孔口徑 150mm，地埋管換熱器采用 DN32的PE管，公稱壓力1.6 MPa。規(guī)范［6］建議地埋管換熱器間距為3～6m，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)地埋管間距4.0m×4.0m，并采用同程式連接。

4 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 空調(diào)水系統(tǒng)

①系統(tǒng)形式：空調(diào)負(fù)荷側(cè)采用一級(jí)泵變頻變流量系統(tǒng)，水泵整定變頻（100～70%變頻，＜70%定頻），采用一機(jī)對(duì)一泵并聯(lián)方式，設(shè)一臺(tái)備用泵；地源側(cè)為一級(jí)泵定流量系統(tǒng)，采用一機(jī)對(duì)一泵并聯(lián)方式，并設(shè)一臺(tái)備用泵。

②每層內(nèi)空調(diào)水系統(tǒng)采用同程式布置，垂直立管采用異程式布置。系統(tǒng)定壓采用高位膨脹水箱定壓、補(bǔ)水。主干管及主分支管回水管處設(shè)置靜態(tài)平衡閥，用以調(diào)節(jié)水系統(tǒng)平衡。同時(shí)，空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。風(fēng)機(jī)盤(pán)管亦設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通雙位閥。

③冷卻水系統(tǒng)：采用開(kāi)式機(jī)械循環(huán)的超低噪音橫流冷卻塔，設(shè)置在裙房屋面，冷卻水供回水溫度32/37℃。

④水處理：空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的補(bǔ)水設(shè)軟水處理。制冷機(jī)組入口冷水、冷卻水總管上設(shè)旁流動(dòng)態(tài)離子過(guò)濾水處理器，對(duì)空調(diào)冷水/冷卻水進(jìn)行除垢、殺菌滅藻、除銹等處理，冷卻水系統(tǒng)設(shè)置智能在線清洗裝置。

4.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

①大堂采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)。冬夏季節(jié)最小新風(fēng)比運(yùn)行，在春秋過(guò)度季節(jié)，制冷機(jī)組不開(kāi)啟，僅打開(kāi)空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)按新風(fēng)比70%運(yùn)行。

②大會(huì)議室、檔案采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)，冬夏季節(jié)最小新風(fēng)比運(yùn)行，在春秋過(guò)度季節(jié)，制冷機(jī)組不開(kāi)啟，僅打開(kāi)空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)按新風(fēng)比70%運(yùn)行，并設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行。

③除大堂外，其它區(qū)域均采風(fēng)機(jī)盤(pán)管+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管采用直流無(wú)刷電機(jī)，帶回風(fēng)箱；新風(fēng)機(jī)組分層獨(dú)立設(shè)置于新風(fēng)機(jī)房，新風(fēng)支管均設(shè)定風(fēng)量閥。

④消防安保中心、物管用房、值班室等設(shè)置風(fēng)冷式分體空調(diào)。

5 自動(dòng)控制

5.1 空調(diào)冷水系統(tǒng)

制冷機(jī)組凍水及冷卻水出水管設(shè)電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥及水流開(kāi)關(guān)，冷卻塔進(jìn)水管上設(shè)電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥。冷凍水泵、冷卻水泵、制冷機(jī)組和冷卻塔聯(lián)鎖運(yùn)行。制冷機(jī)組、出口熱媒參數(shù)、水泵進(jìn)出口壓力、供回水總管壓力及溫度測(cè)量均設(shè)置數(shù)字顯示。

5.2 空調(diào)末端

5.2.1 風(fēng)機(jī)盤(pán)管/吊柜（回風(fēng)工況）控制

室內(nèi)冷負(fù)荷變化，由設(shè)在室內(nèi)帶風(fēng)機(jī)三速開(kāi)關(guān)的溫度控制器控制，設(shè)在風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷水回水管上的電動(dòng)二通閥，通、斷水流或選擇風(fēng)機(jī)盤(pán)管風(fēng)機(jī)低、中、高速運(yùn)行，以維持室內(nèi)的溫度，同時(shí)調(diào)節(jié)各個(gè)末端設(shè)備之間的壓力平衡。冬夏季工況自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

5.2.2 新風(fēng)機(jī)組、組合式空調(diào)機(jī)組控制

新風(fēng)送風(fēng)干管上設(shè)溫度傳感器，經(jīng)DDC控制器控制機(jī)組回水管上的兩通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，以保持送風(fēng)溫度穩(wěn)定。且由DDC控制器根據(jù)回風(fēng)管上的二氧化碳濃度傳感器信號(hào)控制新風(fēng)、回風(fēng)及排風(fēng)管上電動(dòng)風(fēng)閥開(kāi)度，以保證室內(nèi)新風(fēng)量及節(jié)約能源。過(guò)渡季節(jié)DDC控制器根據(jù)室內(nèi)溫度信號(hào)控制新風(fēng)、回風(fēng)及排風(fēng)管上電動(dòng)風(fēng)閥開(kāi)度。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求迅速增長(zhǎng)，由此帶來(lái)的環(huán)境、氣候等問(wèn)題日益突出，工程中對(duì)具有節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)空調(diào)系統(tǒng)的需求越來(lái)越迫切，而地源熱泵系統(tǒng)正是通過(guò)地下?lián)Q熱器與溫度恒定在 20℃的土壤換熱，既節(jié)約了能源，又減少了污染氣體和熱排放，提升了環(huán)境品質(zhì)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為該地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工提供了一定參考。

［1］盛雪.公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)估方法研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2014.

［2］劉歡.地埋管地源熱泵系統(tǒng)綜合性能的評(píng)價(jià)［D］.濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2013.

［3］GB50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］DB34/1467-2011，安徽省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］GB50189-2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［6］GB50366-2009，地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范［S］.

TU833+.3

B

1007-7359（2016）02-0211-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.074

劉亮（1982-），男，安徽宿松人，安徽建筑大學(xué)在職研究生；工程師，國(guó)家注冊(cè)公用設(shè)備工程師。