徐州云龍湖科技住宅項目輻射空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

王樹超

北京金茂人居環(huán)境科技有限公司

1 工程概況

本項目位于徐州市韓山區(qū)，該地塊建設(shè)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(diào)末端的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)，冷熱源形式為土壤源熱泵系統(tǒng)+輔助冷熱源；末端采用毛細管輻射末端+置換送風(fēng)系統(tǒng)。

2 設(shè)計參數(shù)

2.1 室外設(shè)計參數(shù)

室外設(shè)計參數(shù)、室內(nèi)設(shè)計參數(shù)[1]如表1、2 所示。

表1 室外設(shè)計參數(shù)

表2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

3 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設(shè)計及冷熱負(fù)荷計算

利用DeST 等成熟軟件，根據(jù)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)、建筑熱工參數(shù)以及全年氣象情況，對本項目空調(diào)冷熱負(fù)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(fù)荷以及累計供冷量與供熱量。本項目的夏季空調(diào)總冷負(fù)荷：8360 kW，冬季空調(diào)總熱負(fù)荷：6149 kW。負(fù)荷分析結(jié)果見圖1。

圖1 全年負(fù)荷分析及冷熱負(fù)荷特性

本項目利用地源熱泵作為主要的空調(diào)冷熱源，為整個項目提供空調(diào)冷熱水。根據(jù)以往工程經(jīng)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(jīng)濟。且受場地限制，地源孔最終確定孔數(shù)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(shè)計為100 m，布置于車庫地下室區(qū)域內(nèi)。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(tǒng)按照提供60%的的冬季空調(diào)供熱量、提供40%的夏季空調(diào)供冷量來確定，需要增設(shè)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(shè)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(dān)本項目冷熱負(fù)荷。熱泵機組、單冷機組均設(shè)置于車庫地下一層的地源熱泵機房內(nèi)。與單冷機組配套設(shè)置兩臺開式冷卻塔，放置于首層地面，遠離住宅同時設(shè)置隔音降噪措施。

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

表3 空調(diào)冷熱媒設(shè)計參數(shù)

4 空調(diào)末端系統(tǒng)形式

住宅戶內(nèi)空調(diào)形式為毛細管輻射系統(tǒng)+置換通風(fēng)，當(dāng)住戶對應(yīng)下一層為非空調(diào)區(qū)時同時設(shè)置地板輻射供暖系統(tǒng)，首層大堂設(shè)風(fēng)盤。

5 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

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

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

6 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

本工程的空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)夏季承擔(dān)去除全部室內(nèi)濕負(fù)荷的任務(wù)，冬季則承擔(dān)給室內(nèi)加濕的任務(wù)。住宅新風(fēng)系統(tǒng)縱向分為兩個區(qū)，其中8#1 層～11 層為低區(qū)，12 層～22 層為高區(qū)。1#3#5#1 層～12 層為低區(qū)，13 層～23 層為高區(qū)。6#15#16#20#11 層～10 層為低區(qū)，11 層～19 層為高區(qū)。7#9#10#11#12#17#18#19#1 層～13 層為低區(qū)，14 層～25 層為高區(qū)。低區(qū)新風(fēng)機組設(shè)置于地下一層新風(fēng)機房內(nèi)，高區(qū)新風(fēng)機組設(shè)置于屋面。

新風(fēng)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(cè)供水將深度除濕熱量帶走，同時二次水提供新風(fēng)機組再熱段熱量。夏季送風(fēng)狀態(tài)參數(shù)為干球溫度16°C，熱量。夏季送風(fēng)狀態(tài)參數(shù)為干球溫度8 g/kg，冬季送風(fēng)狀態(tài)參數(shù)為干球溫度22°C，相對濕度逸40%，經(jīng)風(fēng)管送至戶內(nèi)。

7 空調(diào)系統(tǒng)的自動控制

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

2）空氣處理機組：由于本工程新風(fēng)負(fù)擔(dān)室內(nèi)除濕任務(wù)，因此新風(fēng)變化不能僅根據(jù)室內(nèi)溫度來判斷，需要根據(jù)室內(nèi)溫濕度綜合判斷，在保證室內(nèi)不結(jié)露的情況下適度改變送風(fēng)量。空調(diào)機組表冷器回水管上設(shè)置電動二通閥，控制空調(diào)機組冷熱媒供應(yīng)量。在加濕器進水管設(shè)電磁閥，根據(jù)送風(fēng)相對濕度控制加濕水量。

3）毛細管輻射系統(tǒng)控制：根據(jù)二次側(cè)供水溫度控制一次側(cè)回水管路上的電動兩通調(diào)節(jié)閥的開度，維持二次側(cè)供水溫度的恒定。二次側(cè)循環(huán)泵采用變頻控制。根據(jù)最不利用戶的進出口壓差控制二次側(cè)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。毛細管輻射系統(tǒng)結(jié)合防結(jié)露控制采用分環(huán)路的電磁閥控制。各空調(diào)房間設(shè)置溫度露點開關(guān)，溫度露點開關(guān)聯(lián)動毛細管水系統(tǒng)各支路上的電磁閥通斷，實現(xiàn)房間溫度控制和輻射表面及管路的防結(jié)露保護。

8 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

空調(diào)冷熱負(fù)荷采用動態(tài)能耗計算。機組的選型按照逐時負(fù)荷最大值選取，總裝機容量不超過計算負(fù)荷的10%。采用熱回收新風(fēng)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(fēng)消除室內(nèi)余熱余濕，過渡季全新風(fēng)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(jié)束語

輻射空調(diào)系統(tǒng)作為一種更舒適、更節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，在科技住宅項目取得了良好的應(yīng)用效果，通過本項目的設(shè)計工作總結(jié)如下經(jīng)驗：1）輻射空調(diào)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(yōu)勢明顯，地源供熱占比宜控制在60%～80%較為經(jīng)濟合理。2）空調(diào)水系統(tǒng)需合理分區(qū)，避免毛細管末端超壓，風(fēng)系統(tǒng)宜根據(jù)建筑層數(shù)合理分區(qū)，避免風(fēng)井過多占用建筑面積。3）送風(fēng)及回風(fēng)管井內(nèi)立管風(fēng)速宜控制在5 m/s 以內(nèi)，戶內(nèi)送、回風(fēng)支管風(fēng)速宜控制在2.5 m/s 以內(nèi)，避免戶內(nèi)產(chǎn)生噪聲，同時方案階段應(yīng)注意熱泵機房、鍋爐房、冷卻塔等布置位置，需避免對住宅內(nèi)噪聲影響。4）輻射空調(diào)負(fù)荷需精確計算，避免戶內(nèi)毛細管席面積設(shè)計過多或過少。輻射末端的設(shè)計需兼顧安全性、合理性和經(jīng)濟性。當(dāng)前輻射空調(diào)系統(tǒng)科技住宅項目發(fā)展較快，對系統(tǒng)的設(shè)計思路仍需繼續(xù)研究優(yōu)化。