象山影視城（后勤服務(wù)區(qū)）綜合辦公樓地源熱泵設(shè)計

文武 楊愛民 周婷婷

1. 中國聯(lián)合工程有限公司 浙江 杭州 310052

2. 寧波東源節(jié)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(diào)冷熱源地源熱泵系統(tǒng)及相關(guān)的暖通設(shè)計[1]。綜合辦公樓集中空調(diào)冷負荷綜合最大值為1050kW，單位空調(diào)建筑面積冷指標為107W/m2；熱負荷600kW，單位空調(diào)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(diào)通風工程投資概算為604萬元，單方面積空調(diào)通風造價約為615元/m2。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計要求

2.1 功能要求

通過與業(yè)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(jié)能設(shè)計標準》的規(guī)定要求，本工程暖通設(shè)計以節(jié)能、環(huán)保滿足綠建二星為設(shè)計目標。

根據(jù)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(jié)假日排練使用的實際需求，指揮廳數(shù)據(jù)機房則存在24h常年供冷的技術(shù)要求。由此，結(jié)合綠色節(jié)能設(shè)計原則考量，綜合辦公樓采用集中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，空調(diào)冷熱源由地源熱泵系統(tǒng)提供，機房就近設(shè)置于綜合辦公樓西北側(cè)的4#樓，1#樓指揮廳數(shù)據(jù)中心則設(shè)計選用風冷型直膨式機房專用精密機組；3#樓排練廳設(shè)計采用風冷熱泵型屋頂式空調(diào)機組+熱水型地暖，排練廳輔助用房設(shè)計采用多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。

2.2 主要設(shè)計原則

1#樓空調(diào)冷熱源采用復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計，地源熱泵機房就近設(shè)置于綜合辦公樓西北側(cè)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(yīng)。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(jù)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(tǒng)設(shè)計滿足夏季制冷+生活熱水，過渡季節(jié)制備生活熱水和冬季制熱的需求[2]。地源熱泵系統(tǒng)流程及機房群控系統(tǒng)原理圖設(shè)計如圖所示：

圖1 地源熱泵系統(tǒng)流程及機房群控系統(tǒng)原理圖

3 暖通空調(diào)系統(tǒng)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(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。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(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高，具備較高的節(jié)能性。另外，地能溫度較恒定，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30%～40%的供熱制冷空調(diào)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(tǒng)與其他常規(guī)空調(diào)冷熱源方案比較如表1所示。

表1 空調(diào)冷熱源方案比較

4 機房群控系統(tǒng)及能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

4.1 地源機房群控系統(tǒng)設(shè)計

本項目地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計采用智能群控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對地源機組、閉式冷卻塔風機、冷卻水泵、負荷側(cè)空調(diào)水循環(huán)泵、地源側(cè)水循環(huán)泵、熱回收側(cè)生活熱水循環(huán)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(shè)備進行智能控制。群控系統(tǒng)制定了各種工況下的系統(tǒng)運行策略，確保系統(tǒng)滿足項目在各季節(jié)、各時段不同負荷需求下的穩(wěn)定高效運行，在工程實際中最大化地體現(xiàn)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)的可持續(xù)綠色節(jié)能特點。

4.2 空調(diào)能耗監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)測內(nèi)容：通過對機房內(nèi)各設(shè)備及系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)（包含各設(shè)備的耗電量、負荷側(cè)及地源側(cè)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(jiān)測系統(tǒng)運行狀況。同時通過對大量數(shù)據(jù)的計算分析，對設(shè)備及系統(tǒng)各項指標包括水泵效率、機組能效比、系統(tǒng)能效比、輸送系數(shù)進行經(jīng)濟運行評估，發(fā)現(xiàn)運行中存在的問題，以不斷優(yōu)化系統(tǒng)運行策略。

本項目參與了中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會主辦，中國勘察設(shè)計協(xié)會建筑環(huán)境與能源應(yīng)用分會支持的第1屆 “大師杯” 高能效空調(diào)系統(tǒng)工程大賽，獲項目優(yōu)秀獎。機房通過對系統(tǒng)全年冷暖季運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析[4]，并經(jīng)合肥通用機電產(chǎn)品檢測院有限公司實測，2021年項目實測空調(diào)制冷系統(tǒng)運行能效比為4.43 kW.h/（kW.h）。

5 工程主要創(chuàng)新及特點

本項目主要創(chuàng)新點及特點如下：

5.1 空調(diào)冷熱源采用可再生能源設(shè)計

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

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(jù)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(yōu)先開啟全熱回收機組，在滿足綜合辦公樓空調(diào)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(tǒng)的綜合能效性和運行經(jīng)濟性，實現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢最大化。

5.3 地源系統(tǒng)熱平衡設(shè)計

通過對項目空調(diào)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(tǒng)的補充，冬季（白天）在地源機組僅能提供綜合辦公樓空調(diào)供熱的技術(shù)條件下，另設(shè)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(wěn)定供應(yīng)及地埋管系統(tǒng)全年冷熱平衡需求的技術(shù)措施。

6 結(jié)束語

復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)是綠色建筑設(shè)計中暖通專業(yè)滿足再生能源設(shè)計需求的主要技術(shù)措施之一。

地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)通過工程場地狀況調(diào)查，并應(yīng)對淺層地熱能資源進行勘察，以確定地埋管換熱系統(tǒng)實施的可行性與經(jīng)濟性；地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)進行全年動態(tài)負荷計算，最小計算周期宜為1年。計算周期內(nèi)，地源熱泵系統(tǒng)總釋熱量和總吸熱量宜基本平衡。

該項目設(shè)計機房群控系統(tǒng)及空調(diào)能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)機房無人自動運行，同時通過對運行能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析判定，適時調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行模式，確保系統(tǒng)長久高效節(jié)能運行。