某售楼处地源热泵空调加毛细管辐射系统设计

王红霞

（信息产业电子第十一设计研究院南京分院，江苏南京 210012）

某售楼处地源热泵空调加毛细管辐射系统设计

王红霞

（信息产业电子第十一设计研究院南京分院，江苏南京 210012）

以工程为例，总结了地源热泵、毛细管辐射和置换新风系统的设计流程，重点介绍了地埋管换热器的设计计算以及热泵系统的配置和空调系统的控制，为今后类似工程提供了指导。

地源热泵，地埋管，毛细管辐射系统，置换新风

0 引言

在我国推行节能环保能源政策的背景下，传统空调系统的高能耗已逐渐引起人们的重视，而地源热泵由于其在系统稳定性、节能性和舒适性等方面均具有明显的优势，而得到越来越广泛的应用。毛细管辐射系统能够提供良好、舒适的室内环境，满足提高室内空气品质和系统节能发展的要求，是一种值得推广的节能舒适系统［1］。本文通过介绍常州某售楼处设计中采用的地源热泵、毛细管辐射加置换新风系统，为今后类似工程提供参考。

1 工程概况

项目位于常州市，总建筑面积为882.42 m2，地上2层，局部1层，建筑总高度9 m，主要有办公室，影视厅，签约室，VIP接待室，财务室和售楼大厅等。

2 空调系统负荷计算

2.1 设计参数

夏季空调室外设计计算干球温度为34.6℃，湿球温度28.6℃，冬季空调室外计算干球温度为－5℃，相对湿度为75%。根据文献［2］可知，夏季室内设计温度26℃，相对湿度为55%;冬季室内设计温度为18℃，相对湿度为40%。

2.2 围护结构参数

2.2.1 外墙

采用外保温系统，保温材料及厚度:70 mm聚氨酯，导热系数0.02。热惰性D=3.34，东西南北向外墙热阻分别为2.861m2·K/W，2.869 m2·K/W，2.873 m2·K/W和2.871 m2·K/W。计算可得，外墙的传热系数为0.35 m2·K/W。

2.2.2 外窗

外窗采用断热铝合金中空玻璃窗，窗玻材料为6+12A+6，传热系数3.4 m2·K/W。外窗及阳台门的气密性不低于《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》规定的4级。

遮阳措施:本工程东、南、西、北窗采用活动外遮阳形式。活动外遮阳采用铝合金卷帘外遮阳系统，夏季与冬季遮阳系数分别为0.33和1.0。

2.2.3 屋面

屋顶保温材料为140 mm聚氨酯，导热系数0.02。热惰性D=5.533，热阻为5.445 m2·K/W。计算可得，屋面的传热系数为0.2 m2·K/W。

2.3 系统负荷计算

负荷计算包括围护结构负荷以及人体负荷、新风负荷、电器设备负荷等。计算中采用了业界公认的鸿业负荷软件，该会所的冷负荷为112 kW，热负荷87 kW。此外，热水负荷根据建筑给水排水规范可以计算出，热水负荷约为3.2 kW。

3 地源热泵系统设计

3.1 地埋管换热系统设计

3.1.1 地埋管形式选择

本项目采用单位管长换热量较大的并联双U形垂直埋管，孔径为135 mm，单井埋管有效深度80 m，埋管间距5 m。埋管区域为建筑物周边绿化地带。采用非集管制连接，每口地源井单独形成一个回路，由设在集分水器附近支管上的球阀来实现流量调节。各个回路之间互不影响，运行调试及维护比较方便，系统稳定性高。

3.1.2 地源井数量计算

参考该地区类似地质条件工程中所做的地下换热实验报告，埋管的取放热量数据:夏季散热量指标70 W/m，冬季取热量指标50W/m。

地源热泵系统最大释热量和最大吸热量根据地源热泵规范［3］计算。

夏季向土壤排放的热量可由下式计算:

冬季从土壤吸收的热量可由下式计算:

其中，Q1'为夏季向土壤排放的热量，kW;Q1为夏季设计总冷负荷，kW;Q2'为冬季从土壤吸收的热量，kW;Q2为冬季设计总热负荷，kW;EER为设计工况下地源热泵机组的制冷能效比;COP为设计工况下地源热泵机组的制热性能系数。计算时可从样本中选用设计工况下的EER，COP。

埋管长度及数量计算:

其中，L1为竖井埋管总长，m;Q1'为夏季向土壤排放的热量，kW;q1为夏季每米井深散热量，W/m。

其中，L2为竖井埋管总长，m;Q2'为冬季从土壤吸收的热量，kW;q2为冬季每米井深取热量，W/m。

埋管数量可由下式计算:

其中，N为埋管数量，个;L为埋管长度，m;H为单口井深，m。按照夏季负荷计算埋管，需要的地源井26口;按照冬季负荷计算埋管，需要的地源井20口。综合冬夏季埋管数量的需求，设计采用按照夏季负荷进行埋管，考虑一定的设备余量和系统安全，设计30口地源井。

3.2 冷热源系统设计

3.2.1 系统配置

由于该系统较小，辐射系统和新风系统通过板式换热器共用一台热泵机组。根据夏季的冷负荷选择热泵机组，一台制冷量为129.8 kW，制热量为135 kW的螺杆式热泵机组，主要用来满足会所的冷、热负荷。一台涡旋式热泵机组，制冷量为18.8 kW，制热量为19.1 kW，热水的加热量为19.8 kW，用来提供会所所需的生活热水。该机组为生活热水一体机，内部设有空调循环泵和热水回水泵，内置四通阀实现冬夏季的转换。

水泵分四组:地源侧、空调侧、毛细管侧和热水侧。地源侧螺杆热泵机组对应两台（一用一备），涡旋机组对应一台，三台水泵并联运行;空调侧设置两台（一用一备，涡旋机组内置水泵），毛细管侧和热水侧各设置两台（一用一备）。地源侧、空调侧和毛细管侧均采用成套的定压补水装置。生活热水水箱容积为150 L，采用膨胀罐定压。循环系统均采用电子水处理仪处理循环水，其中毛细管侧由于对水质要求较高，采用了软化水处理装置。

3.2.2 运行工况

冬夏季切换主要靠外部阀门转换，小机组通过内部四通阀自行切换。

夏季:地埋管系统运行工况为30℃/35℃，热泵机组蒸发器侧进出水温度为12℃/7℃。冷冻水分成两路，一路直接供至新风机组，一路供给板换。换热后二次侧供水温度为18℃，供给毛细管，与室内空气换热后，毛细管回水温度升为21℃，再次进入板换。

冬季:地埋管系统运行工况为10℃/5℃，热泵机组冷凝器侧进出水温度为40℃/45℃。同样一路直接供给新风机组，一路供给板换，换热后，板换二次侧毛细管辐射系统供水温度为31℃，回水28℃。

4 空调末端系统

4.1 毛细管辐射系统

采用4.3 mm×0.8 mm的PPR塑料毛细管组成的间隔为10 mm～30 mm的网栅，犹如人体中的毛细管，起着分配、输送和搜集液体的功能，网栅由间距很小的平行毛细管均匀分布，热辐射交换面积特别大，所以室内温度非常均匀。因此，毛细管系统是满足人体热舒适性要求的仿生态系统，在一些要求较高的场所应用较多。

根据相关文献［4］和样本资料，一般取单位面积辐射供冷量为60 W/m2。毛细管体积小，具有安装灵活的特点，常铺设于顶棚、地板及墙壁上。但由于该会所外窗较大，在满足室内装修的前提下，毛细管铺设于各层的地板和吊顶中，尽可能利用有效的空间。吊顶毛细管安装示意图如图1所示，地板毛细管安装示意图如图2所示。最终铺设面积为:吊顶520 m2，地板400 m2，共计920 m2。毛细管可承担的负荷约为55.2 kW。

4.2 置换新风系统

采用带转轮热回收的新风空调机组，新风量为5 000m3/h，新风冷负荷为63 kW。置于机房内，从室外取新风，排风经过转轮热回收后通过屋面排至室外。室内采用下送上回的置换通风方式。空气经送风分配器均匀分配至地板送风口，风口风速控制在0.2 m/s以下。分配器至风口间的风管采用成品方形UPVC风管，安装于架空地板下。吊顶回风口采用格栅百叶，自带调节阀。

图1 吊顶毛细管安装示意图

图2 地板毛细管安装示意图

4.3 系统控制

1）通过板换一次侧的电动阀来控制毛细管系统供水温度。

2）温控器通过内置的传感器监测室内温度，通过温控器自动关闭或开启相应水流回路上的调节阀调节室温。如室内温度偏离用户对调节阀的设定值，则温控器自动关闭或开启水流回路上的调节阀。

3）在毛细管上安装露点探测器，当房间湿度接近露点时，防结露温控器会自动切断该回路所在集分水器主管上的电动阀，启动防结露保护。

4）室内湿度控制由湿度控制器控制新风电动阀来实现。

5 结语

1）毛细管辐射加置换新风系统对建筑的保温性能较高，在采用此类系统时需考虑相关建筑围护结构是否满足要求。

2）地埋管换热器是地源热泵稳定运行的关键，在设计中需要考虑一定的余量。在后期施工过程中需要严格按照施工工艺标准执行。

3）毛细管系统对水质要求较高，需定期清理系统中的过滤装置，系统中尽量选择耐腐蚀阀门和管件。施工过程中需与装修紧密配合，避免后期在安装毛细管的地板或吊顶上钉钉或打洞。

4）毛细管席之间优先采用同程水系统，使毛细管席之间水力平衡，布水均匀，从而确保毛细管席换热均匀，换热效果好。

［1］王子介.温辐射供暖与辐射供冷［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］陆耀庆.实用供热手册［M］.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］GB 50366-2005（2009），地源热泵工程技术规范［S］.

［4］孟召贤，于跃进，周蓓.地源热泵和毛细管网辐射系统在别墅中联合应用的探讨［J］.制冷与空调，2009，23（5）：102-104.

［5］刘伟.浅谈地源热泵的应用［J］.山西建筑，2011，37（11）：116-117.

On design for ground source heat pum p air-conditioning w ith capillary column radiation system of some building sales office

WANG Hong-xia

（Nanjing Branch，the IT Electronics Eleventh Design and Research Institute，Nanjing 210012，China）

Taking some project as the example，the study sums up the design procedures for the ground source heat pump，the capillary column radiation and fresh air replacement system，andmainly introduces the design calculation for the ground heatexchanger，the allocation of the heat pump system and the control of the air-conditioning system，so as to provide some direction for similar projects in future.

ground source heat pump，capillary column radiation，the capillary column radiation system，fresh air replacement system

TU831.3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.102

1009-6825（2012）19-0138-03

2012-05-03

王红霞（1985-），女，硕士，助理工程师