六安市某行政楼地源热泵空调系统设计

刘　亮

(中国烟草总公司合肥设计院，安徽合肥　230051)

六安市某行政楼地源热泵空调系统设计

刘亮

(中国烟草总公司合肥设计院，安徽合肥230051)

摘要:结合实际工程，从建筑特点、建筑周围能源状况以及当地能源政策等方面，对该项目土壤源热泵系统的设计进行了详细说明，并提出了该项工程应采取的节能措施，以满足设计土壤源热泵系统节能、安全、高效运行的要求。

关键词:地源热泵系统，设计参数，水系统，风系统，自动控制

0　引言

随着经济的快速发展，能源消耗逐年增大。相关数据显示，在我国整个社会能耗中，建筑能耗约占30%，而建筑能耗中约40%～60%的能耗为空调系统所消耗［1］。传统的中央空调系统不但耗能，而且会排放出一定的有害气体污染环境。地源热泵空调系统凭借其节能、环保的特点，已经成为暖通空调领域备受关注的热门课题［2］。

文章通过对安徽省六安市某行政办公楼地源热泵空调系统方案的分析及设计，探讨了该地区地源热泵技术规模应用的可行性。

1　工程概况

该项目为六安市某行政办公楼，位于裕安区。建筑总面积为36 857 m2，建筑高度96.3 m。其中，地下1层，建筑面积5 010 m2;地上26层，建筑面积为31 847 m2。地下1层为复式停车、变电所、泵房、空调机房等;地上主要为大堂、多功能展示、会议、办公等。

2　空调设计参数

2.1室外设计参数

根据规范［3］查询六安市空调室外设计参数，如表1所示。

表1　六安市空调室外设计参数表

2.2室内设计参数

考虑房间功能及运行时间的不同，根据安徽省节能设计标准［4］及公共建筑节能设计标准［5］，空调室内设计参数见表2。

2.3空调负荷计算

空调负荷准确与否关系到系统运行后室内热湿环境参数是否满足设计要求。但即使计算准确，因室外参数随着时间呈现动态变化过程，建筑实际消耗的冷热负荷会随着室外参数的变化而发生变化。目前工程设计中，空调冷热源设备参数基本按负荷计算值的大小选型，没有考虑实际运行时建筑冷热负荷会发生变化，更谈不上考虑不同功能房间的同时使用系数。因此，项目设计初期对建筑及各功能区特点进行了详细分析，并与甲方相关专业人员进行了讨论，并结合手工计算、鸿业暖通负荷软件及天正暖通负荷软件，得到工程总冷热负荷，见表3。建筑热工参数见表4。使用DEST模拟的建筑全年动态负荷计算结果，见图1。

表2　空调室内设计参数表

表3　工程总冷热负荷

表4　建筑热工设计参数表　W/( m2·K)

图1　建筑全年动态负荷

3　冷热源系统设计

3.1冷源

根据负荷结果特性，设计选取2台螺杆式地源热泵机组，单机制冷量1 350 kW; 1台螺杆式冷水机组，单机制冷量900 kW。冷冻水供回水温度7℃/12℃，夏季优先运行单冷机组，有利于地下土壤热平衡，根据负荷增长开启地源热泵机组。热泵机组和水冷机组机房位于－1层，占地约300 m2。冷却系统采用开式机械循环超低噪声横流式冷却塔，位于裙房的屋顶，冷却水供回水温度32℃/37℃，制冷系统原理图见图2。

图2　供冷系统原理图

3.2热源

设计地埋管系统，需要足够的打井面积，建筑周围有一定的绿化和地上停车场面积。根据热响应测试报告，本项目采用垂直双U型地埋管系统，打井位置位于建筑周围绿化带及停车场位置。地表以下一定深度处土壤温度常年基本不变，就本项目来说约20℃，因此打井越深，有利于系统取热、放热，而且打井所需面积也减少，结合项目所在地地质状况，综合经济及系统承压要求，确定本项目打井深度100 m。

项目前期的热响应实验测得，系统冬季和夏季单位井深换热量分别为35 W/m2，50 W/m2，确定打井520口，钻孔口径150 mm，地埋管换热器采用DN32的PE管，公称压力1.6 MPa。规范［6］建议地埋管换热器间距为3 m～6 m，本项目设计地埋管间距4.5 m× 4.5 m，并采用同程式连接。

4　空调系统设计

4.1空调水系统

1)系统形式。空调负荷侧采用一级泵变频变流量系统，水泵整定变频( 100%～70%变频，＜70%定频)，采用一机对一泵并联方式，设一台备用泵;地源侧为一级泵定流量系统，采用一机对一泵并联方式，并设一台备用泵。

空调冷冻水系统同层采用同程式、立管采用异程式布置，系统定压、补水采用高位膨胀水箱，主干管和主分支管回水管处设静态平衡阀，以降低水系统不平衡率。空调机组、新风机组回水管处设置动态平衡电动两通调节阀，以实现系统的动态平衡。风机盘管亦设置动态平衡电动两通阀，实现末端变流量设计。

2)冷却水系统。采用超低噪声横流冷却塔提供供回水温度为32℃/37℃的冷却水，冷却塔开式机械循环，设置于裙房屋顶。

3)水处理系统。水处理设备用于对空调水系统的回水进行除垢、杀菌灭藻、除锈等处理。制冷机组冷凝器、蒸发器回水总管上分别设动态离子过滤水处理器。并且考虑到运行管理的方便，冷却水系统设智能在线清洗装置。

4.2空调风系统

1)大堂、展厅、办证、等候室均采用全空气一次回风系统。冬夏季节最小新风比运行，在春秋过渡季节，制冷机组不开启，仅打开空调机组风机按新风比70%运行。

2)大会议室、档案采用全空气一次回风系统，冬夏季节最小新风比运行，在春秋过渡季节，制冷机组不开启，仅打开空调机组风机按新风比70%运行，并设置排风系统联合运行。

3)办公室采用风机盘管+独立新风系统，风机盘管采用直流无刷电机，带回风箱;新风机组分设在新风机房，新风支管均设风量阀。

4)消防安保中心、物管用房、值班室等设置风冷式分体空调。

5　自动控制

5.1空调冷水系统

制冷机组冷却水、冷冻水出水管均设置电动开关及水流开关，冷却塔回水管设电动开关，以满足系统自动控制要求。制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔联锁运行。

5.2空调末端

1)风机盘管及吊顶式回风工况机组。室内冷负荷会随着室外空气温度的变化而变化。室内空调末端设具有三速开关的温度控制器实现温度控制。风机盘管风机具有低、中、高速三档调节，并且其回水管设置电动二通阀实现水流通、断，以维持室内设计参数。冬、夏工况设自动转换系统。

2)组合式空调机组及新风机组。组合式空调机组回风管设CO2浓度传感器，通过DDC控制新风、回风及排风管上电动风阀开度，以保证室内新风量调节及节约能源，过渡季节通过DDC控制器关闭回风管风阀，增大新风比运行。新风机组送风干管设温度传感器，经DDC控制器调节回水管电动阀开度，以保证室内设计参数稳定。

6　结语

随着经济的快速发展，能源需求迅速增长，由此带来的环境、气候等问题日益突出，工程中对具有节能、环保优势空调系统的需求越来越迫切，而地源热泵系统正是通过地下换热器与温度恒定在20℃的土壤换热，既节约了能源，又减少了污染气体和热排放，提升了环境品质。本项目设计为该地区地源热泵系统设计施工提供了一定参考。

参考文献:

［1］盛雪.公共建筑空调系统节能监测评估方法研究［D］.成都:西南交通大学，2014.

［2］刘欢.地埋管地源热泵系统综合性能的评价［D］.济南:山东建筑大学，2013.

［3］GB 50736—2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范［S］.

［4］DB 34/1467—2011，安徽省公共建筑节能设计标准［S］.

［5］GB 50189—2015，公共建筑节能设计标准［S］.

［6］GB 50366—2009，地源热泵系统工程技术规范［S］.

Design of ground-source heat pump system for a administration building in Lu’an

Liu Liang
( Hefei Design Institute of China National Tobacco Corporation，Hefei 230051，China)

Abstract:Combining with practical engineering，the design of system is analyzed in terms of architectural features，the energy situation around the building and the local energy policy project，it sets out a series of energy-saving measures in the design process to ensure that the system is secured，energy-efficient and efficient.

Key words:ground-source heat pump system，design parameter，water system，ventilation，automatic control

作者简介:刘亮(1982-)，男，工程师，注册公用设备工程师

收稿日期:2015-11-23

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0121-02

中图分类号:TU831

文献标识码:A