某合院别墅建筑土壤源热泵供冷、供热、供生活热水系统机房设计

蒋丽娜，姚德华，郭丽双，李猛，李先志

（1.中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601；2.中机意园工程科技股份有限公司，合肥 230601；3.华东建筑设计研究院有限公司,安徽分公司,合肥 230000）

1 引言

根据GB50366—2005 《地源热泵系统工程技术规范》（2009 年版）[1]，地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。地埋管换热系统又称为土壤热交换系统，是传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。

土壤源热泵供热空调系统是一种利用可再生能源的高效节能、环保型系统。地源水通过土壤热交换器（亦称为地埋管换热器）与土壤进行换热，地源水进入水源热泵机组，水源热泵机组消耗少量的电能，在冬天将土壤中的低品质能量 “汲取”出来，经管网供给室内采暖系统、生活热水系统；在夏天将室内的热量带走，并释放到土壤中，给室内制冷并通过全热回收制取生活热水；在过渡季节将土壤中的低品质能量“汲取”出来，经管网供给室内生活热水系统。

合院别墅建筑是一种现代院式住宅建筑，也称为中式别墅，常见的合院别墅建筑是多以四联、六联或者多联的别墅建筑形式为一体排布，形成围合或者半围的公共交流空间的院落。

本文以某合院别墅建筑项目为例，介绍一种土壤源热泵供冷、供热、供生活热水系统设计方式，对其所采用的机房的设计原则和设计方法进行具体介绍。

2 项目概况

本项目位于安徽省淮北市，合院别墅建筑北区地上建筑面积为14 684.57 m2，南区地上建筑面积为19 612.88 m2，系统冷热源采用土壤源热泵系统，同时为室内供冷、供热、供生活水。

3 合院别墅建筑土壤源热泵供冷、供热、供生活热水系统设计

系统流程图如图1 所示。流程图内主要设备或管路名称如下：①土壤热交换器（宜称为地埋管换热器）；②地源冷热水回水管；③地源冷热水泵；④水源热泵机组；⑤地源冷热水供水管；⑥空调冷热水回水管；⑦地暖回水管；⑧集水器；⑨空调冷热水泵；⑩空调冷热水供水管；11○地暖供水管；12○分水器；13○压差旁通调节阀；14○热水蓄热水箱；15○水力模块；16○生活热水加热循环回水管；17○生活热水泵；18○生活热水加热循环供水管；19○生活热水回水泵；20○生活热水回水管；21○生活热水供水管；22○自来水管；23○水表；24○防污隔断器；25○储水箱；26○补水泵；27○定压膨胀罐；28○膨胀管；29○自来水管。

图1 系统流程图

系统流程图内共包含5 个主要水系统环路。

1）地源冷热水循环环路：由①～⑤组成。土壤热交换器（宜称为地埋管换热器）①内回水，经过地源冷热水回水管②进入地源冷热水泵③，由水源热泵机组④加热或冷却后，经过地源冷热水供水管⑤返回土壤热交换器（宜称为地埋管换热器）①内，完成一个循环。夏季：地源水设计供回水温度30 ℃/35 ℃，冬季：地源水设计供回水温度10 ℃/5 ℃。

2）空调或地暖冷热水循环环路：由④、⑥～13○组成。室内空调系统、地暖系统的回水经过空调冷热水回水管⑥、地暖回水管⑦、集水器⑧，进入空调冷热水泵⑨，由水源热泵机组④冷却或加热后，经过分水器12○、空调冷热水供水管⑩、地暖供水管11○返回空调系统、地暖系统，完成一个循环。集水器⑧、分水器12○之间设置压差旁通调节阀13○，根据供回水压差自动控制调节阀的开度。夏季：空调水设计供回水温度7 ℃/12 ℃，冬季：空调水（地暖水）设计供回水温度45 ℃/40 ℃。

3）生活热水加热循环环路：由④、14○、16○～18○组成。热水蓄热水箱14○内回水经过生活热水加热循环回水管16○，进入生活热水泵17○，由水源热泵机组④加热后，经过生活热水加热循环供水管18○，返回热水蓄热水箱14○内，完成一个循环。蓄热水箱内生活热水温度设置为55 ℃。

4）生活热水供回水循环环路：由14○、19○～21○组成。热水蓄热水箱14○内生活热水，经过生活热水供水管21○送至各生活热水用户，生活热水系统内一部分回水经过生活热水回水管20○，进入生活热水回水泵19○，返回热水蓄热水箱14○，以维持生活热水系统管道内的水温。生活热水供水温度为55 ℃。

5）补水系统管路：由22○～29○组成。来自室外自来水管网的自来水经过自来水管29○、水表23○、防污隔断器24○后，一个支管进入储水箱25○，经过补水泵26○进入定压膨胀罐27○，由膨胀管28○为地源冷热水循环环路、空调或地暖冷热水循环环路定压补水；另一个支管经过29○为生活热水系统补水。

4 合院别墅建筑土壤源热泵供冷、供热、供生活热水系统机房设计

4.1 机房布置

机房平面布置图、剖面图，如图2 和图3 所示。

图2 机房平面布置图（单位：mm）

图3 机房A-A剖面图（单位：mm）

4.2 机房布置原则及注意事项

参考《实用供热空调设计手册》[2]，另根据工程设计经验，机房布置原则及注意事项如下。

1）各设备布置的位置、顺序，需综合考虑各水系统环路与机房外管路的接管方位，设备与管道应就近连接，尽量避免管道的交叉往复，节省管材的同时，可保持机房内布置整齐、美观、系统清晰。

2）机房内如管道较少，主管道可设置两个标高，局部3 个标高，由于设备均在地面混凝土基础上安装，管道标高越低，越节省管材，但需综合考虑机房整体效果。

3）民用项目尤其房地产项目，更为注重节省机房占地面积，设备之间考虑检修空间的同时应尽量紧凑布置，需注意设备需根据设备选型，按设备实际尺寸绘制。

4）本项目地源冷热水泵、空调冷热水泵、生活热水泵集中布置于水力模块内，各环路水管可直接连接水力模块对应的供回水管，各水泵对应的阀门、仪表均设置于水利模块内，系统较为简洁。

5）电缆桥架应设置于梁下，各水管系统的上方，同时各水管系统应避免设置于水源热泵机组、水泵等设备正上方，尽量减少水管喷溅、滴水等，对电缆桥架、用电设备产生不利影响。

6）设备运行重量、混凝土基础、排水沟、穿墙套管等需要对建筑、结构专业提资，尤其是当设备较重，且不是设置于建筑物最底层时，结构专业需更加谨慎，复核设备荷载，对于改造项目或预留机房的项目，如果设备荷载超过原结构设计范围，需结构专业考虑加固措施。

7）自来水的用水压力、用水量应向给排水专业提出对应的要求；机房外生活热水供水管、生活热水回水管的管径、位置、标高等需要与给排水专业对接，以保证满足生活热水用水效果。

5 结语

土壤源热泵系统环保效益显著，高效节能，运行稳定可靠，一机多用，应用范围广，投资运行费用低，是一种城市中非常难得的可再生性清洁能源，有着广阔的应用前景。

本项目将土壤源热泵系统应用于合院别墅的供冷、供热、供生活热水系统，与传统冷热源系统相比较，更加符合我国推动能源转型变革、绿色低碳发展的目标，更有利于节能减排、改善环境。

本项目已申请实用新型专利 《一种合院建筑土壤源热泵机房供水集成系统》，授权公告日：2021 年04 月20 日，授权公告号CN 213020066 U。