上海某住宅小區(qū)多功能空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅民

上海思納建筑設(shè)計(jì)有限公司

1 小區(qū)建筑概況

本住宅小區(qū)位于上海市閘北區(qū)，緊鄰大寧商業(yè)中心和大寧綠地中心，為新建的全裝飾房住宅小區(qū)。規(guī)劃用地面積51250m2，總建筑面積141693m2，其中包含9幢高層和4幢多層住宅建筑，總建筑面積97040m2。應(yīng)開發(fā)商要求設(shè)計(jì)了A～F，6類共26種戶型，套內(nèi)建筑面積從55.5m2到249.5m2不等。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

1）主要室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)[1]：夏季空調(diào)計(jì)算干球溫度34℃，空調(diào)計(jì)算濕球溫度28.2℃；冬季采暖計(jì)算干球溫度-2℃，室外計(jì)算相對濕度75%。

2）室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)[2]：起居室和臥式的夏季空調(diào)計(jì)算溫度為26℃；冬季采暖（地暖）計(jì)算溫度為18℃；無機(jī)械通風(fēng)設(shè)備，靠住戶開窗自然通風(fēng)；換氣次數(shù)（新風(fēng)量）取為1次/h并以此計(jì)入冷、熱負(fù)荷。

3）開發(fā)商提出的補(bǔ)充設(shè)計(jì)要求：在施工圖設(shè)計(jì)階段開發(fā)商提出，在9幢高層住宅中的5～7號樓，C1戶型；8號樓，D1～D4戶型以及4幢多層住宅9～12號樓，F(xiàn)1～F9戶型均采用某一品牌的多功能空氣源熱泵機(jī)組（表1）。每戶獨(dú)立設(shè)置。

表1多功能空氣源熱泵機(jī)組的功能注：冬季除表中所示功能外，還可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)供暖＋地板輻射采暖和單一地板輻射采暖另外兩種工況。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)冷負(fù)荷及采暖熱負(fù)荷的計(jì)算

選取C1和F7戶型，利用負(fù)荷計(jì)算軟件，對夏季空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行了逐時(shí)計(jì)算。另外，按民用住宅用戶一直以來使用空調(diào)的習(xí)慣，即“人到哪里就開哪里的空調(diào)”。因此，在計(jì)算某個(gè)房間的負(fù)荷時(shí)，計(jì)入了其室間的傳熱量，但不計(jì)入該戶的總負(fù)荷中。該空調(diào)系統(tǒng)是每戶獨(dú)立設(shè)置的，即每戶一臺室外機(jī)，因此，每戶的總負(fù)荷也計(jì)入了戶間傳熱量。最后將負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果匯總列于表2。

表2C1和F7戶型的冷、熱負(fù)荷

3.2 空調(diào)的平面布置

每個(gè)相對獨(dú)立的房間（空間）設(shè)置一臺室內(nèi)機(jī)。為配合室內(nèi)裝飾，室內(nèi)機(jī)均采用臥式暗裝型。氣流組織均為天花上側(cè)送風(fēng)、頂回風(fēng)的送回風(fēng)方式?？紤]到衛(wèi)生要求和廚房油煙的情況，在衛(wèi)生間和廚房間均設(shè)置機(jī)械通風(fēng)機(jī)和脫排油煙機(jī)，但并未設(shè)置空調(diào)室內(nèi)機(jī)。C1戶型的空調(diào)平面布置見圖1。

圖1 C1戶型的空調(diào)平面布置

4 地板輻射采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

除了廚房和一些儲藏和輔助間以外，每個(gè)相對獨(dú)立的房間（空間）均設(shè)置一個(gè)地埋盤管的環(huán)路，其供回水管均連接至一套分水、集水器上。系統(tǒng)的供、回水設(shè)計(jì)溫度為50/45℃。每個(gè)環(huán)路都設(shè)有溫控閥。各環(huán)路管長65～110m不等。環(huán)路之間的水力平衡靠安裝于分水、集水器上的閥門調(diào)節(jié)。系統(tǒng)為閉式環(huán)路，其密閉式膨脹水箱、循環(huán)水泵及自動補(bǔ)水裝置與冷劑-水熱交換器組裝于一體，詳見圖2[3]。

圖2 地板輻射采暖系統(tǒng)和生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)的接管

套內(nèi)除廚房和陽臺外，其它各個(gè)房間地板內(nèi)均埋設(shè)有專用塑料供暖管。每一房間的供暖管構(gòu)成獨(dú)立的單一環(huán)路，并聯(lián)于分水器和集水器之間。分水器和集水器及調(diào)節(jié)閥作為系統(tǒng)中的一個(gè)組裝部件安裝于衛(wèi)生間的臺盆下方。地板埋管的平面布置見圖3。

圖3 C1戶型地板采暖的水管平面圖

5 熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

每戶設(shè)置一至二臺立式容積式蓄熱水箱。蓄熱水箱內(nèi)裝有主加熱器。其熱源與地板采暖熱源均共同來自冷劑-水熱交換器。兩者之間通過三通轉(zhuǎn)換閥（見圖2）相連。三通轉(zhuǎn)換閥的作用在于實(shí)現(xiàn)地板采暖和熱水供熱兩個(gè)工況的轉(zhuǎn)換。由此可見，系統(tǒng)只能在地板采暖或者熱水供應(yīng)兩者之間任選，不可兩者同時(shí)使用。熱水供應(yīng)水箱的設(shè)計(jì)出水溫度為55～60℃，水箱內(nèi)另外加裝有3kW的輔助電加熱器，以備加熱溫度或者容量可能的不足之需。

6 主要設(shè)備的選型

6.1 空調(diào)室內(nèi)機(jī)

室內(nèi)機(jī)的容量一律按房間的夏季供冷計(jì)算負(fù)荷選型確定。

6.2 空調(diào)室外機(jī)

1）根據(jù)技術(shù)資料要求，空調(diào)室外機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)整套住房的空調(diào)總冷負(fù)荷和采暖總熱負(fù)荷的比較結(jié)果，取其中大值確定并選型。

2）對于冬季運(yùn)行工況，應(yīng)適當(dāng)考慮室外溫度及機(jī)組化霜對制熱量的影響。不過，在所用品牌機(jī)型的技術(shù)資料中已對此進(jìn)行了修正。

3）在制冷劑接管總長度和室內(nèi)、外機(jī)安裝高差異常情況下，需按相應(yīng)技術(shù)資料對機(jī)組額定容量進(jìn)行必要的修正。

4）在室內(nèi)機(jī)總?cè)萘颗c室外機(jī)容量配比超出100%的情況下，需對室外機(jī)額定制冷/制熱量進(jìn)行修正。

6.3 冷劑-水熱交換器及蓄熱水箱

1）如圖2所示，該換熱器承擔(dān)著地板采暖系統(tǒng)和熱水供應(yīng)蓄熱水箱兩個(gè)系統(tǒng)的加熱，但是，地板采暖系統(tǒng)與蓄熱水箱加熱兩者工況和功能，在一個(gè)時(shí)間里卻只能是擇一而為，不能同時(shí)進(jìn)行。考慮到地板采暖與蓄熱水箱加熱兩者都可能結(jié)合機(jī)組完全獨(dú)立運(yùn)行，此時(shí)，機(jī)組的制熱量有可能會全部作用于換熱器，所以，冷劑-水換熱器的容量確定，當(dāng)以機(jī)組冬季工況下額定制熱量為依據(jù)。

2）熱水供應(yīng)熱負(fù)荷按GB50015-2003《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2009年版）[4]中的相關(guān)條文規(guī)定和數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3熱水供應(yīng)負(fù)荷

3）蓄熱水箱容量的確定

蓄熱水箱的容量同時(shí)涉及兩個(gè)量值：一個(gè)是水量；另一個(gè)是熱量。與蓄水量直接關(guān)聯(lián)的是水箱容積，水箱容積可按用戶一天的熱水用水定額，通過簡單的計(jì)算獲得。

根據(jù)上述各項(xiàng)主要設(shè)備的選型計(jì)算原則進(jìn)行的計(jì)算結(jié)果作出的試算選型匯總于表4。

表4主要設(shè)備選型表

7 節(jié)能效果分析

1）以C1和F7房型為例，在冬季時(shí)采用多功能空氣源熱泵機(jī)組與燃?xì)鉄嵩礋崴骷半姛釤崴魅N不同方式的每小時(shí)能耗和費(fèi)用見表5。

2）該系統(tǒng)在夏季制冷工況下運(yùn)行時(shí)，其生活熱水加熱的能耗理論值為零，因?yàn)檫@部分熱量完全來自于制冷系統(tǒng)冷凝熱的廢熱回收，不需消耗一次或二次能源。

綜上所述，該多功能空氣源熱泵機(jī)組系統(tǒng)節(jié)能和節(jié)省費(fèi)用的效果是顯而易見的。如果以上述的裝機(jī)容量，按上海地區(qū)供暖期為90天平均每天運(yùn)行12小時(shí)估算，可節(jié)約電能453×104kWh，相當(dāng)于每年可節(jié)約標(biāo)煤約1590t（僅為采暖期的采暖和熱水供應(yīng)能耗比較）。但是由于住宅使用時(shí)間的隨機(jī)性，其實(shí)際的節(jié)能數(shù)據(jù)肯定有所不同。

注：①天然氣熱值為35700kJ/m3；②多功能空氣源熱整個(gè)冬季的平均綜合能效比為3.5；③上海居民天然氣價(jià)格為2.5元/m3；電價(jià)為晝夜平均電價(jià)0.5/kW.h。④實(shí)際情況可能會隨氣象條件的變化與上述試算值有差異。

8 工程設(shè)計(jì)總結(jié)

從分析可以看出，這類機(jī)組的節(jié)能效果是十分明顯的，但是只有在連續(xù)不斷使用條件下，其性能才能得到最佳發(fā)揮，如果一天之中只有少數(shù)幾個(gè)小時(shí)開機(jī)，是很難滿足使用要求的。供應(yīng)商技術(shù)部門為了在使用的效果和節(jié)能之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，在設(shè)計(jì)選定的機(jī)型上放大了一檔。這也就是上述試配機(jī)型與最終選定機(jī)型不一致的原因。

本工程在2012年底土建及室內(nèi)裝飾工程基本竣工，2013年3月底設(shè)備安裝完畢并調(diào)試結(jié)束，交付使用。按室外主機(jī)的臺數(shù)來計(jì)算，共安裝252套多功能空氣源熱泵機(jī)組，總裝機(jī)空調(diào)制冷量4696.8kW，制熱量為5339kW；用電量裝機(jī)容量為1145.86kW（此用電量不含輔助加熱和循環(huán)水泵的用電量）。該住宅小區(qū)項(xiàng)目已申報(bào)上海市建筑節(jié)能示范項(xiàng)目和住建部A級住宅項(xiàng)目，并已獲專家評審?fù)ㄟ^。

[1] 采暖通風(fēng)空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50019-2003)[S]

[2] 夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ134-2010)[S]

[3] 地板輻射供暖技術(shù)規(guī)程(JGJ142-2004)[S]

[4] 建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2009年版)(GB50015-2003)[S]