地源熱泵系統(tǒng)學(xué)校類建筑應(yīng)用的冷熱源規(guī)劃探討

朱煒亮

(常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇常州　213002)

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地源熱泵系統(tǒng)學(xué)校類建筑應(yīng)用的冷熱源規(guī)劃探討

朱煒亮

(常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇常州213002)

摘要:從某學(xué)校的建筑特點(diǎn)、功能特性、使用時(shí)間的交錯(cuò)現(xiàn)象等方面，分析了學(xué)校的建筑負(fù)荷特性，通過(guò)對(duì)各冷熱源方案的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性比較，確定了地源熱泵系統(tǒng)的冷熱源方式，既節(jié)約了工程造價(jià)，又取得了較好的保溫保冷效果。

關(guān)鍵詞:學(xué)校，地源熱泵，空調(diào)系統(tǒng)，負(fù)荷系數(shù)

0　引言

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的消耗特別是建筑能耗急劇上升。目前，探索具有高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)。利用淺層地?zé)崮茏鳛槔錈嵩催M(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的地源熱泵系統(tǒng)得到了廣泛的認(rèn)可。本文利用江蘇常州建設(shè)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校的案例分析，介紹地源熱泵系統(tǒng)的冷熱源在學(xué)校類建筑中的應(yīng)用。

1　負(fù)荷分析

學(xué)校類建筑進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)冷熱源配置時(shí)，應(yīng)充分考慮學(xué)校類建筑的使用功能劃分。該校區(qū)建筑中包含有宿舍、食堂、圖書(shū)館、教學(xué)樓、行政樓等多種類型，應(yīng)充分分析各類建筑使用特點(diǎn)，綜合規(guī)劃學(xué)校類建筑冷熱源。

例如表1列舉的各功能建筑的使用時(shí)間和使用特點(diǎn)分析。

學(xué)校類建筑中各功能性建筑的使用率不高，使用時(shí)間相互交錯(cuò)，暑假和寒假階段學(xué)校大部分建筑處于停止使用狀態(tài)。因此在進(jìn)行冷熱源規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮以下特點(diǎn)。

表1　各建筑功能使用時(shí)間及特點(diǎn)

1)冷熱源計(jì)算需按照使用時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃(不需要全部采用常規(guī)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算)。2)食堂使用時(shí)間較短，宿舍區(qū)使用時(shí)間與其他建筑均錯(cuò)開(kāi)，空調(diào)設(shè)計(jì)中做錯(cuò)峰使用考慮。3)學(xué)校類建筑應(yīng)充分考慮熱水需求，在進(jìn)行冷熱源配置時(shí)，重點(diǎn)考慮生產(chǎn)熱水的效率。4)圖書(shū)館運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，但在圖書(shū)館負(fù)荷計(jì)算時(shí)，充分考慮各區(qū)域的冷熱需求。例如圖書(shū)區(qū)域的溫度要求可降低，閱覽區(qū)域的溫度為正常溫度。5)教學(xué)樓在夏季和冬季的負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮到不同時(shí)使用系數(shù)和寒暑假不使用的情況，并且末端具有靈活控制功能。

通過(guò)以上分析可看出，在進(jìn)行學(xué)校類建筑能源規(guī)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮負(fù)荷計(jì)算的錯(cuò)峰、熱水的需求、空調(diào)的運(yùn)行與停用等。

2　工程實(shí)例分析

本項(xiàng)目為常州建設(shè)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校新校區(qū)地源熱泵系統(tǒng)工程，冷熱源機(jī)房空調(diào)供能區(qū)域包括圖書(shū)館、行政樓、創(chuàng)意樓、食堂和教育技術(shù)中心教學(xué)樓及學(xué)生宿舍，總空調(diào)建筑面積137 792 m2，其中食堂建筑面積14 670 m2，學(xué)生宿舍建筑面積73 000 m2，冬夏季空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如下:夏季平均空調(diào)逐時(shí)總冷負(fù)荷: 75 113．9 kWh;冬季平均空調(diào)逐時(shí)總熱負(fù)荷:55 873．3 kWh。

1)根據(jù)本項(xiàng)目的空調(diào)冷熱負(fù)荷，如下公式計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)冬夏季換熱量:Q'=Q×(1+)×η×d=75 113．9×(1+)×111170%×90=5 592 571 kWh。Q'=Q×(1-)×η×d=222255 873．3×(1-)×90%×60=2 346 678 kWh。其中，Q'為空1調(diào)系統(tǒng)夏季須向外界排放的熱量，kWh;Q1為夏季最熱月份空調(diào)運(yùn)行日平均總冷負(fù)荷，75 113．9 kWh;Q2'為冬季從土壤吸收的熱量，kWh;Q2為冬季最冷月份空調(diào)運(yùn)行日平均總熱負(fù)荷，55 873．3 kWh; COP1為熱源熱泵機(jī)組夏季制冷，平均實(shí)際運(yùn)行能效比，5．0;COP2為熱源熱泵機(jī)組冬季制熱，平均實(shí)際運(yùn)行能效比，4．5;η1為夏季空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行平均負(fù)荷系數(shù)，70%;η2為冬季空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行平均負(fù)荷系數(shù)，90%;d1為夏季空調(diào)年平均運(yùn)行天數(shù)，90 d;d2為冬季空調(diào)年平均運(yùn)行天數(shù)，60 d。

對(duì)于學(xué)校尤其中學(xué)來(lái)說(shuō)，各建筑的使用時(shí)間交錯(cuò)性非常明顯。教學(xué)區(qū)建筑如教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書(shū)科技樓、藝術(shù)樓等使用時(shí)間基本一致，均為白天使用，宿舍樓的使用時(shí)間正好和教學(xué)區(qū)建筑的使用時(shí)間形成互補(bǔ)，錯(cuò)時(shí)運(yùn)行，食堂的使用時(shí)間僅為間斷性的就餐時(shí)間，該校區(qū)采用區(qū)域性的冷熱源，因此空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)中做錯(cuò)峰使用考慮。設(shè)計(jì)選用螺桿式地源熱泵機(jī)組共4臺(tái)，1臺(tái)額定制冷量1 876 kW、額定制熱量為1 794 kW，另外3臺(tái)每臺(tái)額定制冷量為1 162 kW、額定制熱量為1 109 kW，其中1臺(tái)參數(shù)額定制冷量為1 162 kW、額定制熱量1 109 kW的為全熱回收機(jī)組，利用晚間低谷時(shí)段制衛(wèi)生熱水，另設(shè)一冷卻塔在滿負(fù)荷或平衡系統(tǒng)散熱時(shí)開(kāi)啟，4臺(tái)主機(jī)全部采用滿液式機(jī)組，冷媒采用R134a冷媒，均須達(dá)到一級(jí)能效要求。本項(xiàng)目按照冬季熱負(fù)荷確定打井?dāng)?shù)目，采用冷卻塔、全熱回收主機(jī)作為夏季空調(diào)輔助冷源，這樣既減少了打井面積，節(jié)省初投資，又實(shí)現(xiàn)了地埋管換熱系統(tǒng)的熱平衡。

4)地源熱泵系統(tǒng)的最終配置見(jiàn)表2。

表2　地源熱泵系統(tǒng)的配置

3　結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)分析，學(xué)校類建筑的冷熱負(fù)荷在進(jìn)行規(guī)劃后，總體負(fù)荷大大降低，大約降低20%。2)通過(guò)優(yōu)化地源熱泵系統(tǒng)配置，保證了地下熱平衡，并能夠充分利用地下余熱作為學(xué)校熱水的補(bǔ)充?？傮w來(lái)說(shuō)，學(xué)校建筑功能多樣，不同功用的建筑使用時(shí)間也不一樣且存在明顯的錯(cuò)峰現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇區(qū)域性的冷熱源，這樣不僅能減少裝機(jī)容量，提高機(jī)組運(yùn)行效率，而且也大大減少了設(shè)備初投資及運(yùn)行管理費(fèi)用。同時(shí)，采用區(qū)域集中供冷(暖)、熱水的形式，一個(gè)地源熱泵機(jī)房提供校區(qū)各樓中央空調(diào)冷熱源及所有學(xué)生宿舍生活熱水，地源熱泵機(jī)房至各空調(diào)建筑的冷熱水管采用直埋保溫管道，不設(shè)管溝，在節(jié)約造價(jià)的同時(shí)獲得比較好的保溫保冷效果。

參考文獻(xiàn):

［1］陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．第2版．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

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［4］王芳．地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］．區(qū)域供熱，2014(2):98-99．

［5］劉峰，刁乃仁，李智勇，等．北方地區(qū)某中學(xué)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2014，33(5):162-163．

Discussion on heat and cold source planning applied in ground source heat pump system school class building

Zhu Weiliang
(Changzhou Planning and Design Institute，Changzhou 213002，China)

Abstract:From the architecture characteristics，functional characteristics，use time staggered phenomenon and other aspects of a school，this paper analyzed the school building load characteristics，through the technical and economical comparison of all kinds of cold and heat source schemes，determined the cold and heat source ways of ground source heat pump system，saved the engineering cost，also achieved better thermal insulation and cold insulation effect．

Key words:school，ground source heat pump，air conditioning system，load factor

作者簡(jiǎn)介:朱煒亮(1981-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-22

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0138-02

中圖分類號(hào):TU833

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A