六安市某行政樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉　亮

(中國煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽合肥　230051)

六安市某行政樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉亮

(中國煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽合肥230051)

摘要:結(jié)合實(shí)際工程，從建筑特點(diǎn)、建筑周圍能源狀況以及當(dāng)?shù)啬茉凑叩确矫?，?duì)該項(xiàng)目土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說明，并提出了該項(xiàng)工程應(yīng)采取的節(jié)能措施，以滿足設(shè)計(jì)土壤源熱泵系統(tǒng)節(jié)能、安全、高效運(yùn)行的要求。

關(guān)鍵詞:地源熱泵系統(tǒng)，設(shè)計(jì)參數(shù)，水系統(tǒng)，風(fēng)系統(tǒng)，自動(dòng)控制

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗逐年增大。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在我國整個(gè)社會(huì)能耗中，建筑能耗約占30%，而建筑能耗中約40%～60%的能耗為空調(diào)系統(tǒng)所消耗［1］。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)不但耗能，而且會(huì)排放出一定的有害氣體污染環(huán)境。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)憑借其節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，已經(jīng)成為暖通空調(diào)領(lǐng)域備受關(guān)注的熱門課題［2］。

文章通過對(duì)安徽省六安市某行政辦公樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案的分析及設(shè)計(jì)，探討了該地區(qū)地源熱泵技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的可行性。

1　工程概況

該項(xiàng)目為六安市某行政辦公樓，位于裕安區(qū)。建筑總面積為36 857 m2，建筑高度96.3 m。其中，地下1層，建筑面積5 010 m2;地上26層，建筑面積為31 847 m2。地下1層為復(fù)式停車、變電所、泵房、空調(diào)機(jī)房等;地上主要為大堂、多功能展示、會(huì)議、辦公等。

2　空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1室外設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)規(guī)范［3］查詢六安市空調(diào)室外設(shè)計(jì)參數(shù)，如表1所示。

表1　六安市空調(diào)室外設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

考慮房間功能及運(yùn)行時(shí)間的不同，根據(jù)安徽省節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［4］及公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［5］，空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

2.3空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)負(fù)荷準(zhǔn)確與否關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行后室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求。但即使計(jì)算準(zhǔn)確，因室外參數(shù)隨著時(shí)間呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化過程，建筑實(shí)際消耗的冷熱負(fù)荷會(huì)隨著室外參數(shù)的變化而發(fā)生變化。目前工程設(shè)計(jì)中，空調(diào)冷熱源設(shè)備參數(shù)基本按負(fù)荷計(jì)算值的大小選型，沒有考慮實(shí)際運(yùn)行時(shí)建筑冷熱負(fù)荷會(huì)發(fā)生變化，更談不上考慮不同功能房間的同時(shí)使用系數(shù)。因此，項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期對(duì)建筑及各功能區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與甲方相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行了討論，并結(jié)合手工計(jì)算、鴻業(yè)暖通負(fù)荷軟件及天正暖通負(fù)荷軟件，得到工程總冷熱負(fù)荷，見表3。建筑熱工參數(shù)見表4。使用DEST模擬的建筑全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，見圖1。

表2　空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)表

表3　工程總冷熱負(fù)荷

表4　建筑熱工設(shè)計(jì)參數(shù)表　W/( m2·K)

圖1　建筑全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷

3　冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1冷源

根據(jù)負(fù)荷結(jié)果特性，設(shè)計(jì)選取2臺(tái)螺桿式地源熱泵機(jī)組，單機(jī)制冷量1 350 kW; 1臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，單機(jī)制冷量900 kW。冷凍水供回水溫度7℃/12℃，夏季優(yōu)先運(yùn)行單冷機(jī)組，有利于地下土壤熱平衡，根據(jù)負(fù)荷增長(zhǎng)開啟地源熱泵機(jī)組。熱泵機(jī)組和水冷機(jī)組機(jī)房位于－1層，占地約300 m2。冷卻系統(tǒng)采用開式機(jī)械循環(huán)超低噪聲橫流式冷卻塔，位于裙房的屋頂，冷卻水供回水溫度32℃/37℃，制冷系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2　供冷系統(tǒng)原理圖

3.2熱源

設(shè)計(jì)地埋管系統(tǒng)，需要足夠的打井面積，建筑周圍有一定的綠化和地上停車場(chǎng)面積。根據(jù)熱響應(yīng)測(cè)試報(bào)告，本項(xiàng)目采用垂直雙U型地埋管系統(tǒng)，打井位置位于建筑周圍綠化帶及停車場(chǎng)位置。地表以下一定深度處土壤溫度常年基本不變，就本項(xiàng)目來說約20℃，因此打井越深，有利于系統(tǒng)取熱、放熱，而且打井所需面積也減少，結(jié)合項(xiàng)目所在地地質(zhì)狀況，綜合經(jīng)濟(jì)及系統(tǒng)承壓要求，確定本項(xiàng)目打井深度100 m。

項(xiàng)目前期的熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，系統(tǒng)冬季和夏季單位井深換熱量分別為35 W/m2，50 W/m2，確定打井520口，鉆孔口徑150 mm，地埋管換熱器采用DN32的PE管，公稱壓力1.6 MPa。規(guī)范［6］建議地埋管換熱器間距為3 m～6 m，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)地埋管間距4.5 m× 4.5 m，并采用同程式連接。

4　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1空調(diào)水系統(tǒng)

1)系統(tǒng)形式?？照{(diào)負(fù)荷側(cè)采用一級(jí)泵變頻變流量系統(tǒng)，水泵整定變頻( 100%～70%變頻，＜70%定頻)，采用一機(jī)對(duì)一泵并聯(lián)方式，設(shè)一臺(tái)備用泵;地源側(cè)為一級(jí)泵定流量系統(tǒng)，采用一機(jī)對(duì)一泵并聯(lián)方式，并設(shè)一臺(tái)備用泵。

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)同層采用同程式、立管采用異程式布置，系統(tǒng)定壓、補(bǔ)水采用高位膨脹水箱，主干管和主分支管回水管處設(shè)靜態(tài)平衡閥，以降低水系統(tǒng)不平衡率?？照{(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組回水管處設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。風(fēng)機(jī)盤管亦設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)兩通閥，實(shí)現(xiàn)末端變流量設(shè)計(jì)。

2)冷卻水系統(tǒng)。采用超低噪聲橫流冷卻塔提供供回水溫度為32℃/37℃的冷卻水，冷卻塔開式機(jī)械循環(huán)，設(shè)置于裙房屋頂。

3)水處理系統(tǒng)。水處理設(shè)備用于對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)的回水進(jìn)行除垢、殺菌滅藻、除銹等處理。制冷機(jī)組冷凝器、蒸發(fā)器回水總管上分別設(shè)動(dòng)態(tài)離子過濾水處理器。并且考慮到運(yùn)行管理的方便，冷卻水系統(tǒng)設(shè)智能在線清洗裝置。

4.2空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

1)大堂、展廳、辦證、等候室均采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)。冬夏季節(jié)最小新風(fēng)比運(yùn)行，在春秋過渡季節(jié)，制冷機(jī)組不開啟，僅打開空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)按新風(fēng)比70%運(yùn)行。

2)大會(huì)議室、檔案采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)，冬夏季節(jié)最小新風(fēng)比運(yùn)行，在春秋過渡季節(jié)，制冷機(jī)組不開啟，僅打開空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)按新風(fēng)比70%運(yùn)行，并設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行。

3)辦公室采用風(fēng)機(jī)盤管+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管采用直流無刷電機(jī)，帶回風(fēng)箱;新風(fēng)機(jī)組分設(shè)在新風(fēng)機(jī)房，新風(fēng)支管均設(shè)風(fēng)量閥。

4)消防安保中心、物管用房、值班室等設(shè)置風(fēng)冷式分體空調(diào)。

5　自動(dòng)控制

5.1空調(diào)冷水系統(tǒng)

制冷機(jī)組冷卻水、冷凍水出水管均設(shè)置電動(dòng)開關(guān)及水流開關(guān)，冷卻塔回水管設(shè)電動(dòng)開關(guān)，以滿足系統(tǒng)自動(dòng)控制要求。制冷機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔聯(lián)鎖運(yùn)行。

5.2空調(diào)末端

1)風(fēng)機(jī)盤管及吊頂式回風(fēng)工況機(jī)組。室內(nèi)冷負(fù)荷會(huì)隨著室外空氣溫度的變化而變化。室內(nèi)空調(diào)末端設(shè)具有三速開關(guān)的溫度控制器實(shí)現(xiàn)溫度控制。風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)機(jī)具有低、中、高速三檔調(diào)節(jié)，并且其回水管設(shè)置電動(dòng)二通閥實(shí)現(xiàn)水流通、斷，以維持室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)。冬、夏工況設(shè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

2)組合式空調(diào)機(jī)組及新風(fēng)機(jī)組。組合式空調(diào)機(jī)組回風(fēng)管設(shè)CO2濃度傳感器，通過DDC控制新風(fēng)、回風(fēng)及排風(fēng)管上電動(dòng)風(fēng)閥開度，以保證室內(nèi)新風(fēng)量調(diào)節(jié)及節(jié)約能源，過渡季節(jié)通過DDC控制器關(guān)閉回風(fēng)管風(fēng)閥，增大新風(fēng)比運(yùn)行。新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)干管設(shè)溫度傳感器，經(jīng)DDC控制器調(diào)節(jié)回水管電動(dòng)閥開度，以保證室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)穩(wěn)定。

6　結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求迅速增長(zhǎng)，由此帶來的環(huán)境、氣候等問題日益突出，工程中對(duì)具有節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)空調(diào)系統(tǒng)的需求越來越迫切，而地源熱泵系統(tǒng)正是通過地下?lián)Q熱器與溫度恒定在20℃的土壤換熱，既節(jié)約了能源，又減少了污染氣體和熱排放，提升了環(huán)境品質(zhì)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為該地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工提供了一定參考。

參考文獻(xiàn):

［1］盛雪.公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)估方法研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2014.

［2］劉歡.地埋管地源熱泵系統(tǒng)綜合性能的評(píng)價(jià)［D］.濟(jì)南:山東建筑大學(xué)，2013.

［3］GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］DB 34/1467—2011，安徽省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］GB 50189—2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［6］GB 50366—2009，地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)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

作者簡(jiǎn)介:劉亮(1982-)，男，工程師，注冊(cè)公用設(shè)備工程師

收稿日期:2015-11-23

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0121-02

中圖分類號(hào):TU831

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A