北京市别墅土壤源热泵空调系统设计.docx

北京市某别墅土壤源热泵空调系统设计来源：全国地源热泵网日期：2023-11-29点击：次张敏1，姚杨2（1．浙江大学建筑设计研究院，杭州310027；2．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨150090)[摘要]本文重要介绍了北京某别墅土壤源热泵空调系统的设计及特点，并初步分析了该系统的运营能耗情况。[关键词]土壤源热泵；毛细管席1引言土壤源热泵系统使用的是可再生地热能，故其被称为21世纪一项最具有发展前程、具有节能和环保意义的制冷空调技术。土壤源热泵系统具有节省传统空调中热源部分的投资、节省空调系统维护费用、环境效益显著等优点。2工程概况该工程为北京某住宅社区一期工程B型别墅，总建筑面积为495.08㎡，地下1层、地上2层，建筑高度为8.05m。建筑室内总冷负荷为7.34kW，总热负荷为11.1kW。3空调系统设计3.1空调系统组成空调系统由冷热源系统、室内辐射末端系统和独立除湿新风系统组成。1）冷热源系统：土壤热泵系统（涉及土壤热泵机组和地下换热器系统），夏季供回水温度为16℃/18℃；冬季供回水温度为35℃/31℃。2）室内辐射末端系统：采用毛细管末端系统辐射供冷、供热。3）独立除湿新风系统：采用新风除湿机+热回收新风机系统，承担新风负荷和室内所有潜热负荷。3.2新风除湿系统设计1）新风系统设备根据送风量和除湿负荷，选用1台新风除湿机组，名义工况参数为：新风量为400m³/h(低速300m³/h)，除湿量为5.8kg/h；夏季供回水温度为16℃/18℃，冬季供回水温度为35℃/31℃。同时选用1台全热回收新风机，风量为400m³/h。2）新风系统形式新风通过热回收新风机组回收室内排风的能量，然后进入新风除湿机组，经解决后送至各个空调房间，以满足房间湿度、新风规定。新风采用地板送风（采用条缝型风口，其上均带风口调节阀）、排风采用上回风，各房间通过消声回风口向开敞式走道排风，然后通过走道集中回到热回收新风机。在极端气候条件下（湿度较高的天气等）或系统初期运营时，除湿系统采用全回风运营，以保证系统的安全。3.3毛细管末端系统设计的辐射末端为毛细管席，毛细管敷设在顶棚、墙上和地板上。毛细管席是辐射供冷供热末端的一种，运用充满水的毛细管进行换热，类似于自然界中植物的叶脉和人体皮肤下的血管。毛细管席辐射系统的最大优点是：热舒适性高；室内没有吹风感；没有空气流动带来的噪音；由于管径只有3.35mm（壁厚0.5mm），占用建筑空间小；系统热惰性较常规冷暖辐射地板系统小，反映速度快，温度控制容易实现[2]。毛细管末端通过辐射供冷供热，仅承担夏季室内显热负荷和冬季热负荷，根据各重要房间的冷热负荷计算结果，进行毛细管选型和布置（毛细管实际铺设面积在理论计算值的基础上考虑了10%的富裕量），详见表1。3.4系统冷热源根据上述负荷计算结果及设备选型，空调主机夏季需承担的冷负荷为建筑冷负荷+新风除湿机组的部分冷负荷，共计8.64kW；冬季需承担的热负荷为建筑室内热负荷+新风热负荷，共计12.74kW。所以选用一台HLRSW18B的土壤热泵机组，单台机组制冷量为18kW，制热量为13.7kW。3.5土壤热泵系统地下换热器设计地下系统按夏季和冬季工况分别考虑，取两者最不利情况下的计算结果作为依据。采用专用软件，热响应实验模拟结果见图1、2。1）埋管形式土壤热泵的地下埋管形式有竖直埋管和水平埋管2种形式，该工程采用竖直埋管中的双U型管，相比水平埋管，在同样换热效果的情况下，占地面积小。2）埋管深度根据工程特点，采用深度为102m（有效埋深100m）的浅埋管形式。3）管路计算根据专用软件模拟拟定该建筑地下换热器为4个深度为102m（有效埋深100m）的竖直埋管，即在别墅周边钻4个深102m的孔，沿建筑物基础外2.5m处均匀布置，间距为6m。由于地面以下10～100m深的土壤温度全年基本稳定在14～17℃，地下换热器夏季可将空调机组的冷凝器排热传递给土壤，冬季则可从土壤中吸取热量，传递给空调机组。地下换热器内介质为闭式循环，重要设备见表2。3.6空调系统控制方案1）土壤热泵空调主机控制：机组上设有控制面板，可直接控制机组启停和运营模式；或由供水温度自动控制机组启停。2）除湿新风系统控制：新风除湿机组自带控制系统，根据室内湿度自动控制机组的运营。当室内湿度过大，超过65％时自动切换至全回风工况运营，为保证全回风工况正常运营时系统的压力正常，需要在回风旁通管上安装1台风量为400m³/h的轴流风机，机外余压为50Pa。冬季自动调节为低速运营，通过机组内水盘管加热新风，压缩机不启动。新风除湿机组和全热回收机组联动控制启停。3）室内温度和室内侧水系统控制：在每层设立一个温度控制器，通过控制主管路上的电动通断阀门开关，来控制各层的温度。当某层不用空调时，关闭温控器，