某小区地源热泵空调系统设计.docx

某小区地源热泵空调系统设计与阐发武汉和创修建工程设计事务所有限公司 程旦摘 要： 该工程为大型居住小区，通过对该工程的空调系统设计的介绍，阐发了小区会合空调设计中存在的问题，提出了自己的一些设计理解。同时对地源热泵空调系统在本工程中的一些做法进行阐发，提出了适应本工程实际情况的实施要领；介绍了地源热泵系统在确定埋管方法和深度时需要注意的一些问题；对空调计量系统进行简朴的探讨和阐发。要害词： 空调负荷 同时系数 地埋管 热力性能 节能 地源热泵1. 工程表面与设计依据：该小区位于大学校区内，是个大型教工居住社区，总修建面积（纯住宅）到达208044m2，其中高层住宅（18层）面积为128466m2，小高层住宅（11层）面积为79578m2。其中高层住宅下面有地下车库，面积约为16500 m2，原设计留有一设备机房。居住户数1491户，为统计方便按1500户考虑，其中高层住户按900户，小高层住户按600考虑。2. 空调系统设计参数：凭据甲方的设计要求和对设计条件的比力和阐发，决定在本小区接纳地源热泵中央空调系统，凭据夏热冬冷地域居住修建节能设计尺度要求，住宅部门冬季采暖室内设计温度取18；夏季空调室内设计温度取26，相对湿度取65%。其中卫生间不设空调。3. 空调系统设计：3.1 末端系统形式：各舒适性空调区末端接纳风机盘管系统，风盘回风系统加过滤器，以包管室内空气品质。新风通过门窗自然渗透。3.2 空调负荷：3.2.1 实际运行负荷的阐发：阐发设置会合空调系统的住宅的空调负荷是一个庞大的问题，因为末端的实际负荷（即空调末端对冷冻水的需求量）是随多种因素不停地变革的，如：季候瓜代、气候变革、昼夜轮回、人流量增减等。空调负荷是一个随机变革的量，且始终处于动态变革之中。因此住宅修建的空调负荷更是受到小区性质、修建尺度、入住率、收费方法和本地居民生活方法等多个因素影响，变革情况庞大，很难总结出一条普遍适用的冷热源装机容量盘算要领。我们应凭据设计的围护结构参数，结合随机气象模型，接纳先进的动态负荷模拟软件进行全年逐时负荷模拟，以便得到各个修建物的全年动态负荷特性；然后凭据住户特点、系统范围和空调末端形式等情况确定系统公道的同时使用系数；最后凭据各个修建物模拟负荷的叠加乘以同时使用系数确定整个系统的装机容量。3.2.2 武汉地域节能修建负荷模拟及阐发下表为通过TRNSYS模拟得到武汉地域按节能修建尺度设计和制作的修建物全年单元面积逐时负荷变革情况冬季典范日负荷变革情况 夏季典范日负荷变革情况冬季典范月负荷变革情况 夏季典范月负荷变革情况凭据以上逐时的负荷盘算我们可以发明，本工程作为住宅修建，和大众修建等相比力在空调形式和使用上有以下明显区别：（a） 住宅修建的同时使用率低，而大众修建办公时间较一致，因此同时使用系数较高，但住宅修建居民外出上班、学习的时间参次不齐，因此居住小区面积越大其用户空调的同时使用率就越低，其负荷的参差性就越大，盘算上的中央空调系统满负荷运行的时间很难出现。（b） 住宅修建单元面积人员少、单元面积人员、设备、照明负荷均小于办公修建，因此其冷热量指标也比大众修建小。（c） 住宅修建接纳风机盘管时，其室内卧室和客厅一般不会同时使用，故户内风机盘管也有一个同时使用系数，这实际上进一步低落了系统需要的装机容量。（d） 住宅修建夏季最大负荷一般出现在气温较高的周末，冬季最大负荷出现在春节前后，每日负荷峰值变革不大。（e） 凭据模拟数据统计，修建物空调系统使用75%的时间实际负荷在峰值负荷的60%以下，只有不到3%的时间靠近满负荷状态运行，负荷小时变革明显。（f） 0.7是经济公道、宁静可靠的。（g） 本工程住宅小区的日变革纪律冬夏类似，但冬季负荷颠簸较小，平均在5W/m2左右，夏季颠簸较大，在20W/m2左右。冬季负荷主要受室外气象影响，夏季负荷主要受室外气象和室内人员运动纪律影响。经过阐发和盘算：空调总冷负荷 ：8000 KW ；空调总热负荷 ：5500KW；3.3 空调冷热源3.3.1 系统分别整个小区设一个会合制冷机房，机房位于地下室 3.3.2 系统主机配置凭据模拟数据统计，修建物75%的时间实际负荷只占最大负荷的5060%，岑岭负荷只占全部时间的3%。因此选用机组时，既要考虑非满负荷时的调治方便，又要设备必须具备较大的容量调治能力。所以最好单台机组具有较好调治作用，非满负荷时可开部门机组，并使机组处于高效运行状态。同时机组和对应的水泵之间应能作好自动控制，以便负荷变革时相应的增加或淘汰运行台数。本系统设计时配置四台主机：1#主机一台，制冷量2500KW；2#主机三台，制冷量2000KW。3.4 埋管系统设计3.4.1 地质陈诉情况本项目拟建园地处于簸箕湖黄龙山倒转背斜的核部，下伏基岩为志留系坟头组泥岩。该园地属长江右岸级阶地地貌。通过钻探揭露，园地内的地层以粉质黏土为主，含有部门风化岩石层。小口径钻孔比大孔径容易。园地内上层滞水漫衍于12孔一带的人工填土之中，埋深在0.900.96m；水量不大。3孔处无上层滞水。基岩裂隙水漫衍极小。微风化及未风化岩石完整性好，无裂隙水存在。本次勘察仅测定了园地深度内的地温变革情况，测试表明：地表0.006.00m深度内，地温随气温变革颠簸较大，一般在1821内变革。6.025.0m以内，地温值颠簸较小，一般变革在19.620.3范畴内变革，即20左右变革，25m以下温度趋于稳定。附：园地内主要地层的热物理试验指标详见下表。地层代号地层名称密度、状态及风化水平导热系数Cc(W/mk)导温系数Cs(m2/h)比热容C (kj/kg.k)备注素填土松散/未测得粉质粘土硬塑粘 土硬塑粉质粘土硬塑1泥 岩强风化2泥 岩中风化3泥 岩微风化404泥 岩未风化从测试陈诉可见，本项目所处位置上层滞水较少，没有裂隙水，因此不具备接纳抽灌井式的地源热泵可能性，因为上层滞水为雨水渗透形成，不能包管连续抽取，抽灌井式地源热泵的前提条件是存在较为富厚的下层承压水，而且可以包管在抽取时可以从同层进行增补以包管连续抽水。本项目土壤温度漫衍特性较好，地下5米以下温度趋于稳定，其值在20左右，既低于夏季室外空气温度又高于冬季室外空气温度，因此地下土壤可以作为全年空调系统的冷热源使用。本项目土壤以粉质黏土为主，导热系数中等偏上，为正常地质情况，钻孔可以实行，土壤源热泵具备实施条件。3.4.2 土壤热特性测试陈诉表1：测试孔根本数据井1井2垂直 埋管段 垂直深度/m7070垂直管长度/m280140水平 连接受供水管长度/m1432（其中有20m管长没做保温）回水管长度/m1433（其中有15m 管长没做保温）PE管品牌 金牛金牛外径/mm3232内径/mm2626表2：单元孔深夏季的换热量供水温度流量温差换热量m3/hw/m孔深1#35.0 66.0 2#35.0 49.3 表3：单元孔深冬季的换热量供水温度流量温差换热量m3/hw/m孔深1#6.0 2#6.1 从上表可见，本项目土壤换热器具有较高效率，单元取放热特性属于中等偏上水平，W型土壤换热器单元井深换热效果是单U型的1.3倍。本项目实施土壤换热器型的地源热泵项目应该是不错的选择，由于下部岩石结构较厚，加上住宅连续使用的特性，发起接纳了单U的方法。凭据武汉市的气候特点和本项目上的负荷数据，发明冬夏二季冷热负荷偏差很大，为尽量减小系统热不平衡性，我们接纳“混淆式”埋管方法，即接纳冷却塔和地埋管并存的方法，可以有效防备热不平衡的产生。3.4.3 埋管量设计（a） 盘算公式：夏季向浅层地表排放的最大热量： +输送历程得热量+水泵释放热量冬季从浅层地表吸收的最大热量：+输送历程失热量-水泵释放热量（b） 埋管设置：凭据土壤热相应测试陈诉和相关盘算依据和本工程的实际情况，经盘算钻孔深度为100米，设计的钻孔孔数为1200个，孔径150mm。接纳DE32HD PE管，单U方法部署。孔间距5m。由于整个小区范围大，垂直埋管与水平集管的连接不接纳常用的设置地沟连接的方法，而是接纳设局部会合连接小室，这样可以包管连接每个小室的地埋管水力平衡性较好，还便于埋管的维护与治理，具体小室大样见下图，共设有31组连接小室。而整个埋管系统分四个相互独立的环路直接连到机房的分、集水器，这样在非满负荷时间内，可以独立控制每个埋管环路的运行，制止地埋管系统出现使用不均的情况。在整个小区埋管系统中分组设立地下水温监测系统，监测信号远传至机房控制中心，便于实时了解各地下热力状态。连接各小室的水平环路接纳同程式部署，直接接到中心制冷机房。3.5 空调计量系统小区设立会合空调系统，对付计量一直以来是一个很麻烦的事情，总是给后期的治理带来许多纠纷和困难，计量方法许多，各有优缺点，很难从质量优劣上来判定一个系统的优劣，就目前的技能情况看，计量的准确度只是相对的，很难到达精确。本工程在确定计量系统时，也是经过多方实地考察和比力，决定各空调用户均设置专用时间型计量系统，就一些工程实例来看，使用时间计费系统为后期的运行治理带来一定的方便性。目前计量主要有一下几种方法：空调计量系统阐发比力表：序号计量方法原理造价优点缺点1冷、热表通过水路系统计量每户的使用冷热量。高读取方便直接；设在屋外大众区，方便抄表。由于空调制冷工况循环水温差小，所以精度差、误差大，且容易堵塞，治理麻烦；需要设置较大的管井。2电表通过计量末端风盘的耗电量来折算空调使用用度低安装简朴、用度低，可以户外抄表，方便治理。无需设置表井。通过电量折算空调使用用度的原理导致精度不高，误差大，还受认为因素滋扰大。3专用计费系统（时间型）通过监测末端风盘的使用状态（风量、水量）来确定使用用度较高会合远传和控制，实现实时监控。无需设置表井。精度相对较高。需实现远传控制，安装比力麻烦。远传线路过长，存在信号衰减和滋扰，影响精度3.6 冷却塔由于武汉地域属于典范的夏热冬冷地域，且夏季时间较长，冬夏空调负荷相差较大，本想通过为用户提供一部门生活热水来淘汰这种不平衡，但从目前是许多实施情况看，会合卫生热水存在问题较多，主要是治理上的问题，所以本次设计时照旧放弃了会合热水方案，为1#机组设置冷却塔系统，该机组同样配置了地埋管系统，可以凭据检测情况来决定冷却塔的开启和封闭。3.7 气流组织：各空调区域接纳上（侧）送上回的气流组织。 在非全吊顶区设局部吊顶，送风口接纳双层百叶风口；在全吊顶区送风口接纳方形散流器，回风口接纳单层运动百叶风口，以确保整个空调区域温度和睦流漫衍均匀。对付住宅新风系统，原来设计有分户独立的新风系统，但最后甲方决定取消该系统，新风只能通过门窗自然渗透。3.8 空调水系统：本工程空调水系统接纳变频一次泵闭式机器循环系统。（1）各楼栋户内管接纳异程式，小高层立管接纳竖向异程，高层立管接纳竖向同程，户内管穿梁设置。（2）二次侧（用户端）外管接纳同程式敷设；（3）一次侧（地埋管端）外管接纳同程式敷设；（4）冬夏水泵离开设置，水泵接纳变频。4. 结语：4.1 对付住宅设置会合空调应慎重看待，在方案初期需要对初投资、后期运行用度及入住率经行综合考虑，不要盲目强调中央空调一定比家用空调治能，实际上这种节能需要通过修建实际使用范围和可靠的技能控制技能来包管的。4.2 地源热泵系统是一种节能空调形式，严格来说是一种广义节能，由于地埋管系统初投资较大，对整个施工园地要求高，另有差别的地质情况决定差别的埋管用度，所以讲不是每一个空调系统都是适合的，我们需要推广节能技能，但不能盲从，地源热泵的冬夏热平衡问题一定要通过严格盘算，不然会导致地下热力工况恶化，影响大的自然情况。4.3 空调系统的控制系统往往不引起业主和设计各方的注意，对付范围很大的空调系统，单纯依靠主机的自身控制很难到达最大水平的节能，设计中应严格盘算，按节能要求落实到系统的每一个部门，但设计节能不代表实际运行节能。对付水系统变流量运行是一种不错的节能方法，此时水泵变频是最根本的设置，仅依靠这远远不敷，需要机房各设备和末端设备整体考虑，各个设备需要配置检测种种信号的输入和输出的接口，一般标配的设备不带有有这种接口，这就需要我们设计者在前期设计时考虑这些接口，为后期的控制系统提供须要的底子。4.4 对付住宅的负荷取值一定要以盘算结果为主，不要估算，这是确定空调系统造价和后期运行费的要害。现在的外墙等维护结构的保温性能已经有很大的提高，原来的一些参考指标很难适应现代修建，必须要求我们凭据实际情况进行负荷盘算。4.5 对付高品质的住宅，新风应独立设置，光靠门窗渗透难以包管效果，特别是冬天。参考文献：1.电子产业部第十设计研究院主编.空气调治设计手册（第二版）M.北京：中国修建产业出书社，19952.钱以明 高层修建空调设计3.湖北暖通空调制冷学术年会论文集，2007年4.湖北暖通空调制冷学术年会论文集，2005年5.汪训昌.关于生长地源热泵系统的若干思考J.暖通空调，6.张银安.竖直U形地埋管换热器换热性能测试与阐发，6.程宗科.地源热泵空调系统设计中几个问题的探讨，6.程宗科.地源热泵空调系统设计中几个问题的探讨，7.全国暖通空调2008年学术年会论文集.8.2003全百姓用修建工程设计技能步伐 暖通空调.动力 中国修建尺度设计研究院