235 某小区地源热泵空调系统设计llc.docx

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1、某小区地地源热泵泵空调系系统设计计与分析析武汉和创创建筑工工程设计计事务所所有限公公司程旦旦摘要：该该工程为为大型居居住小区区，通过过对该工工程的空空调系统统设计的的介绍，分分析了小小区集中中空调设设计中存存在的问问题，提提出了自自己的一一些设计计理解。同同时对地地源热泵泵空调系系统在本本工程中中的一些些做法进进行分析析，提出出了适应应本工程程实际情情况的实实施方法法；介绍绍了地源源热泵系系统在确确定埋管管方式和和深度时时需要注注意的一一些问题题；对空空调计量量系统进进行简单单的探讨讨和分析析。关键词：空调负负荷 同时时系数 地埋埋管 热力性性能 节节能 地地源热泵泵1. 工程概况况与设计计依

2、据：该小区位位于大学学校区内内，是个大型型教工居居住社区区，总建筑筑面积（纯纯住宅）达达到20080444m22，其中中高层住住宅（118层）面面积为11284466mm2，小高高层住宅宅（111层）面面积为7795778m22。其中中高层住住宅下面面有地下下车库，面面积约为为165500 m2，原设设计留有有一设备备机房。居居住户数数14991户，为为统计方方便按115000户考虑虑，其中中高层住住户按9900户户，小高高层住户户按6000考虑虑。2. 空调系统统设计参参数：根据甲方方的设计计要求和和对设计计条件的的比较和和分析，决决定在本本小区采采用地源源热泵中中央空调调系统，按照夏热冬冷

3、地区居住建筑节能设计标准要求，住宅部分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. 空调系统统设计：3.1 末端系统统形式：各舒适性性空调区区末端采采用风机机盘管系系统，风风盘回风风系统加加过滤器器，以保保证室内内空气品品质。新新风通过过门窗自自然渗透透。3.2 空调负荷荷：3.2.1 实际运行行负荷的的分析：分析设置置集中空空调系统统的住宅宅的空调调负荷是是一个复复杂的问问题，因因为末端端的实际际负荷（即即空调末末端对冷冷冻水的的需求量量）是随随多种因因素不断断地变化化的，如如：季节节交替、气气候变化化、昼夜夜轮回、人人流量增增减等。空空

4、调负荷荷是一个个随机变变化的量量，且始始终处于于动态变变化之中中。因此此住宅建建筑的空空调负荷荷更是受受到小区区性质、建建筑标准准、入住住率、收收费方式式和当地地居民生生活方式式等多个个因素影影响，变变化情况况复杂，很很难总结结出一条条普遍适适用的冷冷热源装装机容量量计算方方法。我我们应根根据设计计的围护护结构参参数，结结合随机机气象模模型，采采用先进进的动态态负荷模模拟软件件进行全全年逐时时负荷模模拟，以以便得到到各个建建筑物的的全年动动态负荷荷特性；然后根根据住户户特点、系系统规模模和空调调末端形形式等情情况确定定系统合合理的同同时使用用系数；最后根根据各个个建筑物物模拟负负荷的叠叠加乘以

5、以同时使使用系数数确定整整个系统统的装机机容量。3.2.2 武汉地区区节能建建筑负荷荷模拟及及分析下表为通通过TRRNSYYS模拟拟得到武武汉地区区按节能能建筑标标准设计计和建造造的建筑筑物全年年单位面面积逐时时负荷变变化情况况冬季典型型日负荷荷变化情情况夏季季典型日日负荷变变化情况况冬季典型型月负荷荷变化情情况夏季季典型月月负荷变变化情况况根据以上上逐时的的负荷计计算我们们可以发发现，本本工程作作为住宅宅建筑，和和公共建建筑等相相比较在在空调形形式和使使用上有有以下明明显区别别：（a） 住宅建筑筑的同时时使用率率低，而而公共建建筑办公公时间较较一致，因因此同时时使用系系数较高高，但住住宅建筑

6、筑居民外外出上班班、学习习的时间间参次不不齐，因因此居住住小区面面积越大大其用户户空调的的同时使使用率就就越低，其其负荷的的参差性性就越大大，计算算上的中中央空调调系统满满负荷运运行的时时间很难难出现。（b） 住宅建筑筑单位面面积人员员少、单单位面积积人员、设设备、照照明负荷荷均小于于办公建建筑，因因此其冷冷热量指指标也比比公共建建筑小。（c） 住宅建筑筑采用风风机盘管管时，其其室内卧卧室和客客厅一般般不会同同时使用用，故户户内风机机盘管也也有一个个同时使使用系数数，这实实际上进进一步降降低了系系统需要要的装机机容量。（d） 住宅建筑筑夏季最最大负荷荷一般出出现在气气温较高高的周末末，冬季季最

7、大负负荷出现现在春节节前后，每每日负荷荷峰值变变化不大大。（e） 根据模拟拟数据统统计，建建筑物空空调系统统使用775%的的时间实实际负荷荷在峰值值负荷的的60%以下，只只有不到到3%的的时间接接近满负负荷状态态运行，负负荷小时时变化明明显。（f） 研究发现现住宅小小区同时时使用系系数前三三年的变变化趋势势是先随随着入住住率的增增长而增增长，当当稳定入入住率大大于900%后，同同时使用用系数随随即缓慢慢稍有下下降，但但趋向于于某一定定值。这这是由于于新住户户需要逐逐渐成为为稳定住住户，但但住户越越多同时时使用系系数越小小造成的的，对于于规模较较大的住住宅小区区，当采采用风机机盘管系系统时，同同

8、时考虑虑户内和和户间的的同时使使用系数数，前者者按0.6考虑虑，后者者按0.8考虑虑，其乘乘积为00.488，则实实际总的的同时使使用系数数应在00.5左左右。所所以本工工程同时时使用系系数为装装机负荷荷考虑余余量取00.60.77是经济济合理、安安全可靠靠的。（g） 本工程住住宅小区区的日变变化规律律冬夏类类似，但但冬季负负荷波动动较小，平平均在55W/mm2左右，夏夏季波动动较大，在在20WW/m22左右。冬冬季负荷荷主要受受室外气气象影响响，夏季季负荷主主要受室室外气象象和室内内人员活活动规律律影响。经过分析析和计算算：空调调总冷负负荷 ：80000 KWW ；空空调总热热负荷 ：555

9、00KKW；3.3 空调冷热热源3.3.1 系统划分分整个小区区设一个个集中制冷冷机房，机机房位于于地下室室 3.3.2 系统主机机配置根据模拟拟数据统统计，建建筑物775%的的时间实实际负荷荷只占最最大负荷荷的50060%，高峰峰负荷只只占全部部时间的的3%。因因此选用用机组时时，既要要考虑非非满负荷荷时的调调节方便便，又要要设备必必须具备备较大的的容量调调节能力力。所以以最好单单台机组组具有较较好调节节作用，非非满负荷荷时可开开部分机机组，并并使机组组处于高高效运行行状态。同同时机组组和对应应的水泵泵之间应应能作好好自动控控制，以以便负荷荷变化时时相应的的增加或或减少运运行台数数。本系系统

10、设计计时配置置四台主主机：11#主机机一台，制制冷量22500KKW；22#主机机三台，制制冷量220000KW。3.4 埋管系统统设计3.4.1 地质报告告情况本项目拟拟建场地地处于簸簸箕湖黄龙山山倒转背背斜的核核部，下下伏基岩岩为志留留系坟头头组泥岩岩。该场场地属长长江右岸岸级阶地地地貌。通通过钻探探揭露，场场地内的的地层以以粉质黏黏土为主主，含有有部分风风化岩石石层。小小口径钻钻孔比大大孔径容容易。场场地内上上层滞水水分布于于122孔一一带的人人工填土土之中，埋埋深在00.9000.96mm；水量量不大。33孔处处无上层层滞水。基基岩裂隙隙水分布布极小。微微风化及及未风化化岩石完完整性好

11、好，无裂裂隙水存存在。本本次勘察察仅测定定了场地地25.0m深深度内的的地温变变化情况况，测试试表明：地表00.0006.00mm深度内内，地温温随气温温变化波波动较大大，一般般在188211内变化化。6.0225.00m以内内，地温温值波动动较小，一一般变化化在199.620.3范围内内变化，即即20左右变变化，225m以下温温度趋于于稳定。附：场地地内主要要地层的的热物理理试验指指标详见见下表。地层代号号地层名称称密度、状状态及风化程程度导热系数数Cc(W/mmk)导温系数数Cs(m2/h)比热容CC(kj/kg.k)备注素填土松散/未测得粉质粘土土硬塑1.66640.00019441.4

12、442粘 土土硬塑1.72270.00019551.4441粉质粘土土硬塑1.71150.00019221.43301泥 岩岩强风化1.81150.00027000.76602泥 岩岩中风化1.93350.00029000.80003泥 岩岩微风化2.13320.00034000.81194泥 岩岩未风化2.13320.00034000.8119从测试报报告可见见，本项项目所处处位置上上层滞水水较少，没没有裂隙隙水，因因此不具具备采用用抽灌井井式的地地源热泵泵可能性性，因为为上层滞滞水为雨雨水渗透透形成，不不能保证证连续抽抽取，抽抽灌井式式地源热热泵的前前提条件件是存在在较为丰丰富的下下层承压

13、压水，并并且可以以保证在在抽取时时可以从从同层进进行补充充以保证证连续抽抽水。本项目土土壤温度度分布特特性较好好，地下下5米以以下温度度趋于稳稳定，其其值在220左右，既既低于夏夏季室外外空气温温度又高高于冬季季室外空空气温度度，因此此地下土土壤可以以作为全全年空调调系统的的冷热源源使用。本本项目土土壤以粉粉质黏土土为主，导导热系数数中等偏偏上，为为正常地地质情况况，钻孔孔可以实实行，土土壤源热热泵具备备实施条条件。3.4.2 土壤热特特性测试试报告表1：测测试孔基基本数据据井1井2垂直埋管管段垂直深度度/m7070垂直管长长度/mm280140水平 连接管管供水管长长度/mm1432（其其中

14、有220m管管长没做做保温）回水管长长度/mm1433（其其中有115m管管长没做做保温）PE管品牌金牛金牛外径/mmm3232内径/mmm2626表2：单单位孔深深夏季的的换热量量供水温度度流量温差换热量m3/hhw/m孔孔深1#35.00 1.1553.566.00 2#35.00 1.5332.249.33 表3：单单位孔深深冬季的的换热量量供水温度度流量温差换热量m3/hhw/m孔孔深1#6.0 1.1443.259.002#6.1 1.5442.643.88从上表可可见，本本项目土土壤换热热器具有有较高效效率，单单位取放放热特性性属于中中等偏上上程度，WW型土壤壤换热器器单位井井深换

15、热热效果是是单U型型的1.3倍。本本项目实实施土壤壤换热器器型的地地源热泵泵项目应应该是不不错的选选择，由由于下部部岩石结结构较厚厚，加上上住宅连连续使用用的特性性，建议议采用了了单U的的方式。根据武汉汉市的气气候特点点和本项项目上的的负荷数数据，发发现冬夏夏二季冷冷热负荷荷偏差很很大，为为尽量减减小系统统热不平平衡性，我我们采取取“混合式式”埋管方方式，即采用用冷却塔塔和地埋埋管并存存的方式式，可以以有效防防止热不不平衡的的发生。3.4.3 埋管量设设计（a） 计算公式式：夏季向浅浅层地表表排放的的最大热量量：+输送过过程得热热量+水泵释释放热量量冬季从浅浅层地表表吸收的的最大热量量：+输送

16、过过程失热热量-水泵释释放热量量（b） 埋管设置置：根据土壤壤热相应应测试报报告和相相关计算算依据和和本工程程的实际际情况，经经计算钻钻孔深度度为1000米，设设计的钻钻孔孔数数为12200个个，孔径径1500mm。采采用DEE32HHD PPE管，单单U方式式布置。孔孔间距55m。由由于整个个小区规规模大，垂垂直埋管管与水平平集管的的连接不不采用常常用的设设置地沟沟连接的的方式，而而是采用用设局部部集中连连接小室室，这样样可以保保证连接接每个小小室的地地埋管水水力平衡衡性较好好，还便便于埋管管的维护护与管理理，具体体小室大大样见下下图，共共设有331组连连接小室室。而整整个埋管管系统分分四个

17、相相互独立立的环路路直接连连到机房房的分、集集水器，这这样在非非满负荷荷时间内内，可以以独立控控制每个个埋管环环路的运运行，避避免地埋埋管系统统出现使使用不均均的情况况。在整整个小区区埋管系系统中分分组设立立地下水水温监测测系统，监监测信号号远传至至机房控控制中心心，便于于及时了了解各地地下热力力状态。连连接各小小室的水水平环路路采用同同程式布布置，直直接接到到中心制制冷机房房。3.5 空调计量量系统小区设立立集中空空调系统统，对于于计量一一直以来来是一个个很麻烦烦的事情情，总是是给后期期的管理理带来许许多纠纷纷和困难难，计量量方式很很多，各各有优缺缺点，很很难从质质量优劣劣上来判判定一个个系

18、统的的好坏，就就目前的的技术情情况看，计计量的准准确度只只是相对对的，很很难达到到精确。本工程在确定计量系统时，也是经过多方实地考察和比较，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管理带来一定的方便性。目前计量主要有一下几种方式：空调计量量系统分分析比较较表：序号计量方式式原理造价优点缺点1冷、热表表通过水路路系统计计量每户户的使用用冷热量量。高读取方便便直接；设在屋屋外公共共区，方方便抄表表。由于空调调制冷工工况循环环水温差差小，所所以精度度差、误误差大，且且容易堵堵塞，管管理麻烦烦；需要要设置较较大的管管井。2电表通过计量量末端风风盘的耗耗电

19、量来来折算空空调使用用费用低安装简单单、费用用低，可可以户外外抄表，方方便管理理。无需需设置表表井。通过电量量折算空空调使用用费用的的原理导导致精度度不高，误误差大，还受受认为因因素干扰扰大。3专用计费费系统（时时间型）通过监测测末端风风盘的使使用状态态（风量量、水量量）来确确定使用用费用较高集中远传传和控制制，实现现实时监监控。无无需设置置表井。精精度相对对较高。需实现远远传控制制，安装装比较麻麻烦。远远传线路路过长，存存在信号号衰减和和干扰，影影响精度度3.6 冷却塔由于武汉汉地区属属于典型型的夏热热冬冷地地区，且且夏季时时间较长长，冬夏夏空调负负荷相差差较大，本本想通过过为用户户提供一一

20、部分生生活热水水来减少少这种不不平衡，但但从目前前是很多多实施情情况看，集集中卫生生热水存存在问题题较多，主主要是管管理上的的问题，所所以本次次设计时时还是放放弃了集集中热水水方案，为为1#机机组设置置冷却塔塔系统，该该机组同同样配置置了地埋埋管系统统，可以以根据检检测情况况来决定定冷却塔塔的开启启和关闭闭。3.7 气流组织织：各空调区区域采用用上（侧侧）送上上回的气气流组织织。在非非全吊顶顶区设局局部吊顶顶，送风风口采用用双层百叶叶风口；在全吊吊顶区送送风口采采用方形形散流器器，回风风口采用用单层活活动百叶叶风口，以以确保整整个空调调区域温温度和气气流分布布均匀。对于住宅宅新风系系统，原原来

21、设计计有分户户独立的的新风系系统，但但最后甲甲方决定定取消该该系统，新新风只能能通过门门窗自然然渗透。3.8 空调水系系统：本工程空空调水系系统采用用变频一一次泵闭闭式机械械循环系系统。（1）各各楼栋户户内管采采用异程程式，小小高层立立管采用用竖向异异程，高高层立管管采用竖竖向同程程，户内内管穿梁梁设置。（2）二次侧（用户端）外管采用同程式敷设；（3）一次侧（地埋管端）外管采用同程式敷设；（4）冬夏水泵分开设置，水泵采用变频。4. 结语：4.1 对于住宅宅设置集集中空调调应慎重重对待，在在方案初初期需要要对初投投资、后后期运行行费用及及入住率率经行综综合考虑虑，不要要盲目强强调中央央空调一一定

22、比家家用空调调节能，实实际上这这种节能能需要通过过建筑实实际使用用规模和和可靠的的技术控控制技术术来保证证的。4.2 地源热泵泵系统是是一种节能能空调形形式，严严格来说说是一种种广义节节能，由由于地埋埋管系统统初投资资较大，对对整个施施工场地地要求高高，还有有不同的的地质情情况决定定不同的的埋管费费用，所所以讲不不是每一一个空调调系统都都是适合合的，我我们需要要推广节节能技术术，但不不能盲从从，地源源热泵的的冬夏热热平衡问问题一定定要通过过严格计计算，否否则会导导致地下下热力工工况恶化化，影响响大的自自然环境境。4.3 空调系统统的控制制系统往往往不引引起业主主和设计计各方的的注意，对对于规模

23、模很大的的空调系系统，单单纯依靠靠主机的的自身控控制很难难达到最最大程度度的节能能，设计中中应严格格计算，按按节能要要求落实实到系统统的每一一个部分分，但设设计节能能不代表表实际运运行节能能。对于于水系统统变流量量运行是是一种不不错的节节能方式式，此时时水泵变变频是最最基本的的设置，仅依靠这远远不够，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各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必要的基础。4.4 对于住宅宅的负荷荷取值一一定要以以计算结结果为主主，不要要估算，这这是确定定空调系系统造价价和后期期

24、运行费费的关键键。现在在的外墙墙等维护护结构的的保温性性能已经经有很大大的提高高，原来来的一些些参考指指标很难难适应现现代建筑筑，必须须要求我我们根据据实际情情况进行行负荷计计算。4.5 对于高品品质的住住宅，新新风应独独立设置置，光靠靠门窗渗渗透难以以保证效效果，特特别是冬冬天。参考文献献：1.电子工工业部第第十设计计研究院院主编.空气调调节设计计手册（第第二版）M.北京：中国建筑工业出版社，19952.钱以明明 高层层建筑空空调设计计3.湖北暖暖通空调调制冷学学术年会会论文集集，20007年4.湖北暖暖通空调调制冷学学术年会会论文集集，20005年5.汪训昌昌.关于于发展地地源热泵泵系统的的若干思思考JJ.暖暖通空调调，20008.336.张银安安.竖直直U形地地埋管换换热器换换热性能能测试与与分析，20008.776.程宗科科.地源源热泵空空调系统统设计中中几个问问题的探探讨，20008.110s6.程宗科科.地源源热泵空空调系统统设计中中几个问问题的探探讨，20008.110s7.全国暖暖通空调调20008年学学术年会会论文集集.8.20003全国国民用建建筑工程程设计技技术措施施 暖暖通空调调.动力力 中中国建筑筑标准设设计研究究院