252某研发中心地源热泵和地板辐射供暖工程设计实例.doc

某研发中心地源热泵和地板辐射供暖工程设计实例中冶赛迪民用建筑设计院 杨李宁 王卫民 摘要：文章对某研发中心3#楼空调系统的设计方案进行了分析。该空调系统以地源热泵为冷热源，末端形式为地板辐射采暖和干式风机盘管新风机组的热湿分控技术，预计该空调系统的运行能耗将比现行的公共建筑节能50的标准有一定的提高。文章对该空调系统的设计方法及设计要点分别做了详细介绍，以期对类似空调工程的设计有一定参考作用。关键字: 地源热泵 地板辐射采暖 干式风机盘管 热湿分控1工程概况1.1 研发中心的地理位置某研发中心位于重庆市北部新区经开园C44-1地块，用地总面积为25610m2，总建筑面积为35923.29m2，研发中心由3栋实验科研楼、1栋运动用房、单层地下车库和配套管理用房组成。地源热泵和地板辐射采暖空调系统主要满足3号楼裙房冬季供暖和夏季空调。1.2 空调房间室内环境控制要求根据房间使用功能的不同，室内环境的控制要求亦略有不同，详见表1。表1 不同房间的室内环境控制要求楼层房间功能冬季夏季新风量m3/(人.h)室内温度相对湿度室内温度相对湿度1F休闲茶餐厅1860%266020食堂及咖啡厅1860%265520服务台1860%265520电梯厅1660%2855103F待客厅2055%256030阳光书房2055%256040专家书房2055%256040书房2055%256040值班室1860%266030走道1660%286010专家套房2055%256040专家会客厅12055%2560401.3 重庆气候特点重庆属于夏热冬冷地区，夏季高温炎热；冬季潮湿阴冷，日照强度低。春、秋、冬季经常受寒冷空气的侵袭，降温猛烈。气候条件恶劣。2 冷热源的比选 空调系统常规的冷热源形式主要有空气源热泵、锅炉冷水机组、水(地下水、地面水)源热泵、土壤源热泵等。空气源热泵是利用环境空气作为热泵机组的热源与热汇，取之不尽、用之不竭。其缺点主要有：（1）当冬季环境空气温度在4左右时，室外侧热交换器盘管表面温度将低于冰点，会出现结霜。（2）它的出力正好与需求量（冷、热负荷）以及性能系数、能效比值呈反比。水源热泵机组不存在除霜问题，出力稳定，性能系数、能效比大幅度高于风冷热泵。但用地下井水时，必须确保有效的回灌措施即不能破坏地下水的原始分布，否则，会引起水资源保护及地质稳定等环境问题。锅炉冷水机组空调冷热源的形式，锅炉在燃烧过程中产生很多废弃，如SO2、CO2、NOX、烟尘等，均会严重污染环境。该系统需采用冷却塔，室外气温升高，室内冷负荷增大，冷却塔的冷却效率却降低，且存在噪音污染。地热源热泵机组是利用土壤作热源和热汇，通过在管道里流动的水进行热交换，有很高的能效比，其优点： 高效节能 环保零污染 结构简单 安全可靠 使用范围广泛。地源热泵系统可以替换原来的锅炉和空调两套系统。如果有效的使用地源热泵系统，可以降低暖通空调的能耗，从而促进能源、环境与社会之间的可持续发展。 研发中心建筑周围没有可直接利用的水源，为了避免锅炉在运行过程中对大气的污染，为了达到更好的环境效益，结合该建筑周围的地理环境建筑周围有大面积可利用的空地以及重庆的气候条件，决定采用地源热泵作为该空调工程的冷热源。3 土壤源热泵的地下换热器方案确定3.1 地下换热器打孔位置的确定在研发中心西北侧有大面积空地，但原地勘资料显示，该空地表面有814m不等深度的回填土。由于土壤的换热性能劣于岩石，且考虑打孔成形问题，需另选打孔区域。在研发中心3楼西南侧和东南侧有可利用空地。且根据该区域相邻建筑的地勘资料及补勘资料推测该区域应为砂岩和砾岩。3.2 地下换热器打孔数量的确定 地下换热器的打孔数量需既满足空调系统冷热需求，又要具备良好的经济性，即应合理的确定打孔数量和打孔深度。在负荷相同时，打孔数量多，则孔深小，占地面积增大；打孔数量少，则孔深大，占地的面积小，但系统阻力增大，提高了换热管的承压要求。另外竖直地埋管换热器中水温呈一定规律性。地下换热器的埋管深度由三部分组成饱和换热层、换热层、未换热层。随着地下换热器承担的负荷的变化，这三个换热层的深度是动态变化的。三个区域的大小直接决定了换热器的换热能力。地下换热系统运行到一定时间后，在冬季和夏季工况下，均呈现出进出水管在一定深度范围内水温变化较小（夏季工况下深度在05m，冬季状态下在020m），即换热器的进水管在该区域的换热能力下降。进出水流体跨越上述范围后，水温变化明显（夏季工况下为510m，冬季状态下在2025m），换热能力增强。因此合理确定地下换热器的深度对保证换热器冬夏良好的换热性能非常关键。该空调工程的设计总冷负荷为227.2kW，其中潜热负荷为30.4kW，显热负荷为198kW；总热负荷为228kW。根据该空调工程的负荷，并结合以上分析，确定地下换热器的打孔数的过程如下：3.2.1 确定换热器埋管形式根据该建筑周围的地质条件，钻孔易成形