北京某别墅地源热泵系统设计案例

北京某别墅地源热泵系统设计案例随着现代社会的高速发展，人们对居住环境舒适度和能耗的要求越来越高。尤其别墅作为一种高档住宅越来越多地出现在人们身边。人们常说，拥有别墅是财富的象征，在别墅的各类设施中，HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调占很重要的地位，直接影响楼盘的销售和以后业主的生活。高档别墅对其HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统有着高标准：高效、稳定、环保、HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能。(1)室内空气品质应满足高标准的温、湿度要求，这就要求在不同室外工况下有持续稳定的冷、热源;(2)室内、外应宁静宜人而且内、外环境应合理配合装潢及视觉要求，确保美观;(3)真正优异并适合高档别墅的空调方案应同时具备技术性能特点、运行成本、维护管理等方面的相对优异性并应兼具科技创新及绿色环保概念。由于别墅具有鲜明的使用独立性，而且很多别墅主人往往将其作为第二居所，可能长时间停止室内的正常供冷和供暖。因此对于别墅小区类项目来说，集中的冷热源会出现使用率低、管网平衡难以调节等问题;因此越来越多的别墅项目是以单栋别墅为单位，设立有独立冷、热源的户式HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统，用户可以根据需求开启和调节，即开即用，方便灵活。HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程概况XXXXHYPERLINK"/swzx/nzj/"工程是由中国XX集团有限公司在中国北京发展的新型老年社区，建设单位及设计单位均力争将本社区打造成为绿色、环保、适宜退休人员居住的典范HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程。该项目已获建设部评定的2A级住宅。该社区位于北京东北约50km的顺义潮白河畔，占地234公顷，总HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑面积79万m2，分三期建设，目前第一、二期已投入使用，三期正在建设中。该社区可以容纳1.2万居住人员，并提供了一系列包括公寓，联排别墅及独立别墅的居住HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑，以及为社区服务的配套公共服务中心HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑。XXXX所处地区市政条件匮乏，既无市政燃气管道，也无城市热网，对于HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖和空调系统的冷源如何设置，是设计中重点探讨研究的课题，通过技术经济分析比较及深入细致的调查研究最终决定：在二期的独立住宅项目中采用环保HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能型的土壤源换热的地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵技术(见图1、图2)。优、缺点(1)优点：环保性，与燃煤锅炉相比，可大量减少污染物的排放，保护大气环境。技术成熟性，目前国内、外已有大量成功实例，节省运费。(2)存在的问题：系统HYPERLINK""自动化的设计要求应提高;机房的设计空间不够合理，留有经济合理的维修空间。(3)尚待研究解决的问题：地质结构与不同深度地温的关系;单位管长换热量及其变化;冬夏季取、排热量不平衡问题等。图1图2综上，可以得出这样的结论：(1)HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能高效，运行费用低：充分利用地下能源，用一份电可制造4份以上的热量，其中三份热量直接来于大地，大大降低了运行费用;(2)绿色环保：系统运行时无任何大气排放问题，属真正环保意义的空调方式;(3)运行平稳，寿命长：系统及HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制较简单，运行可靠性好，安装于室内及地下，避免恶劣环境，地下部分可用50年，机组使用寿命长，均在15年以上。别墅的户式HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统常见形式风冷(HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵)冷水机组+HYPERLINK"/search.php?searchtype=title&keywords=%B7%E7%BB%FA%C5%CC%B9%DC&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"风机盘管此为传统方案，已发展的比较成熟，采用HYPERLINK""自动化变频HYPERLINK"/index.php?gid=280"控制，可以实现全面调节运行。风管式户式HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调(风道机)此种方式是通过风管将冷风或热风送入室内。室内机组不是HYPERLINK"/search.php?searchtype=title&keywords=%B7%E7%BB%FA%C5%CC%B9%DC&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"风机盘管而是一种管道空调机，通过各个风口，送入室内。变制冷剂流量系统(VRV空调系统，可以根据室内负荷大小自动调节其容量，具有较好的HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能效果，室内机形式也比较多样化。这种系统形式由于自身的灵活性目前使用比较广泛。但是以上三种形式的系统在满足了室内温湿度要求之后，却都有以下几种弊端：(1)由于都属于空气源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵的原理，所以都必须设置室外机，室外机除了要寻找合适的摆放位置外，还不可避免地产生噪音问题，对住户和小区的视听环境都会产生一定的影响。(2)在北方地区应用以上系统还有一个更麻烦的问题是冬季室外温差低的时候，HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵的效率很低，一般的空气源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵零下五度以下工作效率低，所以冬季必须有其他辅助加热措施，而且使用时需要除霜。(3)对于大多数长期生活在北方的人来说，要在漫长的冬季使用空调是非常不适应的，甚至是根本不能接受的。所以北方地区的高档住宅冬季大都采用了比较舒适的低温地板敷设HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖系统，也就是说冬季必须有稳定的热源。所以采用以上几种空调系统的别墅大都另配了燃气HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖炉供冬季使用。地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统介绍地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵供热空调系统是一种使用可再生能源的高效HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能、环保型的系统。地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统分土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统、地下水HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统和地表水HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统三种形式。(1)地下水HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统分为开式、闭式两种：开式是将地下水直接供到HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵机组，再将井水回灌到地下;闭式是将地下水连接到板式换热器，需要二次换热。(2)地表水HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统与土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水热交换器替代土壤热交换器。虽然采用地下水、地表水的HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。国外(如美国、欧洲)主要研究和应用的地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统以及我国理论研究和实验研究的重点均是土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统。(3)土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵，是一种以土壤作为低温热源的HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵，它利用水或一些特定的防冻液作为中间介质，通过地埋换热器，在夏季把地下中的冷量“吸取”出来，供制冷用;冬季，把地下中的热量“吸取”出来，供HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖用。由于地下土壤温度变化很小，并且有一定的蓄热作用，换热器不需要除霜。我们知道地温年变化相对于气温有一定的延迟与衰减，当室外温度较低时，热源要供需给较多的热量，而土壤此时相对于气温尚有较高的温度，而当2～3月份时，虽然土壤温度降到了最低，但此时需要的供热量也比最冷月要少，因而以土壤作为冷(热)源既有利于夏季空调运行时向地下放热，也有利于冬季供暖运行时从地下吸热。土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵与普通HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调方式的比较主机设置对于普通HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统，若设置风冷HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵机组进行冷热空调，则风冷HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵主机的设置必须要与外界通风良好，要么设置于屋顶，要么设置于地面，这对别墅空调受限就更严重。而土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵主机的设置就非常灵活，可以设置在HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑物的任何位置，而不受考虑位置设置的限制。若设置冷水机组+锅炉进行冷热空调，HYPERLINK"/search.php?searchid=114&orderby=lastpost&ascdesc=desc&searchsubmit=yes"冷却塔和锅炉的位置就更受限制。因此，就主机的设置而言，地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统的主机设置是非常灵活的。运行效率对于普通HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统，不管是采用风冷HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵机组还是采用HYPERLINK"/search.php?searchid=114&orderby=lastpost&ascdesc=desc&searchsubmit=yes"冷却塔的冷水机组，无一例外的要受外界天气条件的限制，即空调区越需要供冷或供热时，主机的供冷量或供热量就越不足，即运行效率下降，这在夏热冬冷地区的使用就受到了影响。而土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵机组与外界的换热是通过大地，而大地的温度很稳定，不受外界空气的变化而影响运行效率，因此，土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵的运行效率是最高的。经济方面地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统还可以集HYPERLINK"/forum-173-1.html"采暖、空调制冷和提供生活热水于一身。一套HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统。从而也增加了经济性。环境保护从土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵的整个运行原理来看，土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统实际是真正意义的绿色环保空调，不管是冬季还是夏季的运行，都不会对HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑外大气环境造成不良影响。而普通HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调系统，将废热气或水蒸气排向室外环境，无一例外的都对环境造成了极大的污染。以地球表面浅层地热资源作为冷热源，利用清洁的、近乎无限可再生的能源，符合可持续发展的战略要求。运行费用地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统在运行中的HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能特点也是显而易见的：通常地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。其制冷、制热系数可达4以上，与传统的空气源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵相比，要高出40%，其运行费用为普通HYPERLINK"/nt/search.php?searchtype=title&keywords=中央空调&catid=0&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"中央空调的50%～60%。达到相同的制冷制热效率，土壤源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵主机的输入功率较小，即为业主提供了较低运行费的空调系统，在全年时间使用空调的场所，这种效果尤为明显。锅炉只能将70%～90%的燃料内能为热量，因此地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量。无需除霜大地土壤温度一年四季相对保持恒定，冬季也能保持在15℃以上，埋地换热器不会结霜，可节省因结霜、除霜而消耗的能量。系统简单一机多用，节约设备用房，应用范围广。地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵可供暖、空调，还可用于生活热水供应系统，一套系统可替代锅炉加空调的两套系统，因此一机多用，节省了HYPERLINK"/swzx/nzj/"建筑空间及设备的初投资，机组紧凑，节省设备用房空间。由此而产生的经济效益相当可观。在国家HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能政策的推动下，地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统在国内得到了迅速发展。但是，由于我国的地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统的实际经验还不成熟，同时在实际HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程中设计单位可能还会遇到一些技术以外的问题，以及建设方的运行管理水平等问题，这些因素均会对地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统的设计运行造成阻碍。要使地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵走上有序轨道，必须从HYPERLINK"/swzx/nzj/"工程的设计、施工、运行管理等方面加以注意。(1)必须合理确定设计负荷，否则将导致地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵地下换热器的设计不合理，导致地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵运行不正常，这是建设方和设计单位均应共同注意的问题。(2)施工过程中，应尽量满足设计要求，特别是地下换热系统。若有更改，设计单位必须进行全面分析，监理单位要按照设计单位的要求对施工单位进行质量监督。(3)在运行管理中，建设单位必须注意系统的HYPERLINK"/zm/search.php?searchtype=keywords&keywords=%BD%DA%C4%DC&catid=47&typeid=0&fromdate=&todate=&ordertype=0&search=1"节能运行管理。(4)太阳能系统和地源HYPERLINK"/forum-31-1.html"热泵系统具有良好的技术性和经济性，可