一、建筑物冷、熱負(fù)荷計(jì)算
在地源熱泵系統(tǒng)選擇、設(shè)備選型及進(jìn)行地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)建筑冷負(fù)荷、熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)首先應(yīng)進(jìn)行空調(diào)分區(qū)，然后確定每個(gè)分區(qū)的冷、熱負(fù)荷，最后計(jì)算整幢建筑的總熱負(fù)荷和冷負(fù)荷。分區(qū)負(fù)荷用于各分區(qū)的水源熱泵機(jī)組的選型，總負(fù)荷用于確定熱泵系統(tǒng)主設(shè)備容量及地源熱泵系統(tǒng)需要的附屬設(shè)備的選擇。
1．建筑空調(diào)分區(qū)
一個(gè)空調(diào)分區(qū)是指這樣一個(gè)區(qū)域：該區(qū)域內(nèi)可設(shè)一個(gè)溫控器，也可根據(jù)需要設(shè)幾臺(tái)熱泵機(jī)組、幾個(gè)溫控器；該區(qū)域可由若干個(gè)區(qū)間組成，但同一空調(diào)區(qū)內(nèi)，任意時(shí)刻負(fù)荷特性必須相同，即要么都是冷負(fù)荷，要么都是熱負(fù)荷。通常在同一空調(diào)分區(qū)內(nèi)，空間用途或使用功能應(yīng)相同；溫度設(shè)定值相同；人員、設(shè)備、照明、太陽(yáng)得熱及冷風(fēng)滲透或通風(fēng)負(fù)荷相同。對(duì)于周邊區(qū)域，其朝向或基本方位應(yīng)相同。內(nèi)區(qū)或核心區(qū)不應(yīng)有明顯的外表面。對(duì)于大開(kāi)間的辦公室，即使沒(méi)有內(nèi)墻分隔，周邊區(qū)與內(nèi)區(qū)或核心區(qū)的負(fù)荷特性也不相同。與中間層相比，頂層與低層應(yīng)區(qū)別對(duì)待，因?yàn)槲蓓斉c地面的傳熱負(fù)荷及主要入口的滲透負(fù)荷，與其他層不同。在準(zhǔn)確分區(qū)前，應(yīng)提供建筑平面詳圖，包括：室內(nèi)人數(shù)、設(shè)備及照明使用情況、工作時(shí)間表及在建筑中所處的方位。同時(shí)還需要明確地點(diǎn)及與設(shè)計(jì)有關(guān)的建筑法規(guī)等。
2．分區(qū)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷與冷負(fù)荷計(jì)算
建筑空調(diào)分區(qū)完成后，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)冷、熱負(fù)荷或最大分區(qū)冷、熱負(fù)荷計(jì)算。計(jì)算時(shí)需提供建筑平面圖及建筑使用情況信息。
3．建筑物熱負(fù)荷與冷負(fù)荷確定
建筑物熱負(fù)荷與冷負(fù)荷主要用于確定設(shè)計(jì)供熱工況下建筑物內(nèi)系統(tǒng)水不路最大吸熱量，以及設(shè)計(jì)供冷工況下系統(tǒng)水不路最大散熱量。其值為各分區(qū)負(fù)荷之和的峰值。將分區(qū)負(fù)荷按下樘方法進(jìn)行累計(jì)，可確定建筑物熱負(fù)荷與冷負(fù)荷：
⑴分別對(duì)設(shè)計(jì)日不同時(shí)刻的所有分區(qū)冷負(fù)荷求和。
⑵選擇設(shè)計(jì)日不同時(shí)刻總冷負(fù)荷中的最大值作為建筑物冷負(fù)荷。
⑶所有分區(qū)的熱負(fù)荷之和即為建筑物熱負(fù)荷。
二、地源熱泵系統(tǒng)類(lèi)型選擇
為了能最好地滿足項(xiàng)目的要求，必須合理地選擇地源熱泵系統(tǒng)類(lèi)型。在系統(tǒng)類(lèi)型選擇時(shí)應(yīng)考慮如下一些主要問(wèn)題。
1．地埋管地源熱泵系統(tǒng)
在現(xiàn)場(chǎng)缺乏地下水，或就現(xiàn)場(chǎng)地下?tīng)顩r而言，采用地下水地源熱泵系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)。與此類(lèi)似，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)可利用的地表水或地表水的水域范圍和深度不太適合，或者即使地下水適用，地下水的處理也許會(huì)存在問(wèn)題，地下水的抽取和排放還可能存在限制。此時(shí)應(yīng)該考慮地埋管地源熱泵系統(tǒng)。設(shè)計(jì)此系統(tǒng)要考慮下列問(wèn)題：
⑴地埋管換熱器所需的地面面積可參考表1給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。所需要的地面面積與埋管的形式有關(guān)。
⑵垂直換熱器通常用在6層以下的建筑物，以滿足所用管道的承壓要求。如果選用耐壓更高的管道，樓層可增加。但高強(qiáng)度管更昂貴且難以加工。
⑶采用水平換熱器時(shí)，建筑高度不受限制，主要考慮的問(wèn)題是埋設(shè)換熱器的地面面積。
⑷許多采用地源熱泵系統(tǒng)的商用或公用項(xiàng)目中，具有像運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、草坪和公園等地面，可供地埋管換熱器使用。
⑸除非水環(huán)路溫度總高于7.2-10℃，否則為避免管道表面結(jié)露和熱損失，水管均需保溫。除一些以冷負(fù)荷為主的大樓內(nèi)區(qū)，或位于南方的建筑外，都要考慮采用防凍水溶液。
⑹水源熱泵機(jī)組選擇時(shí)的進(jìn)水溫度，從熱時(shí)從北方區(qū)的-1.1℃到南方區(qū)的12.7℃，供冷時(shí)從北方區(qū)的32℃到南方區(qū)的40.6℃。
2．地下水地源熱泵系統(tǒng)
如果有足夠的地下水量、水質(zhì)較好，有開(kāi)采手段，當(dāng)?shù)匾?guī)定又允許，則應(yīng)考慮采用地下水地源熱泵系統(tǒng)。以下是設(shè)計(jì)此系統(tǒng)要考慮的一些問(wèn)題：
⑴地下水井的流量應(yīng)滿足建筑物最大冷負(fù)荷和熱負(fù)荷的要求。
⑵優(yōu)先考慮閉式地下水系統(tǒng)，即在地下水和建筑物水球路之間采用板式換熱器進(jìn)行換熱。
⑶如果采用開(kāi)式地下水系統(tǒng)，建筑物應(yīng)有一個(gè)注入地下水面的供銷(xiāo)層結(jié)構(gòu)，以便減少水泵的能耗。
⑷如果選擇帶有板式換熱器的閉式地下水系統(tǒng)，建筑物的高度不受限制。
⑸地下水系統(tǒng)運(yùn)行的管道必須保溫，閉式地下水系統(tǒng)的循環(huán)水路要采用防凍水溶液。
⑹采用地下水系統(tǒng)時(shí)，較大建筑物的經(jīng)濟(jì)性能比小的建筑物好。
⑺水源熱泵機(jī)組選擇時(shí)的進(jìn)水溫度，供熱時(shí)北方區(qū)的4.4℃到南方區(qū)的10℃，供冷時(shí)從北方區(qū)的23.8℃到南方區(qū)的29.4℃。
3．地表水地源熱泵系統(tǒng)
如果存在地表水或通過(guò)開(kāi)發(fā)能夠引到地表水，則應(yīng)考慮采用地表水地源熱泵系統(tǒng)，以下是設(shè)計(jì)此系統(tǒng)要考慮的一些問(wèn)題：
⑴對(duì)大型商業(yè)或公用建筑開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，需要解決大水體的排水問(wèn)題。
⑵地表水的表面面積要求不小于279㎡，深度不小于1.8m，以滿足供冷設(shè)計(jì)工況下的放熱量和供熱設(shè)計(jì)工況下的吸熱量的要求。
⑶對(duì)建筑高度沒(méi)有限制。
⑷水源熱泵機(jī)組選擇時(shí)的進(jìn)水溫度，供熱時(shí)從北方區(qū)的-1.1℃到南方區(qū)的12.8℃，供冷時(shí)從北方區(qū)的26.7℃到南方區(qū)的35℃。
三、分區(qū)水源熱泵機(jī)組選擇
一旦確定了地源熱泵系統(tǒng)類(lèi)型，就可以選擇每個(gè)分區(qū)的水源熱泵機(jī)組。首先根據(jù)機(jī)組在分區(qū)中所要安裝的校園，選擇合適的機(jī)組形式，例如：落地式機(jī)組可以安裝在外墻窗下；水平式機(jī)組可以安裝在吊頂內(nèi)；垂直式機(jī)組適合安裝在壁櫥或機(jī)房里等。然后根據(jù)以下步驟選擇機(jī)組的具體型號(hào)：
⑴根據(jù)每個(gè)分區(qū)的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷選擇熱機(jī)組。機(jī)組的制冷量不小于分區(qū)峰值冷負(fù)荷的95%，以保證機(jī)組的制冷量能夠滿足實(shí)際要求。
⑵比較機(jī)組制熱量和分區(qū)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷?？梢赃x擇大一號(hào)的機(jī)組，但機(jī)組制冷量不超過(guò)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的125%，除非熱泵機(jī)組具有多速風(fēng)機(jī)和自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的手段。
⑶在內(nèi)我或外區(qū)建筑的內(nèi)區(qū)， 一般沒(méi)有熱負(fù)荷，可以考慮采用定風(fēng)量水冷空調(diào)節(jié)器機(jī)組。在核心區(qū)冷負(fù)荷變化較大的區(qū)域，可考慮選擇變風(fēng)量水冷空調(diào)機(jī)組。
⑷水源熱泵機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)制冷工況的回風(fēng)干球溫度為27℃，球溫度19℃；標(biāo)準(zhǔn)制熱工況的回風(fēng)干球溫度為20℃，濕球溫度為15℃。
⑸進(jìn)水溫度取決于所選擇的系統(tǒng)類(lèi)型，例如，當(dāng)采用地下水作為低溫?zé)嵩磿r(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)制冷工況的進(jìn)水溫度為18℃，標(biāo)準(zhǔn)制熱工況的進(jìn)水溫度為15℃；當(dāng)采用地表水或土壤作為低溫?zé)嵩磿r(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)制冷工況的進(jìn)水溫度25℃，標(biāo)準(zhǔn)制熱工況的進(jìn)水溫度為0℃。這些進(jìn)水溫度值可作為初始設(shè)計(jì)的進(jìn)水溫度值，如果可能可用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)代替或分析計(jì)算得出的數(shù)值。
⑹如果所選熱泵機(jī)組的負(fù)荷過(guò)大，可以對(duì)服務(wù)區(qū)再分區(qū)或重新分我，以滿足熱泵機(jī)組的選擇。
⑺對(duì)每個(gè)分區(qū)的熱泵機(jī)組，根據(jù)需要研究室送風(fēng)管、回風(fēng)管及新風(fēng)管的設(shè)計(jì)和布置。
（以上選自中國(guó)制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)編寫(xiě)的《水源·地源·水環(huán)熱泵空調(diào)技術(shù)及應(yīng)用一書(shū)》，該書(shū)目前已由機(jī)械工業(yè)出版社出版，需要的讀者可與編寫(xiě)單位聯(lián)系訂購(gòu)：）
