山西某商場復(fù)合式地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)簡介

           美國匯中戈特爾空調(diào)有限公司 林偉華 管昱杰

摘要：復(fù)合式地源熱泵（冷卻塔+地埋管換熱器）系統(tǒng)選用兩臺(tái)空調(diào)主機(jī)，其中一臺(tái)地源熱泵機(jī)組用于冬季供熱，埋孔數(shù)量要與其相匹配；夏季制冷時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組與其共同運(yùn)行，為建筑物提供冷量，冷卻塔要與第二臺(tái)機(jī)組相匹配。與全部采用地埋換熱器的系統(tǒng)相比，復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)所需的地埋換熱器數(shù)量較少，投資較低，適用于夏季負(fù)荷較大，冬季負(fù)荷相對(duì)較小的空調(diào)系統(tǒng)，值得推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵字：復(fù)合式地源熱泵 地埋管換熱器 冷卻塔

Abstract：Hybrid ground source heat pump (cooling tower + ground pipe heat exchanger) systems use two air-conditioned hosts, in which a mesa-source heat pump units for winter heating, the number of holes to be buried with their match; summer cooling, another Taiwan unit with a common operation, for the buildings to provide cooling capacity, cooling tower unit with the second match. With the buried heat exchanger used in all systems compared to hybrid ground-source heat pump systems require a small number of underground heat exchanger, lower investment, suitable for larger load in summer and winter load a relatively small air-conditioning system , is worth popularizing.
Keywords: hybird ground-source heat pump, closed loop ground coupled  heat exchanger, cooling tower

 
1.工程概況

    本建筑為山西某6層商場建筑，每層建筑面積為4000m2,總建筑面積為24000m2左右。本工程采用復(fù)合式地源熱泵（冷卻塔+地埋換熱器）空調(diào)系統(tǒng)。夏季利用兩臺(tái)熱泵為商場提供冷量，冬季利用地源熱泵為商場提供熱量。本工程自2008年6月開始投入使用，經(jīng)過一年的用戶使用，達(dá)到最初設(shè)計(jì)目的，得到了用戶的好評(píng)。

2.空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)及參考資料

1） 空調(diào)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)

2）設(shè)計(jì)所采用的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019－2003
《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045--95
《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量及驗(yàn)收規(guī)范》GB50243－2002
《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366－2002

3.空調(diào)室內(nèi)溫度

4.空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1甲方的要求
1）空調(diào)系統(tǒng)需設(shè)置節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的冷熱源實(shí)現(xiàn)冬季制熱、夏季制冷。
2）空調(diào)機(jī)組在運(yùn)行中能效比高，運(yùn)行費(fèi)用較低。
3）空調(diào)系統(tǒng)初投資要低。
4.2空調(diào)系統(tǒng)分析
    根據(jù)甲方提供的設(shè)計(jì)要求，我們通過反復(fù)論證，選用復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)為本商場提供冷量和熱量。
空調(diào)主機(jī)的確定
1）空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的計(jì)算
本工程使用功能為商場，經(jīng)過冷熱負(fù)荷計(jì)算
其夏季的建筑負(fù)荷指標(biāo)為Ql=140w/m2
冬季的建筑負(fù)荷指標(biāo)為Ql=65w/m2
夏季的裝機(jī)容量為Qzl=140w/m2x24000m2=3360kw
冬季的裝機(jī)容量為Qzl=65w/m2x24000m2=1560kw
    綜上考慮工程投資成本，及滿足冬季制熱夏季制冷的目的，通過負(fù)荷計(jì)算，選用兩臺(tái)螺桿式機(jī)組。
    其中一臺(tái)地源螺桿式空調(diào)機(jī)組的型號(hào)為LESR-540.2BG2;滿足冬季的制熱問題， 在夏季時(shí)空調(diào)負(fù)荷較大，需要地源熱泵空調(diào)機(jī)組和另一臺(tái)空調(diào)機(jī)組LESR-420.2BG2共同運(yùn)行，為商場室內(nèi)提供冷量。

2）地源熱泵空調(diào)主機(jī)參數(shù)

4.3室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的確定
    本工程每層的建筑面積約為4000m2,使用面積約為3400m2,其空調(diào)負(fù)荷指標(biāo)經(jīng)過計(jì)算（含新風(fēng)負(fù)荷），
1）夏季的室內(nèi)單位空調(diào)負(fù)荷指標(biāo)按qL=180w/m2計(jì)算，
    則每層夏季的室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷Q=3400m2x180 w/m2=612kw,由于商場內(nèi)部對(duì)噪聲要求不是很高，采用風(fēng)機(jī)盤管FP-170，則滿足夏季負(fù)荷時(shí)，每層所需風(fēng)盤FP-170數(shù)量：N=612000W/7524=81臺(tái)
風(fēng)機(jī)盤管FP-170的技術(shù)參數(shù)為

2）冬季的室內(nèi)單位空調(diào)負(fù)荷指標(biāo)按qL=90w/m2計(jì)算，
每層冬季的室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷Q=3400m2x90 w/m2=306kw
則每層所需的風(fēng)機(jī)盤管FP-170數(shù)量N=306000W/10769=29臺(tái)
綜合考慮室內(nèi)每層風(fēng)盤的數(shù)量為81臺(tái)。商場總共為6層，則總風(fēng)盤數(shù)量為:Nz=81x6=486臺(tái)
4.4室內(nèi)新風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)的確定
1）根據(jù)甲方提供商場每層流動(dòng)人數(shù)約為650人左右，每人的新風(fēng)量按15m3/人計(jì)算，則每層的總新風(fēng)數(shù)為Qx=650人X15m3/人=9750m3
綜合考慮選用兩臺(tái)5000m3/h新風(fēng)機(jī)組

其5000m3/h新風(fēng)機(jī)組的參數(shù)為

2）排風(fēng)量的參數(shù)為：

5.室外換熱系統(tǒng)

5．1 地埋管換熱系統(tǒng)  
本商場在冬季時(shí)運(yùn)行地源螺桿機(jī)組LESR-540.2BG2一臺(tái)，即可滿足室內(nèi)的熱量要求，需要地下?lián)Q熱器提供能量；夏季運(yùn)行時(shí)則需要兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組LESR-540.2BG2和LESR-420.2BG2共同運(yùn)行滿足商場室內(nèi)的冷量要求，由地下?lián)Q熱器+冷卻塔共同釋放室內(nèi)的熱量。
與地源熱泵螺桿機(jī)組LESR-540.2BG2冬季供暖相匹配的鉆孔數(shù)量：
根據(jù)選用的空調(diào)主機(jī)的冬季制熱量為1828.5kw，冬季從土壤吸收的熱量,

                   KW
Q2＇——冬季從土壤吸收的熱量，kW
Q2——冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷，kW
COP2——設(shè)計(jì)工況下地源熱泵機(jī)組的能效系數(shù)
一般情況下，冬季能效系數(shù)4.17左右；
Q2＇=1828.5X（1-1/4.17）=1390kw
根據(jù)測試數(shù)據(jù)：鉆孔的冬季換熱能力為每延米45w/m,深100m，則冬季每個(gè)鉆孔的換熱量為4.5kw。
冬季所需鉆孔數(shù)量：N2=1390÷ 4.5=309眼
與地源熱泵螺桿機(jī)組LESR-540.2BG2夏季工況相匹配的鉆孔數(shù)量：
夏季室內(nèi)負(fù)荷為1913.9kw。其地埋管夏季向土壤排放的熱量，

                   KW
其中Q1＇ ——夏季向土壤排放的熱量，kW
Q1——夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷，kW
COP1——設(shè)計(jì)工況下地源熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)
一般情況下，地源熱泵機(jī)組的夏季制冷系數(shù)5.1左右；
則 Q1＇=1913.9X（1+1/5.1）=2297kw
根據(jù)測試數(shù)據(jù)：鉆孔的夏季換熱能力為每延米60w/m,深100m,每個(gè)鉆孔的換熱量為6kw。
夏季鉆孔數(shù)量的確定：N2=2297÷6=382眼，
冬季鉆孔數(shù)量為309眼，夏季鉆孔數(shù)量為382眼，綜合考慮共設(shè)計(jì)鉆孔382眼，其中20眼井為一組小系統(tǒng)，總共19組，另2眼為一個(gè)小系統(tǒng)，共20個(gè)小系統(tǒng)分別接入集水器和分水器。（分成多個(gè)系統(tǒng)，在地下管道某處泄露時(shí)整個(gè)地埋管系統(tǒng)不會(huì)癱瘓）。
5.2室外冷卻塔的確定
    在夏季時(shí)，螺桿機(jī)組LESR-540.2BG2和LESR-420.2BG2共同運(yùn)行，冷卻塔只承擔(dān)LESR-420.2BG2機(jī)組的散熱量，其制冷量為1488.1kw，冷卻水流量為305.7m3/h。
冷卻塔的設(shè)計(jì)流量為Q=305.7m3/hX1.25=382m3/h，選用NCT250冷卻塔兩臺(tái)，單臺(tái)水流量195 m3/h。

6.空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制

1）冬季工況下，水泵和空調(diào)主機(jī)的控制：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，用戶側(cè)及地源側(cè)水泵啟動(dòng)后空調(diào)主機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)空調(diào)主機(jī)先停止運(yùn)行，地源側(cè)水泵、室內(nèi)側(cè)水泵延時(shí)幾分鐘停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
2）夏季工況下，水泵、空調(diào)主機(jī)和冷卻塔的控制：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)水泵、冷卻水泵、地源側(cè)水泵和冷卻塔啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后空調(diào)主機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行；系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)空調(diào)主機(jī)先停止運(yùn)行，地源側(cè)水泵、冷卻水泵、空調(diào)室內(nèi)側(cè)水泵和冷卻塔延時(shí)幾分鐘停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

7.空調(diào)運(yùn)行分析

    本工程在運(yùn)行費(fèi)用方面：根據(jù)甲方提供的部分電費(fèi)的統(tǒng)計(jì)，在夏季時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用在15-18元/m2左右，在冬季時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用在17-19元/m2左右。對(duì)運(yùn)行效果和運(yùn)行費(fèi)用業(yè)主比較滿意。

8.結(jié)束語

    從本工程的運(yùn)行分析，其空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，達(dá)到了當(dāng)初設(shè)計(jì)的目的，在工程投資相對(duì)較少又無其他冷熱源的情況下，可以考慮采用復(fù)合式地源熱泵（冷卻塔+地埋換熱器）空調(diào)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以減少地埋換熱器的數(shù)量，在冬季能為建筑提供熱量，在夏季能利用冷卻塔和地下?lián)Q熱器共同提供冷量，復(fù)合式地源熱泵值得推廣利用。