地源熱泵空調系統的設計實例
時間:2022-01-20
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前言：本文以實際工程為例，介紹某辦公樓地源熱泵空調系統的設計。設計人員根據清華大學的DeST模擬運算軟件，對建筑進行空調全年逐時動態負荷模擬計算，并綜合考慮各種影響因素，從而確定了空調系統的設計方案，以及解決土壤熱平衡的方法與措施。
一? 工程概況及室內外參數
本工程由辦公樓(主樓)、民政樓和員工食堂組成，空調面積共32 000m ，采用地源熱泵空調系統。室內、外設計參數見表1、表2。
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二? 空調系統
2．1 冷熱源選擇計算
利用可再生地熱能作為熱泵系統的土壤耦合熱泵系統，被稱為是21世紀的一項以節能和環保為特征的最具有發展前途的綠色空調技術。本工程采用地源熱泵作為空調主要冷熱源。主樓冷負荷2974kW，熱負荷2080kW；民政樓冷負荷570kW，熱負荷399kW；員工食堂冷負荷872kw，熱負荷610kw。
因食堂使用時間與主樓、民政樓辦公時間基本錯開，故空調冷熱源按主樓及民政樓總冷熱負荷選型。總冷負荷：3544kW；總熱負荷：2479kW。
因食堂使用時間與主樓、民政樓辦公時間基本錯開，故空調冷熱源按主樓及民政樓總冷熱負荷選型。總冷負荷：3544kW；總熱負荷：2479kW。
??? 選用3臺意大利克萊門特螺桿式水源熱泵機組，單臺制冷量l170kW，輸人功率228．5kW；單臺制熱量1256kW，輸人功率276kW。
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2．3 ?空調系統
本工程冬季熱源全部由土壤換熱器提供，為保證土壤熱平衡，土壤換熱器按照冬季負荷設計，夏季不足部分由輔助冷卻塔提供。
選用3臺意大利克萊門特螺桿式水源熱泵機組。土壤換熱器夏季向主機提供3O℃，35℃的冷卻水，冬季提供1O℃／6。【=的熱源水；夏季提供空調系統冷量為2450kW，冬季提供熱量為255lkW；夏季不足部分設置一臺300t冷卻塔通過板式換熱器間接輔助冷卻，系統原理見圖1。
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冷卻塔運行策略：
(1)系統運行時，冬季及夏季負荷較小時采用地埋管就可滿足空調需要，夏季負荷很大時，主機冷凝器出水溫度達到37~C時開啟冷卻塔，地埋管與冷卻塔并聯聯合運行。達到確保使用效果和節能的目的，同時啟動冷卻塔有利于解決地下土壤換熱平衡問題。
(2)在系統運行的間歇，可以利用冷卻塔降低埋管周圍的土壤溫度。即7、8、9三個月在夜間(該季節夜間電價為低谷電價)機組停止運行的時候，可以使冷卻塔和地下埋管換熱器在無負荷狀況下串聯運行，利用冷卻塔將埋管周圍溫度較高的土壤蓄積的熱量排走，對埋管周圍的土壤進行降溫。
三? 空調全年動態逐時負荷計算分析
??? 采用DeST模擬運算軟件，對建筑進行空調全年逐時動態負荷模擬計算。夏季空調負荷計算按照系統運行時間為150d計算。本工程建筑的功能主要是辦公及食堂，空調系統采用間歇運行的方式，辦公室空調從8：OO～18：00，每天運行lOh，食堂從11：O0～14：O0，17：OO～21：00，運行7h。冬季空調負荷計算按照系統運運行1臺冷卻塔時低，設計中確定采用一臺冷卻塔。
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四? 結語
(1)在華東地區，建筑物夏季空調累計冷負荷遠大于冬季熱負荷，地源熱泵埋管區域存在熱積累，出現嚴重的冷熱負荷失衡，導致土壤溫度逐年升高，影響系統長期運行效果。因此，解決土壤熱平衡成為地源熱泵系統能否長期高效運行的技術關鍵。
(2)采用輔助冷卻復合地源熱泵系統，能很好的解決土壤熱平衡問題，同時也可有效降低系統投資，提高系統的運行節能效果。
(3)冷卻塔的數量及運行策略影響熱泵系統的經濟性，應通過經濟技術比較確定。
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