地源热泵系统学校类建筑应用的冷热源规划探讨

朱炜亮

(常州市规划设计院，江苏常州　213002)



地源热泵系统学校类建筑应用的冷热源规划探讨

朱炜亮

(常州市规划设计院，江苏常州213002)

摘要:从某学校的建筑特点、功能特性、使用时间的交错现象等方面，分析了学校的建筑负荷特性，通过对各冷热源方案的技术性、经济性比较，确定了地源热泵系统的冷热源方式，既节约了工程造价，又取得了较好的保温保冷效果。

关键词:学校，地源热泵，空调系统，负荷系数

0　引言

能源是人类生存和发展的重要物质基础。随着经济的快速发展，能源的消耗特别是建筑能耗急剧上升。目前，探索具有高效节能的空调系统已经成为业界的研究热点。利用浅层地热能作为冷热源进行能量转换的地源热泵系统得到了广泛的认可。本文利用江苏常州建设高等职业技术学校的案例分析，介绍地源热泵系统的冷热源在学校类建筑中的应用。

1　负荷分析

学校类建筑进行暖通空调系统冷热源配置时，应充分考虑学校类建筑的使用功能划分。该校区建筑中包含有宿舍、食堂、图书馆、教学楼、行政楼等多种类型，应充分分析各类建筑使用特点，综合规划学校类建筑冷热源。

例如表1列举的各功能建筑的使用时间和使用特点分析。

学校类建筑中各功能性建筑的使用率不高，使用时间相互交错，暑假和寒假阶段学校大部分建筑处于停止使用状态。因此在进行冷热源规划时应考虑以下特点。

表1　各建筑功能使用时间及特点

1)冷热源计算需按照使用时间段进行统一规划(不需要全部采用常规空调负荷计算)。2)食堂使用时间较短，宿舍区使用时间与其他建筑均错开，空调设计中做错峰使用考虑。3)学校类建筑应充分考虑热水需求，在进行冷热源配置时，重点考虑生产热水的效率。4)图书馆运行时间长，但在图书馆负荷计算时，充分考虑各区域的冷热需求。例如图书区域的温度要求可降低，阅览区域的温度为正常温度。5)教学楼在夏季和冬季的负荷计算时，应充分考虑到不同时使用系数和寒暑假不使用的情况，并且末端具有灵活控制功能。

通过以上分析可看出，在进行学校类建筑能源规划时，应充分考虑负荷计算的错峰、热水的需求、空调的运行与停用等。

2　工程实例分析

本项目为常州建设高等职业技术学校新校区地源热泵系统工程，冷热源机房空调供能区域包括图书馆、行政楼、创意楼、食堂和教育技术中心教学楼及学生宿舍，总空调建筑面积137 792 m2，其中食堂建筑面积14 670 m2，学生宿舍建筑面积73 000 m2，冬夏季空调逐时负荷计算结果如下:夏季平均空调逐时总冷负荷: 75 113．9 kWh;冬季平均空调逐时总热负荷:55 873．3 kWh。

1)根据本项目的空调冷热负荷，如下公式计算空调系统冬夏季换热量:Q'=Q×(1+)×η×d=75 113．9×(1+)×111170%×90=5 592 571 kWh。Q'=Q×(1-)×η×d=222255 873．3×(1-)×90%×60=2 346 678 kWh。其中，Q'为空1调系统夏季须向外界排放的热量，kWh;Q1为夏季最热月份空调运行日平均总冷负荷，75 113．9 kWh;Q2'为冬季从土壤吸收的热量，kWh;Q2为冬季最冷月份空调运行日平均总热负荷，55 873．3 kWh; COP1为热源热泵机组夏季制冷，平均实际运行能效比，5．0;COP2为热源热泵机组冬季制热，平均实际运行能效比，4．5;η1为夏季空调系统运行平均负荷系数，70%;η2为冬季空调系统运行平均负荷系数，90%;d1为夏季空调年平均运行天数，90 d;d2为冬季空调年平均运行天数，60 d。

对于学校尤其中学来说，各建筑的使用时间交错性非常明显。教学区建筑如教学楼、实验楼、图书科技楼、艺术楼等使用时间基本一致，均为白天使用，宿舍楼的使用时间正好和教学区建筑的使用时间形成互补，错时运行，食堂的使用时间仅为间断性的就餐时间，该校区采用区域性的冷热源，因此空调冷热源设计中做错峰使用考虑。设计选用螺杆式地源热泵机组共4台，1台额定制冷量1 876 kW、额定制热量为1 794 kW，另外3台每台额定制冷量为1 162 kW、额定制热量为1 109 kW，其中1台参数额定制冷量为1 162 kW、额定制热量1 109 kW的为全热回收机组，利用晚间低谷时段制卫生热水，另设一冷却塔在满负荷或平衡系统散热时开启，4台主机全部采用满液式机组，冷媒采用R134a冷媒，均须达到一级能效要求。本项目按照冬季热负荷确定打井数目，采用冷却塔、全热回收主机作为夏季空调辅助冷源，这样既减少了打井面积，节省初投资，又实现了地埋管换热系统的热平衡。

4)地源热泵系统的最终配置见表2。

表2　地源热泵系统的配置

3　结语

1)通过分析，学校类建筑的冷热负荷在进行规划后，总体负荷大大降低，大约降低20%。2)通过优化地源热泵系统配置，保证了地下热平衡，并能够充分利用地下余热作为学校热水的补充。总体来说，学校建筑功能多样，不同功用的建筑使用时间也不一样且存在明显的错峰现象，因此在设计空调系统时应优先选择区域性的冷热源，这样不仅能减少装机容量，提高机组运行效率，而且也大大减少了设备初投资及运行管理费用。同时，采用区域集中供冷(暖)、热水的形式，一个地源热泵机房提供校区各楼中央空调冷热源及所有学生宿舍生活热水，地源热泵机房至各空调建筑的冷热水管采用直埋保温管道，不设管沟，在节约造价的同时获得比较好的保温保冷效果。

参考文献:

［1］陆耀庆．实用供热空调设计手册［M］．第2版．北京:中国建筑工业出版社，2008．

［2］GB 50366—2005，地源热泵系统工程技术规范［S］．

［3］GB 50015—2003，建筑给水排水设计规范［S］．

［4］王芳．地源热泵系统实际设计应用［J］．区域供热，2014(2):98-99．

［5］刘峰，刁乃仁，李智勇，等．北方地区某中学地源热泵空调系统优化设计［J］．建筑热能通风空调，2014，33(5):162-163．

Discussion on heat and cold source planning applied in ground source heat pump system school class building

Zhu Weiliang
(Changzhou Planning and Design Institute，Changzhou 213002，China)

Abstract:From the architecture characteristics，functional characteristics，use time staggered phenomenon and other aspects of a school，this paper analyzed the school building load characteristics，through the technical and economical comparison of all kinds of cold and heat source schemes，determined the cold and heat source ways of ground source heat pump system，saved the engineering cost，also achieved better thermal insulation and cold insulation effect．

Key words:school，ground source heat pump，air conditioning system，load factor

作者简介:朱炜亮(1981-)，男，工程师

收稿日期:2015-10-22

文章编号:1009-6825(2016)01-0138-02

中图分类号:TU833

文献标识码:A