湖水源热泵空调设计

韩书生

（悉地国际设计顾问（深圳）有限公司，上海200433）

湖水源热泵空调设计

韩书生

（悉地国际设计顾问（深圳）有限公司，上海200433）

以高尔夫会所空调设计为例，根据全年空调冷、热负荷和卫生热水负荷，选择了三功能湖水源热泵全热回收空调系统。设计中实现了系统在供冷、供热的同时提供卫生热水，对空调系统设计加以阐述总结，以供同行在同类工程设计中借鉴。

三功能型水源热泵；绿色环保；节能高效

0　引言

地源热泵是指通过地表水、地下水或土壤为冷热源的一种绿色环保的节能空调系统。它通过与大地耦合，夏季把建筑物内热量转移到地下，而冬季把储藏在地下的热量释放出来给建筑物供暖。

地源热泵是利用了地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的空调系统。其中可以利用的水体包括地下水或地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对均衡。

所以说，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术，符合我国绿色环保、节能减排可持续发展战略。

1　工程概况

会所总建筑面积9142m2，地下一层，地上二层，建筑高度19.8m。地下层主要为会员提供各项服务的功能空间，如：更衣、足浴、淋浴及各类设备用房；一层有接待大堂、中西餐厅及工作人员办公室；二层是可以独立灵活使用的中餐包房和大会议室。

项目所在地（深圳）属夏热冬暖地区，夏季需空调供冷季节较长，冬天空调采暖期较短，一年四季需要热水供应。由于球场区属国家二级植被保护区，不允许建锅炉房有烟气排放产生环境污染，工程附近也没有热网供应，因此系统冷热源的选择对暖通空调、卫生热水加热方式设计尤为重要。

通过节能运行经济分析，结合项目地点面临龙湖水库的水资源便利环境条件，设计采用三功能全热回收湖水源热泵系统。

表1　设计可实现六种工况运行

2　设计参数、负荷计算

表2　室外设计计算参数

表3　室内设计计算参数

表4　冷热负荷

3　冷热源设计

工程夏季冷负荷为900kW。包括围护结构热、太阳辐射热、室内人体热、照明热、室内其它电子设备热、新风等各种负荷。冬季采暖热负荷234kW；常年卫生热水负荷700kW；设计采用130RT水源热泵（热回收）机组2台，湖水侧循环泵3台（二用一备），用户侧循环泵3台（二用一备），卫生热水泵3台（二用一备）；用户侧、湖水侧定压罐分别定压。卫生热水设置有蓄热水箱。

4　空调水系统设计

根据冷热负荷计算值，设计采用湖水抛管地源热泵空调系统，即湖水换热系统+水源热泵（热回收）机组＋室内空调末端系统，实现夏季制冷、冬季供暖，同时提供卫生热水。

（1）室外换热系统设计

根据工程当地湖水源的水文资料，夏季湖水温度28℃，冬季湖水温度13℃；考虑综合因素影响，设计夏季湖水设计取27℃；，冬季湖水设计取12℃；采用湖底抛管换热的方法，设计要求距湖岸10m湖底清淤处理面积约4500m2，保证抛管区域湖水深度5.5m。

夏季湖水盘管换热前后水温度32/27℃，冬季湖水盘管换热前后水温度7/12℃；抛管采用DN32高密度聚乙烯管，查计算表得排管换热为30W/m；按满足最不利工况的需要，根据负荷计算得敷管长度约为30000（1+5%）＝31500m（总换热负荷945kW）。每个盘管长度220m，共计144个盘管，抛管间距按4m设置，每个盘管施工采用混凝土块固定。

根据模拟计算分析，盘管区域冬夏季湖水温度变化±0.03℃左右，经当地水文部门审核批准，水温变化满足水资源环境保护标准要求。

湖水侧换热分析计算设计参数依据来自参与合作设计的地源热泵专业公司，这里未能提供湖水源的源侧体量换热分析。

（2）系统设计

水源热泵（热回收）机组采用二台130RT，为满足提供卫生热水需要，机组采用高温制热型配置；

制冷工况机组蒸发器供、回水温7/12℃，来自湖水盘管供冷凝器的进、出水温度27/32℃，机组卫生热水出水温55℃；

制热工况机组来自湖水盘管供蒸发器供、回水温12/7℃，冷凝器的进、出水温度40/45℃，机组卫生热水出水温55℃；

系统设置3台湖水侧循环水泵（一台备用），3台用户侧循环水泵（一台备用），3台卫生热水循环水泵（一台备用）；

用户侧、湖水侧水系统定压罐分别定压；补水采用软化水。

水系统采用一次泵变流量二管制闭式机械循环系统。

供回水干管间设置压差控制电动阀，根据系统压差变化，通过调节旁通流量使制冷机节能运行。

冷水机组出水管上均设电动阀，实现系统运行的自动联锁控制。

5　室内空调末端系统

办公、餐饮、球包、休息等用房采用风机盘管加新风系统。

风机盘管上冷、热水管出口端均设有电动阀，连接室内温控装置，自动调节室内温度。送风口采用方形散流器或双层百叶风口，回风口选用门绞式带滤网双层百叶回风口。

每层功能区设置数台新风机组，机组设有换热盘管。机组上冷、热水管出口端均设有电动阀，根据室外不同季节温、湿度变化，自动调节冷、热水流量，满足新风的送风温度要求。

新风机组吊装于走廊吊顶内,由送风支管将新风送至各功能房间。送风支管上均设轻型蝶阀。送风口根据室内装修风格不同采用双层百叶风口或散流器；新风口采用防水型带滤网单层百叶。

厨房采用全新风系统，送风口采用散流器送风口，新风口采用防雨型层百叶风口。

首层门厅入口处均设空气幕。

6　高效节能，运行费用低

（1）设备节能：采用高效换热技术，夏季湖水环路温度为25-35℃，冷凝温度低，压缩机能效比（EER）比冷却塔式高出20%；冬季湖水环路温度为5-25℃，蒸发温度较高，压缩机能效比（EER）比风冷式高出70%。若考虑室内风机功耗，空调机单机能效比EER高达4.0-6.5，比一般空调设备节能20%-40%。

（2）系统节能：冬季热泵采暖，比传统锅炉采暖费用低。一年运行费用比传统空调+锅炉节省20% -30%，比风冷和VRV中央空调节省30%-40%。如果采用变频式空调机组和水泵变频调节，系统节能将更加可观。根据行业相关资料估计，设计安装良好的地源热泵系统，平均来说可以节约用户30%-40%的供热制冷空调的运行费用。

（3）节能管理：当机组电脑板上配置通讯口时，通过中央计算机可对系统集中监控，与楼宇控制系统接口，实现设备管理自动化及能量管理自动化。一个完整的计算机集散控制系统，可根据室内人员的增减及室外阳光直射等负荷的变化而自动调整热泵制冷或供暖出力，实现节能最大化，运行费用最小化；还可设置显示和打印设备，可存储、分析各种采暖、制冷、维修等经济及技术数据，促进系统运行最优化，使运行管理节能10%-30%。

7　绿色空调、清洁环保

地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无有害燃烧产物排放，可大幅度降低温室气体的排放，保护了环境。在夏季制冷时也是将热量转移到地下，没有任何气体及热量排放到大气中，如果得到广泛应用将可以大大降低温室效应，减缓全球变暖的进程。

8　空调系统投资运行分析

根据工程需要的空调冷、热负荷及卫生热水负荷，作以下分析。

表5　水源（热回收）热泵系统特点

表6　初投资估算

表7　运行费用估算

表8　初投资及运行费

经以上分析，设计成功选择采用湖水抛管形式的地源热泵（全热回收）系统；系统夏季供冷，冬季供热，全年供卫生热水。

9　结语

地源三联供系统能制冷采暖，又能供生活热水，一机多用，一套系统可以代替常规的锅炉加制冷机两套系统。由于地源热泵运行费用低，增加的初投资可在2-5年内收回，地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.5.

[2]GB50019-2003，采暖通风与空气调节[S].北京：中国计划出版社，2009.

[3]GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.

简讯

中国华电：布局“十三五”碳排放规划

10月21日，中国华电集团公司“十三五”碳排放规划编制启动会在华电电力科学研究院召开，谋划布局“十三五”碳排放规划工作。

“十三五”时期是华电集团抓住低碳转型战略机遇、加快建设“绿色华电”的关键时期，华电集团积极谋划布局“十三五”碳排放工作，成为首家编制碳排放专项规划的中央企业。该规划将以“碳”为统领，打破传统的自下而上规划的观念，强化公司总体发展规划与碳排放规划的融合，坚持问题导向和价值导向，着重对“十三五”碳排放目标体系、碳约束下的发电结构和能效水平、企业碳排放管控体系以及碳排放峰值等重点难点问题进行深入研究，切实解决企业绿色低碳可持续发展问题。

（摘自“北极星电力网”）

W ater Source Heat Pum p（WSHP）Air Conditioning Design

HAN Shu-sheng
（CCDI(Shenzhen)Group.Co.，Ltd,Shanghai200433，China）

Taking HVAC design ofGolf Center as an example,themulti-function Water Source HeatPump system with fullheat recovery isselected based on annualHeating&Cooling and Sanitary HotWater loads.The design objective of supplying sanitary hotwater same timewith heatingand cooling isachieved and the HVAC design willbe summarizedmore specifically in order for theconvenience of refer forallcolleagues.

multi-Function water source heat pump；environmental-friendly；energy efficiency

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.020

TU831

B

2095-3429（2016）05-0082-04

韩书生（1963-），男，河南人，本科，设计总监，从事暖通专业设计工作。

2016-06-08

2016-08-30