徐州云龙湖科技住宅项目辐射空调系统设计

王树超

北京金茂人居环境科技有限公司

1 工程概况

本项目位于徐州市韩山区，该地块建设用地面积为64322.27 m2，总建筑面积为189780.99 m2，其中住宅建筑面积138288.2 m2，共18 栋高层住宅，分别为19层、22 层、23 层、24 层和25 层。

本项目采用基于毛细管辐射空调末端的温湿度独立控制空调系统，冷热源形式为土壤源热泵系统+辅助冷热源；末端采用毛细管辐射末端+置换送风系统。

2 设计参数

2.1 室外设计参数

室外设计参数、室内设计参数[1]如表1、2 所示。

表1 室外设计参数

表2 室内设计参数

3 空调冷热源系统设计及冷热负荷计算

利用DeST 等成熟软件，根据室内设计参数、建筑热工参数以及全年气象情况，对本项目空调冷热负荷进行逐时模拟计算分析[2]，通过建模计算，得出项目最大冷热负荷以及累计供冷量与供热量。本项目的夏季空调总冷负荷：8360 kW，冬季空调总热负荷：6149 kW。负荷分析结果见图1。

图1 全年负荷分析及冷热负荷特性

本项目利用地源热泵作为主要的空调冷热源，为整个项目提供空调冷热水。根据以往工程经验，以及实际运行情况，地源热泵供暖占比宜控制在50%～80%之间较为经济。且受场地限制，地源孔最终确定孔数为825 个。地下埋管换热器采用钻孔垂直埋管，钻孔间距4.5 m，有效深度设计为100 m，布置于车库地下室区域内。所有地下埋管换热器采用双UDe25 垂直埋孔[3]，钻孔单位延米换热量：夏季工况58.61 W/m，冬季工况46.05 W/m。

地埋孔换热系统按照提供60%的的冬季空调供热量、提供40%的夏季空调供冷量来确定，需要增设辅助冷热源来保证项目供冷、供热需求。项目具体冷热源机组配置如下：

设置2 台变频螺杆式地源热泵机组（制冷量1745 kW，制热量1969 kW)+2 台变频离心式冷水机组（制冷量2583 kW）+2 台真空燃气热水锅炉（制热量1400 kW），共同承担本项目冷热负荷。热泵机组、单冷机组均设置于车库地下一层的地源热泵机房内。与单冷机组配套设置两台开式冷却塔，放置于首层地面，远离住宅同时设置隔音降噪措施。

辅助真空燃气热水锅炉设置于车库地下一层的锅炉房内，空调冷热媒设计参数见表3，真空燃气锅炉供回水温度为40/33°C。

表3 空调冷热媒设计参数

4 空调末端系统形式

住宅户内空调形式为毛细管辐射系统+置换通风，当住户对应下一层为非空调区时同时设置地板辐射供暖系统，首层大堂设风盘。

5 空调水系统设计

空调冷热水一次水为变流量一级泵系统，毛细管水系统与冷热源水系统采用板式换热器间接连接，板式换热器设在各栋住宅的地下一层科技系统换热设备机房内。夏季一次侧水温6/13°C，二次侧17/20°C。冬季一次侧水温40/33°C，二次侧35/30°C[4]。板换二次侧温度及温差可根据末端负荷变化情况适时调整。

单体的空调水系统竖向采用两管制异程式系统。考虑到末端毛细管承压能力，二次侧水系统纵向分为高、低2 个区，其中8#1 层～11 层为低区，12 层～22 层为高区。1#3#5#1 层～12 层为低区，13 层～23 层为高区。6#15#16#20#1 层～10 层为低区，11 层～19 层为高区。7#9#10#11#12#17#18#19#1 层～13 层为低区，14 层～25 层为高区。新风机组和板换机组一次侧水系统不分区。新风机组一级表冷器接空调一次水系统，直膨段（及再热段）接二次侧空调水系统。

6 空调风系统设计

本工程的空调系统，新风夏季承担去除全部室内湿负荷的任务，冬季则承担给室内加湿的任务。住宅新风系统纵向分为两个区，其中8#1 层～11 层为低区，12 层～22 层为高区。1#3#5#1 层～12 层为低区，13 层～23 层为高区。6#15#16#20#11 层～10 层为低区，11 层～19 层为高区。7#9#10#11#12#17#18#19#1 层～13 层为低区，14 层～25 层为高区。低区新风机组设置于地下一层新风机房内，高区新风机组设置于屋面。

新风机组为双冷源，一级表冷器为水冷表冷器，由冷热源夏季提供6/13°C的冷水，冬季提供40/33°C的热水。二级表冷器为直膨式表冷器，由单体板换机组二次侧供水将深度除湿热量带走，同时二次水提供新风机组再热段热量。夏季送风状态参数为干球温度16°C，热量。夏季送风状态参数为干球温度8 g/kg，冬季送风状态参数为干球温度22°C，相对湿度逸40%，经风管送至户内。

7 空调系统的自动控制

1）机房群控：空调冷热源系统采用群控方式实现。冷热源系统的群控由热泵机组/冷水机组负荷率法实现，根据运行时间基本相等的原则，均衡各设备的运行时间，延长各设备的使用寿命

2）空气处理机组：由于本工程新风负担室内除湿任务，因此新风变化不能仅根据室内温度来判断，需要根据室内温湿度综合判断，在保证室内不结露的情况下适度改变送风量。空调机组表冷器回水管上设置电动二通阀，控制空调机组冷热媒供应量。在加湿器进水管设电磁阀，根据送风相对湿度控制加湿水量。

3）毛细管辐射系统控制：根据二次侧供水温度控制一次侧回水管路上的电动两通调节阀的开度，维持二次侧供水温度的恒定。二次侧循环泵采用变频控制。根据最不利用户的进出口压差控制二次侧循环泵的转速。毛细管辐射系统结合防结露控制采用分环路的电磁阀控制。各空调房间设置温度露点开关，温度露点开关联动毛细管水系统各支路上的电磁阀通断，实现房间温度控制和辐射表面及管路的防结露保护。

8 空调系统节能设计

空调冷热负荷采用动态能耗计算。机组的选型按照逐时负荷最大值选取，总装机容量不超过计算负荷的10%。采用热回收新风处理机组，制冷显热回收效率大于60%，制热显热回收效率大于65%。过渡季能耗降低措施：过渡季免开制冷主机直接利用室外新风消除室内余热余湿，过渡季全新风运行，制冷季初期在室外湿球温度合适的情况下，直接利用冷却塔制取高温冷水免费供冷。

9 结束语

辐射空调系统作为一种更舒适、更节能的空调系统，在科技住宅项目取得了良好的应用效果，通过本项目的设计工作总结如下经验：1）辐射空调末端既满足供冷又满足供暖功能，因此采用地源热泵作为冷热源优势明显，地源供热占比宜控制在60%～80%较为经济合理。2）空调水系统需合理分区，避免毛细管末端超压，风系统宜根据建筑层数合理分区，避免风井过多占用建筑面积。3）送风及回风管井内立管风速宜控制在5 m/s 以内，户内送、回风支管风速宜控制在2.5 m/s 以内，避免户内产生噪声，同时方案阶段应注意热泵机房、锅炉房、冷却塔等布置位置，需避免对住宅内噪声影响。4）辐射空调负荷需精确计算，避免户内毛细管席面积设计过多或过少。辐射末端的设计需兼顾安全性、合理性和经济性。当前辐射空调系统科技住宅项目发展较快，对系统的设计思路仍需继续研究优化。