象山影视城（后勤服务区）综合办公楼地源热泵设计

文武 杨爱民 周婷婷

1. 中国联合工程有限公司 浙江 杭州 310052

2. 宁波东源节能科技有限公司 浙江 宁波 315000

1 工程概况

浙江广电影视基地二期为基地的后勤配套用房，其中1#楼为综合办公楼，建筑面积约约9822m2，地上5 层，建筑高度23.2m。3#楼为辅助楼，主要为演员排练及淋浴等功能，总建筑面积约约4104m2，地上2 层，建筑高度15.15m。

本文主要介绍1#楼空调冷热源地源热泵系统及相关的暖通设计[1]。综合办公楼集中空调冷负荷综合最大值为1050kW，单位空调建筑面积冷指标为107W/m2；热负荷600kW，单位空调建筑面积热指标为61W/m2；该项目为EPC总承包项目，综合办公楼空调通风工程投资概算为604万元，单方面积空调通风造价约为615元/m2。

2 暖通空调系统设计要求

2.1 功能要求

通过与业主及E P C 总承包方的探讨交流，按满足DB33/1036-2007《公共建筑节能设计标准》的规定要求，本工程暖通设计以节能、环保满足绿建二星为设计目标。

根据本项目各功能的使用及运行管理实际要求，综合办公楼运行使用时间与影视基地白天开放时间同步，3#楼演员排练厅存在晚上或节假日排练使用的实际需求，指挥厅数据机房则存在24h常年供冷的技术要求。由此，结合绿色节能设计原则考量，综合办公楼采用集中空调系统设计，空调冷热源由地源热泵系统提供，机房就近设置于综合办公楼西北侧的4#楼，1#楼指挥厅数据中心则设计选用风冷型直膨式机房专用精密机组；3#楼排练厅设计采用风冷热泵型屋顶式空调机组+热水型地暖，排练厅辅助用房设计采用多联空调系统设计。

2.2 主要设计原则

1#楼空调冷热源采用复合式地源热泵系统设计，地源热泵机房就近设置于综合办公楼西北侧的4#楼，配置2台地源机组，其中一台为普通型地源热泵机组，制冷量为688.3kW，制热量为688.4kW，另一台为高温全热回收地源机组，制冷量为381.4kW，制热量为358.8kW，全热回收量为358.8kW。水泵采用两用一备，与机组一一对应。热泵主机夏季冷水供回水温度 12℃/7℃，冬季热水供回水温度40℃/45℃。根据场地实际情况，地埋管按冬季负荷埋管，夏季选配1台闭式冷却塔作为补充。系统设计满足夏季制冷+生活热水，过渡季节制备生活热水和冬季制热的需求[2]。地源热泵系统流程及机房群控系统原理图设计如图所示：

图1 地源热泵系统流程及机房群控系统原理图

3 暖通空调系统方案比较及确定

地源热泵是利用地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地能的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高，具备较高的节能性。另外，地能温度较恒定，使得热泵机组运行更可靠、稳定，保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30%～40%的供热制冷空调的运行费用。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能成为绿色可再生能源的一种常用形式[3]。地源热泵系统与其他常规空调冷热源方案比较如表1所示。

表1 空调冷热源方案比较

4 机房群控系统及能耗监测系统设计

4.1 地源机房群控系统设计

本项目地源热泵系统设计采用智能群控系统，该系统对地源机组、闭式冷却塔风机、冷却水泵、负荷侧空调水循环泵、地源侧水循环泵、热回收侧生活热水循环泵、各运行工况下的电动谍阀切换、压差旁通阀组、膨胀水箱等设备进行智能控制。群控系统制定了各种工况下的系统运行策略，确保系统满足项目在各季节、各时段不同负荷需求下的稳定高效运行，在工程实际中最大化地体现复合式地源热泵系统的可持续绿色节能特点。

4.2 空调能耗监测系统设计

监测内容：通过对机房内各设备及系统相关数据（包含各设备的耗电量、负荷侧及地源侧流量、各热泵机组进出口温度、各水泵进出口压力等）的实时收集、储存，监测系统运行状况。同时通过对大量数据的计算分析，对设备及系统各项指标包括水泵效率、机组能效比、系统能效比、输送系数进行经济运行评估，发现运行中存在的问题，以不断优化系统运行策略。

本项目参与了中国制冷空调工业协会主办，中国勘察设计协会建筑环境与能源应用分会支持的第1届 “大师杯” 高能效空调系统工程大赛，获项目优秀奖。机房通过对系统全年冷暖季运行数据进行监测分析[4]，并经合肥通用机电产品检测院有限公司实测，2021年项目实测空调制冷系统运行能效比为4.43 kW.h/（kW.h）。

5 工程主要创新及特点

本项目主要创新点及特点如下：

5.1 空调冷热源采用可再生能源设计

根据工程实际情况，从绿色节能设计原则考虑，为满足浙江省《民用建筑可再生能源应用核算标准》对项目再生能源应用设计的要求，综合办公楼空调冷热源采用再生能源设计，选用复合式地源热泵系统，根据场地实际情况，采用按冬季负荷设计地埋管系统。

5.2 选配具有冷凝热回收功能的高温型地源机组

考虑到本项目3#楼（辅助楼）存在常年生活热水需求的工程特点，根据各类负荷计算分析，选用普通型地源机组与高温全热回收地源机组混合配置，夏季运行在小负荷段时优先开启全热回收机组，在满足综合办公楼空调制冷的同时，免费向生活辅助楼提供生活热水辅助加热，极大提高了系统的综合能效性和运行经济性，实现地源热泵系统优势最大化。

5.3 地源系统热平衡设计

通过对项目空调负荷、生活热水负荷实际需求及使用特点的分析比较，确保地埋管部分全年冷热平衡的考量下，本项目夏季选配1台闭式冷却塔作为地埋系统的补充，冬季（白天）在地源机组仅能提供综合办公楼空调供热的技术条件下，另设置油气两用型双回路真空热水机组，作为确保冬季生活热水稳定供应及地埋管系统全年冷热平衡需求的技术措施。

6 结束语

复合式地源热泵系统是绿色建筑设计中暖通专业满足再生能源设计需求的主要技术措施之一。

地源热泵系统设计时，应通过工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察，以确定地埋管换热系统实施的可行性与经济性；地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量和总吸热量宜基本平衡。

该项目设计机房群控系统及空调能耗监测系统，可实现机房无人自动运行，同时通过对运行能耗监测数据的分析判定，适时调节系统运行模式，确保系统长久高效节能运行。