续红军 （安徽地平线建筑设计有限公司，安徽 合肥 230000）

在我国城市化建设进程不断加快的背景下，城市环境的承载能力问题逐渐凸显，城市生态环境问题已经成为发展过程中的主要问题。在城市建筑中，暖通系统需要消耗大量的能源，是建筑工程中的能源消耗主体部分。为此，关于暖通设计中的节能技术研究不断加深，将绿色节能技术加入到暖通设计中，能够降低暖通系统的能源总消耗量，从而节约更多的资源和能源，是我国现代绿色节能建筑中的重要发展方向，对于解决我国当前所面临的环境问题具有重要的意义，是实现可持续发展战略的必然举措。项目2016年开始设计，2018年投入使用，获得用户好评。

1 工程冷热源系统设计

1.1 工程概况

项目位于合肥市政务区岳西路与庙港路交口西南角。项目用地面积5.6万m，总建筑面积 18.3万m，容积率 2.5，绿地率40%。项目产品类型分为高层住宅、小高层住宅、多层住宅、配套公共服务设施、商业以及幼儿园。其中1#～5#、14#、17#、18#为高层住宅，6#～13#、15#、16#为多层及小高层住宅。限于篇幅，本次设计项目详述冷热源机房和有代表性的住宅18#楼（32层）的暖通设计特点。

1.2 冷热源系统设计

①根据能耗模拟软件计算夏季供冷和冬季供暖能耗，见表1。

夏季供冷和冬季供暖能耗 表1

②本项目夏季空调能耗3236 MW·h，冬季供暖能耗3999 MW·h。

供暖时热泵机组 COP：（968×2+1280+1330）/（197.4×2+261+281）=4.8；

制冷时热泵机组 COP：（932×2+1215+1280）/（143.6×2+191+206）=6.3。

冬季供暖，整个小区供暖能耗3999MW·h，热泵制热效率4.8，地源井吸热量为 3999×（1-1/4.8）=3166MW·h。

夏季供冷，整个小区空调能耗3236MW·h，热泵制冷效率6.3，地源井散热量为3236×（1+1/6.3）=3749MW·h。

夏季往地源侧散热量要大于冬季取热量，如果没有其他措施，会导致地源侧土壤温度失衡。为了保持土壤热平衡，采用冷水机组+冷却塔，在夏季进行补充散热。故本项目采用复合式土壤源热泵系统，冬季空调热负荷全部由土壤热泵系统承担，夏季空调负荷部分由土壤源热泵系统承担，部分由冷却塔承担。

③本项目热泵机房设置于地库内，选用2台高温地源热泵机组、1台常温地源热泵机组、1台磁悬浮地源热泵机组及1台常温冷水机组。高温机组负责住宅低区天棚辐射系统，夏季供回水温度18/21℃，冬季供回水温度31/28℃；常温机组负责住宅高区天棚辐射及新风系统，夏季供回水温度7/12℃，冬季供回水温度45/40℃。

冷却塔选用根据机组容量配置方形横流式冷却塔1台，冷却水量500m/h，置于4#楼屋面，冷却水供回水温度为32/37℃。

土壤热平衡措施：冬夏季土壤能量不平衡约3749-3166=583MW·h，冷水机组额定制冷量2117kW，即冷水机组运 行 时 间 583×1000/2117=275h，约12d，可满足热平衡。所以利用冷水机组+冷却塔，可以满足地源热泵土壤热平衡的要求。

2 地源侧与末端系统设计

2.1 地源侧系统设计

①本工程共设地源井800口，布置在地库底板之下。垂直地埋管采用DN25双U管，有效深度100m，孔间距不 小 于 4.5m×4.5m，钻 孔 直 径 为130mm；井内回填材料导热系数应不低于钻孔外岩土体的导热系数。

②根据场地情况，二级分集水器分布于地库四周。共分为50对二级分集水环路。地埋管环路两端分别与相对应的供、回水环路的分、集水器相连接，并采用同程式布置。

③因土壤换热器地下热阻，运行份额，连续脉冲负荷引起附加热阻、土壤热扩散等因素造成土壤温度变化，因此设计选择1个钻孔垂直埋设2个温度探测器（30m，70m）实时监测土壤温度变化，以便及时调节系统运行模式保证土壤热平衡，监测点采用设置在防护套管内的测温线采用Rvvp4×0.25，接至地源热泵机房。地源热泵机房内一级分水器的进水总管上设静态流量平衡阀，保证环路流量在任何压差下保持恒定，确保换热效果，一级集分水器上设冲洗用旁通支管。

天棚、新风区供冷热情况 表2

图1 地埋管示意图

图2 测试井布置位置

2.1.1 土壤换热器系统冷量计算

在热泵机房土壤换热器系统中设置逐时温度传感器，流量稳定，可计算出逐时能量，在空调系统供暖和制冷的过程中，可以计算出向土壤释放和吸取的热量，根据计算的结果，可以分析出每年土壤取热情况，结合地温变换可以清楚地掌握地下土壤的传热特性和温度变换情况，对系统的温度可靠运行提供保障，再通过冷却塔散热补充，保障土壤热平衡。

2.1.2 地源侧冷却水回水温度监测系统

在空调系统地源侧冷却水管路中设置温度监测传感器，当地源侧冷却水回水温度过高时，立即切换冷却塔冷却水系统运行模式，有效保障地源侧空调系统能够稳定有限运行，保障土壤热平衡。

2.2 末端系统设计

①住宅采用天棚辐射供暖及制冷，对于层数大于18层的高层住宅，17层以下为低区系统，17层及以上为高区系统。夏季辐射制冷水温为18/21℃，冬季辐射供暖水温为31/28℃。立管及各户分集水器设置于公共管井内。低区天棚水由机房直接提供，高区天棚水由机房低温水与各楼栋屋面板换机组换热后，由板换机组提供。各立管顶部设自动排气阀，底部设置泄水管。各楼栋底层设置地板采暖，分集水器设置于本层公共管井。

②天棚辐射系统每户单独设置分/集水器控制流量，同一分/集水器下各回路长度宜接近，客厅与卧室不宜公用回路。分/集水器各回路回水支管设置恒温控制阀通过埋地线与室内温控器连接。各分/集水器前端设置热量表。

③住宅设置集中式新风处理机，高层住宅在屋面和地下一层分别设置带有全热回收的新风机组，分别从高低区两个方向送风。住宅低区系统新风由地下一层设备机房内热回收空住宅设置集中式新风处理机，高层住宅在屋面和地下一层分别设置带有全热回收的新风机组，分别从高低区两个方向送风。夏季供回水温度7/12℃,冬季供回水温度45/40℃。新风机组设有过滤段、表冷段、加湿段、热回收段、送回风段等功能段，对新风进行加热、制冷、加湿、除湿等处理。

④室内采用地板送风，起居室、客厅和卧室通过垫层内风管获得较为新鲜的空气，每户设置独立的分风箱，分风箱设置于独立管井。房间之间回风通过门缝渗透。在卫生间及厨房设置回风立管及回风口。

3 经济分析

供暖时系统COP：（968×2+1280+1330）（/197.4×2+261+281+45×2+22×2+55×2）=3.8；

制冷时系统COP：（932×2+1215+1280+2117）（/143.6×2+191+206+404.6+45×2+22×2+55×2+55）=4.67。

冬季供暖，整个小区供暖能耗3999MW·h，系统制热效率3.8，耗电量为3999/3.8=1052MW·h；夏季空调，整个小区供冷能耗3236MW·h，系统制冷效 率 4.67，耗 电 量 为 3236/4.67=692.9MW·h；

合计1052+692.9=1744.9MW·h。

如果利用常规分体空调制冷及供暖，分体空调按能耗比3.4计算，全年空调+供 暖 电 耗 为 3999/3.4+3236/3.4=1176+951=2128MW·h，地源热泵节能量为 2128-1744.9=383.1MW·h，节能率为383.1/2128=18%。

4 结语

综上所述，本文详细阐述了住宅用地源热泵及辐射供冷（暖）的设计思路及过程，给读者提供如何在住宅设计中利用可再生能源的新形式。工程竣工投入使用3年多来，获得很多好评，项目设计在2019年获得安徽省暖通专业创新设计二等奖。提供多种现代绿色节能技术在暖通系统设计中的应用，希望可以对我国建筑工程行业起到一定的借鉴和帮助作用，从而降低建筑能源总消耗，缓解我国能源紧张的社会问题，提高建筑运行经济效益。

图3 监测井坡面与土壤换热器井内温度探头示意图

图4 天棚辐射及新风管结构示意图

图5 盘管结构示意图

图6 新风支管平面布置图