頻道推薦：PHNIX-芬尼克茲杯2008年度空調(diào)制冷十大評(píng)選專(zhuān)題

    頻道推薦：2008暖通制冷行業(yè)年終盤(pán)點(diǎn)

    摘要：本文介紹了上海某高級(jí)別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體情況。采用BIN法分別計(jì)算別墅全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷分布及土壤熱源熱泵系統(tǒng)全年運(yùn)行能耗。以風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)為參考，對(duì)土壤熱源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能效果做出綜合評(píng)價(jià)。

    關(guān)鍵詞：高級(jí)別墅 土壤熱源熱泵系統(tǒng) 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng) 節(jié)能效果
     

    1 引言

    隨著人民生活水平的提高和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，人們對(duì)居住環(huán)境舒適度和能耗要求越來(lái)越高。而如今自然資源的過(guò)度耗費(fèi)，自然環(huán)境的嚴(yán)重污染，迫使人類(lèi)不得不對(duì)自己所走過(guò)的道路進(jìn)行反思。1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)制定并通過(guò)了《21世紀(jì)議程》，明確指出：節(jié)能、環(huán)保是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的兩大主題。土壤熱源熱泵系統(tǒng)（GSHP）以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點(diǎn)，成為空調(diào)供暖工程優(yōu)先選擇的方案之一。

    2 GSHP系統(tǒng)的基本原理

    它以大地作為熱源（熱匯），冬季將大地中的低位熱能取出提高，對(duì)建筑供暖，同時(shí)儲(chǔ)存冷量以備夏天使用；夏季將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對(duì)建筑進(jìn)行降溫，同時(shí)蓄存熱量以備冬天使用。夏熱冬冷的長(zhǎng)江三角洲地區(qū)制冷與供暖的天數(shù)大致相當(dāng)，冷熱負(fù)荷基本相同。利用該技術(shù)可以充分發(fā)揮土壤的蓄熱作用，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的雙重功效。

    3 某高級(jí)別墅GSHP系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    3.1建筑概況

    該高級(jí)別墅群依托佘山國(guó)家旅游度假區(qū)，山體、森林、水系和綠化面積高達(dá)62%，自然資源優(yōu)勢(shì)突出。以某幢兩層獨(dú)立式別墅為例，建筑面積為950m2，功能分區(qū)明確，房間眾多包括臥房、客房、起居室、餐廳、門(mén)廳等，地下一層設(shè)有娛樂(lè)、酒吧間、健身房、酒窖等。

    3.2土壤地質(zhì)狀況

    地質(zhì)鉆探表明：佘山地區(qū)的淺層土壤是以粘土、砂粉土為主的軟土，土壤比較潮濕，地下水位較高，較適合GSHP系統(tǒng)的應(yīng)用。

    3.3室外設(shè)計(jì)參數(shù)

    夏季：室外干球溫度為34℃，濕球溫度為28.2℃，日平均溫度為30.4℃，大氣壓力為100530Pa，風(fēng)速為3.2m/s。

    冬季：室外空調(diào)溫度為-4℃，相對(duì)濕度為75％，大氣壓力102510Pa，風(fēng)速為3.1m/s。
     

    表1室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

房間 用途 夏季設(shè)計(jì)溫度℃ 冬季設(shè)計(jì)溫度℃ 夏季相對(duì)濕度％ 冬季相對(duì)濕度％ 人員密度人/m2 照明W/m2 新風(fēng)量m3/h p 起居室 高級(jí)起居 26 18 60 40 0.15 20 30 門(mén)廳 門(mén)廳 26 18 60 40 0.12 20 30 餐廳 餐廳 26 18 60 40 0.12 20 30 臥室 高級(jí)臥室 26 18 60 40 0.10 20 25 娛樂(lè) 酒吧 26 18 60 40 0.23 20 30 女傭 一般臥室 26 18 60 40 0.12 20 25

    表2房間負(fù)荷及機(jī)組主要參數(shù)表

房間 冷負(fù)荷kW 熱負(fù)荷kW 機(jī)組型號(hào) 冷量kW 耗功kW 熱量kW 耗功kW 尺寸 1F-1 起居 13.01 8.69 GEHA042 12.1 3.71 12.6 3.43 1472*638*533 1F-2 餐廳 7.95 5.77 GEHA024 7.2 2.03 7.5 1.91 1168*584*432 1F-3 客房 10.69 6.29 GEHA030 9.1 2.52 9.5 2.37 1270*635*432 2F-1 主臥 7.51 4.77 GEHA024 7.2 2.03 7.5 1.91 1168*584*432 2F-2 其他 13.68 9.68 GEHA042 12.1 3.71 12.6 3.43 1472*638*533 -1F 地下 11.02 6.25 GEHA042 12.71 3.71 12.6 3.43 1472*638*533

    注：斜體為制熱工況。

　　?“集中供熱”歷年數(shù)據(jù)分析

    ：

　　?地板輻射采暖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析之健康新選擇（圖）

　　?采暖“大比拼”選擇那款你說(shuō)了算（組圖）

　　?供熱原料上漲產(chǎn)品內(nèi)虛期待升溫（組圖）

表3埋地?fù)Q熱器基本設(shè)計(jì)參數(shù)

單位換熱量W/m 換熱量kW 管長(zhǎng)m 孔數(shù) 孔深m 計(jì)算流速m/s 孔間距m 鉆孔直徑mm 水管凈間距mm 管徑mm I II I II I II I II I II 50 34.85 35.26 697 705 6 6 58.1 58.8 0.73 0.82 4.5 110 60 25

表4上海地區(qū)2℃間隔、24小時(shí)運(yùn)行的BIN參數(shù)

BIN -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 小時(shí)數(shù)（h）
濕球溫度（℃） 12 76 168 351 524 486 440 498 521 478 428 -6.3 -5.1 -3.3 -1.6 0.1 1.8 3.8 6.2 8.2 10.0 11.5 BIN 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 小時(shí)數(shù)（h）
濕球溫度（℃） 499 589 613 616 537 718 587 36 192 77 14 13.6 15.5 17.6 19 21.4 23.8 25.0 25.8 26.4 27.0 27.4

    鑒于別墅內(nèi)房間眾多，功能分區(qū)明確，同時(shí)使用系數(shù)低?？照{(diào)系統(tǒng)采用分區(qū)獨(dú)立設(shè)計(jì)，不同房間負(fù)荷及機(jī)組配置見(jiàn)表2。外墻開(kāi)設(shè)新風(fēng)口，直接引入主機(jī)回風(fēng)靜壓箱，計(jì)算不考慮風(fēng)系統(tǒng)引起的冷量損失。

    3.5埋地?fù)Q熱器設(shè)計(jì)

    根據(jù)空調(diào)負(fù)荷分配，設(shè)置兩組地下埋管系統(tǒng)，I號(hào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)別墅地上一層需求，II號(hào)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)地下一層和地上二層空調(diào)需要。環(huán)路采用單U型豎埋管設(shè)計(jì)，同程式布置以保持環(huán)路間水力平衡。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量、阻力計(jì)算并考慮附加修正，I、II號(hào)系統(tǒng)各配置PTB40-125A循環(huán)水泵一臺(tái)。換熱器主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

    4GSHP系統(tǒng)節(jié)能效果分析

    研究人員在分析空調(diào)系統(tǒng)能耗時(shí)，多采用負(fù)荷頻率表法和滿(mǎn)負(fù)荷當(dāng)量法，這種方法雖然直觀簡(jiǎn)便，但未考慮建筑的個(gè)體特性，誤差不容忽視。本文選擇BIN法進(jìn)行別墅全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)全年能耗計(jì)算。

    4.1BIN參數(shù)

    根據(jù)1984年的氣象觀測(cè)日?qǐng)?bào)表，上海氣象局用拉格朗日插值法，生成了全年8784小時(shí)（閏年）的逐時(shí)干球溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、總云量、法向直射日射、水平面的散射日射等數(shù)據(jù)?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，上海地區(qū)2℃間隔、24小時(shí)運(yùn)行的BIN參數(shù)見(jiàn)表4，其中四個(gè)與建筑能耗有關(guān)的代表溫度見(jiàn)表5。

    表5上海地區(qū)BIN參數(shù)關(guān)鍵溫度

高峰冷負(fù)荷溫度℃ 中間冷負(fù)荷溫度℃ 中間熱負(fù)荷溫度℃ 高峰熱負(fù)荷溫度℃ 36 24 8 -6

    4.2別墅全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷

    別墅全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷見(jiàn)下圖。

別墅全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷

    4.3GSHP系統(tǒng)全年運(yùn)行能耗

    土壤熱源熱泵系統(tǒng)能耗主要包括水源熱泵機(jī)組的功耗、埋地?fù)Q熱器側(cè)循環(huán)水泵功耗、室內(nèi)側(cè)冷凍水循環(huán)水泵功耗、空調(diào)末端設(shè)備功耗。節(jié)能效果評(píng)價(jià)選擇風(fēng)冷熱泵（ASHP）為參考，以冷熱源側(cè)運(yùn)行能耗為主，不考慮室內(nèi)側(cè)循環(huán)水泵、末端設(shè)備功耗，見(jiàn)圖4、5、6。

　　?“集中供熱”歷年數(shù)據(jù)分析

    ：

　　?地板輻射采暖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析之健康新選擇（圖）

　　?采暖“大比拼”選擇那款你說(shuō)了算（組圖）

　　?供熱原料上漲產(chǎn)品內(nèi)虛期待升溫（組圖）