山西某商场复合式地源热泵中央空调系统简介

           山西某商场复合式地源热泵中央空调系统简介

           美国汇中戈特尔空调有限公司 林伟华 管昱杰

摘要：复合式地源热泵（冷却塔+地埋管换热器）系统选用两台空调主机，其中一台地源热泵机组用于冬季供热，埋孔数量要与其相匹配；夏季制冷时，另一台机组与其共同运行，为建筑物提供冷量，冷却塔要与第二台机组相匹配。与全部采用地埋换热器的系统相比，复合式地源热泵系统所需的地埋换热器数量较少，投资较低，适用于夏季负荷较大，冬季负荷相对较小的空调系统，值得推广应用。
关键字：复合式地源热泵 地埋管换热器 冷却塔

Abstract：Hybrid ground source heat pump (cooling tower + ground pipe heat exchanger) systems use two air-conditioned hosts, in which a mesa-source heat pump units for winter heating, the number of holes to be buried with their match; summer cooling, another Taiwan unit with a common operation, for the buildings to provide cooling capacity, cooling tower unit with the second match. With the buried heat exchanger used in all systems compared to hybrid ground-source heat pump systems require a small number of underground heat exchanger, lower investment, suitable for larger load in summer and winter load a relatively small air-conditioning system , is worth popularizing.
Keywords: hybird ground-source heat pump, closed loop ground coupled  heat exchanger, cooling tower

 
1.工程概况

    本建筑为山西某6层商场建筑，每层建筑面积为4000m2,总建筑面积为24000m2左右。本工程采用复合式地源热泵（冷却塔+地埋换热器）空调系统。夏季利用两台热泵为商场提供冷量，冬季利用地源热泵为商场提供热量。本工程自2008年6月开始投入使用，经过一年的用户使用，达到最初设计目的，得到了用户的好评。

2.空调系统计算参数及参考资料

1） 空调计算设计参数

2）设计所采用的相关国家标准和规范
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019－2003
《建筑设计防火规范》GB50045--95
《通风与空调工程施工质量及验收规范》GB50243－2002
《地源热泵系统工程技术规范》GB50366－2002

3.空调室内温度

4.空调系统设计

4.1甲方的要求
1）空调系统需设置节能、环保、经济的冷热源实现冬季制热、夏季制冷。
2）空调机组在运行中能效比高，运行费用较低。
3）空调系统初投资要低。
4.2空调系统分析
    根据甲方提供的设计要求，我们通过反复论证，选用复合式地源热泵系统为本商场提供冷量和热量。
空调主机的确定
1）空调系统负荷的计算
本工程使用功能为商场，经过冷热负荷计算
其夏季的建筑负荷指标为Ql=140w/m2
冬季的建筑负荷指标为Ql=65w/m2
夏季的装机容量为Qzl=140w/m2x24000m2=3360kw
冬季的装机容量为Qzl=65w/m2x24000m2=1560kw
    综上考虑工程投资成本，及满足冬季制热夏季制冷的目的，通过负荷计算，选用两台螺杆式机组。
    其中一台地源螺杆式空调机组的型号为LESR-540.2BG2;满足冬季的制热问题， 在夏季时空调负荷较大，需要地源热泵空调机组和另一台空调机组LESR-420.2BG2共同运行，为商场室内提供冷量。

2）地源热泵空调主机参数

4.3室内空调系统的确定
    本工程每层的建筑面积约为4000m2,使用面积约为3400m2,其空调负荷指标经过计算（含新风负荷），
1）夏季的室内单位空调负荷指标按qL=180w/m2计算，
    则每层夏季的室内空调负荷Q=3400m2x180 w/m2=612kw,由于商场内部对噪声要求不是很高，采用风机盘管FP-170，则满足夏季负荷时，每层所需风盘FP-170数量：N=612000W/7524=81台
风机盘管FP-170的技术参数为

2）冬季的室内单位空调负荷指标按qL=90w/m2计算，
每层冬季的室内空调负荷Q=3400m2x90 w/m2=306kw
则每层所需的风机盘管FP-170数量N=306000W/10769=29台
综合考虑室内每层风盘的数量为81台。商场总共为6层，则总风盘数量为:Nz=81x6=486台
4.4室内新风、排风系统的确定
1）根据甲方提供商场每层流动人数约为650人左右，每人的新风量按15m3/人计算，则每层的总新风数为Qx=650人X15m3/人=9750m3
综合考虑选用两台5000m3/h新风机组

其5000m3/h新风机组的参数为

2）排风量的参数为：

5.室外换热系统

5．1 地埋管换热系统  
本商场在冬季时运行地源螺杆机组LESR-540.2BG2一台，即可满足室内的热量要求，需要地下换热器提供能量；夏季运行时则需要两台空调机组LESR-540.2BG2和LESR-420.2BG2共同运行满足商场室内的冷量要求，由地下换热器+冷却塔共同释放室内的热量。
与地源热泵螺杆机组LESR-540.2BG2冬季供暖相匹配的钻孔数量：
根据选用的空调主机的冬季制热量为1828.5kw，冬季从土壤吸收的热量,

                   KW
Q2＇——冬季从土壤吸收的热量，kW
Q2——冬季设计总热负荷，kW
COP2——设计工况下地源热泵机组的能效系数
一般情况下，冬季能效系数4.17左右；
Q2＇=1828.5X（1-1/4.17）=1390kw
根据测试数据：钻孔的冬季换热能力为每延米45w/m,深100m，则冬季每个钻孔的换热量为4.5kw。
冬季所需钻孔数量：N2=1390÷ 4.5=309眼
与地源热泵螺杆机组LESR-540.2BG2夏季工况相匹配的钻孔数量：
夏季室内负荷为1913.9kw。其地埋管夏季向土壤排放的热量，

                   KW
其中Q1＇ ——夏季向土壤排放的热量，kW
Q1——夏季设计总冷负荷，kW
COP1——设计工况下地源热泵机组的制冷系数
一般情况下，地源热泵机组的夏季制冷系数5.1左右；
则 Q1＇=1913.9X（1+1/5.1）=2297kw
根据测试数据：钻孔的夏季换热能力为每延米60w/m,深100m,每个钻孔的换热量为6kw。
夏季钻孔数量的确定：N2=2297÷6=382眼，
冬季钻孔数量为309眼，夏季钻孔数量为382眼，综合考虑共设计钻孔382眼，其中20眼井为一组小系统，总共19组，另2眼为一个小系统，共20个小系统分别接入集水器和分水器。（分成多个系统，在地下管道某处泄露时整个地埋管系统不会瘫痪）。
5.2室外冷却塔的确定
    在夏季时，螺杆机组LESR-540.2BG2和LESR-420.2BG2共同运行，冷却塔只承担LESR-420.2BG2机组的散热量，其制冷量为1488.1kw，冷却水流量为305.7m3/h。
冷却塔的设计流量为Q=305.7m3/hX1.25=382m3/h，选用NCT250冷却塔两台，单台水流量195 m3/h。

6.空调系统自动控制

1）冬季工况下，水泵和空调主机的控制：系统启动时，用户侧及地源侧水泵启动后空调主机启动运转；系统关闭时空调主机先停止运行，地源侧水泵、室内侧水泵延时几分钟停止运转。
2）夏季工况下，水泵、空调主机和冷却塔的控制：系统运行时，室内水泵、冷却水泵、地源侧水泵和冷却塔启动运转后空调主机启动运行；系统关闭时空调主机先停止运行，地源侧水泵、冷却水泵、空调室内侧水泵和冷却塔延时几分钟停止运转。

7.空调运行分析

    本工程在运行费用方面：根据甲方提供的部分电费的统计，在夏季时空调系统的运行费用在15-18元/m2左右，在冬季时空调系统的运行费用在17-19元/m2左右。对运行效果和运行费用业主比较满意。

8.结束语

    从本工程的运行分析，其空调系统运行较为稳定，达到了当初设计的目的，在工程投资相对较少又无其他冷热源的情况下，可以考虑采用复合式地源热泵（冷却塔+地埋换热器）空调系统。这种系统可以减少地埋换热器的数量，在冬季能为建筑提供热量，在夏季能利用冷却塔和地下换热器共同提供冷量，复合式地源热泵值得推广利用。