摘要：作為一種節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種類型的工業(yè)與民用建筑。本文結(jié)合蘇州德威國際學(xué)校的地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，闡述了一種基于動(dòng)態(tài)負(fù)荷分析的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)系統(tǒng)夏季的運(yùn)行控制提供依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)負(fù)荷分析 地源熱泵系統(tǒng)

　　Abstract: as a kind of energy-saving air conditioning system, ground source heat pump system has been widely used in various types of industrial and civil architecture. This paper's international school of suzhou's ground source heat pump system design, and expounds a kind of dynamic load analysis based on the design method, and the system of summer operation control provides the basis.

　　Keywords: dynamic load analysis ground source heat pump system

　　中圖分類號(hào)： N945.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　一、工程概況

　　蘇州德威國際學(xué)校位于蘇州工業(yè)園區(qū)，分為教學(xué)樓和宿舍兩個(gè)主要建筑單體。總建筑面積約為26400平米。其中教學(xué)樓為地下一層，地上四層，總建筑面積為20419.19平米;宿舍為地上五層，建筑面積為5933.39平米。校園內(nèi)有總面積約為12000平米的橄欖球場，足球場和籃球場。教學(xué)樓一層有一個(gè)1000平米左右的游泳池。根據(jù)學(xué)校空調(diào)系統(tǒng)，生活熱水使用的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐娜細(xì)猓羝饶茉磧r(jià)格，經(jīng)技術(shù)分析比較，設(shè)計(jì)院建議業(yè)主采用地源熱泵系統(tǒng)，滿足學(xué)校的空調(diào)和熱水的需求。

　　二、全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算

　　教學(xué)樓的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：外墻(含非透明幕墻)傳熱系數(shù)0.78 W/(m2.K);外窗(含透明幕墻)傳熱系數(shù)3.00 W/(m2.K);屋頂傳熱系數(shù)0.49 W/(m2.K)

　　宿舍樓的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：外墻(含非透明幕墻)傳熱系數(shù)0.93 W/(m2.K);外窗(含透明幕墻)傳熱系數(shù)3.00 W/(m2.K);屋頂傳熱系數(shù)0.69 W/(m2.K)

　　采用HDY-SMAD空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及分析軟件(能耗分析版)V3.8對(duì)教學(xué)樓和宿舍樓進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，全年逐時(shí)負(fù)荷變化曲線圖如下(下圖扣除寒假12月11日至1月2日，暑假6月25日至8月22日的逐時(shí)冷負(fù)荷。)：

　　1)教學(xué)樓全年動(dòng)態(tài)冷熱負(fù)荷：

　　注：教學(xué)樓全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算的限定條件為：運(yùn)行時(shí)間范圍為每年1月3日至6月24日和8月23日至12月10日，8：00～17：00。

　　根據(jù)全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷圖，可知在限定的時(shí)間內(nèi)，教學(xué)樓的全年制冷負(fù)荷累計(jì)1552.8MW.H，全年制熱負(fù)荷累計(jì)1074.5MW.H。

　　2)宿舍樓冷熱負(fù)荷：

　　注：宿舍樓全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算的限定條件為：運(yùn)行時(shí)間范圍為每年1月3日至6月24日和8月23日至12月10日，18：00～7：00。

　　根據(jù)全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷圖，可知在限定的時(shí)間內(nèi)，教學(xué)樓的全年制冷負(fù)荷累計(jì)120.4MW.H，全年制熱負(fù)荷累計(jì)185.8MW.H。

　　3)教學(xué)樓加宿舍樓的冷熱負(fù)荷疊加：

　　注：全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算的限定條件為：宿舍樓的運(yùn)行時(shí)間范圍為每年1月3日至6月24日和8月23日至12月10日18：00～6：00。教學(xué)樓的運(yùn)行時(shí)間范圍為每年1月3日至6月24日和8月23日至12月10日7：00～17：00。

　　根據(jù)全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷圖，可知在限定的時(shí)間內(nèi)，教學(xué)樓的全年制冷負(fù)荷累計(jì)1673.2MW.H，全年制熱負(fù)荷累計(jì)1259.96MW.H。

　　三、土壤總得熱量與失熱量計(jì)算

　　地源熱泵空調(diào)機(jī)組制冷時(shí)的平均效率為EER=5.93，制熱時(shí)的平均效率為COP=3.79，地源熱泵熱水機(jī)組全年產(chǎn)熱水時(shí)的平均效率為COP=3.47。

　　由全年的冷熱負(fù)荷及機(jī)組的效率可知，建筑物供冷時(shí)全年向地下的累計(jì)排熱量為1955.3MW.H;建筑物供熱時(shí)全年向地下的累計(jì)吸熱量為：927.4MW.H;生產(chǎn)熱水時(shí)全年向地下的累計(jì)吸熱量為：432.54MW.H。

　　由此可知土壤的全年累計(jì)得熱量為1955.3MW.H,累計(jì)吸熱量為1354.5MW.H，土壤的累計(jì)得熱量比吸熱量多600.8MW.H，因此需配備冷卻塔。

　　四、地下熱平衡分析

　　根據(jù)土壤的總得熱量和總吸熱量計(jì)算結(jié)果，下面分別采用以下兩種運(yùn)行情況進(jìn)行分析比較。

　　(1)該系統(tǒng)冬季熱負(fù)荷及熱水的生產(chǎn)全部采用地源熱泵，夏季優(yōu)先采用冷卻塔系統(tǒng)，地埋管作為夏季調(diào)峰用，參見下圖：

　　根據(jù)上圖可知，若夏季優(yōu)先使用冷卻塔，全年總熱負(fù)荷為：1354.5MW.H(含熱水)，全年冷卻塔的總冷負(fù)荷為1307.57MW.H，全年地源熱泵總冷負(fù)荷為598.43MW.H，根據(jù)機(jī)組的效率，土壤在冬季的失熱量為1354.5MW.H，夏季的得熱量為598.43MW.H。不平衡率為：

　　ξ=(1354.5-598.43)÷1354.5

　　=55.82%

　　該種運(yùn)行模式使地下溫度場的變化比較大，不利于地下熱平衡，會(huì)破壞土壤的溫度場。

　　(2)該系統(tǒng)冬季熱負(fù)荷及熱水的生產(chǎn)全部采用地源熱泵，夏季優(yōu)先采用地埋管系統(tǒng)，冷卻塔作為夏季調(diào)峰用，參見下圖：

　　根據(jù)上圖可知，若夏季優(yōu)先使用地源熱泵，全年總熱負(fù)荷為：1354.5MW.H(含熱水)，全年地源熱泵的總冷負(fù)荷為1307.57MW.H，全年冷卻塔的總冷負(fù)荷為598.43MW.H，根據(jù)機(jī)組的效率，土壤在冬季的失熱量為1354.5MW.H，夏季的得熱量為1307.57MW.H。不平衡率為：

　　ξ=(1354.5-1307.57)÷1354.5

　　=3.46%

　　該種運(yùn)行模式使地下溫度場在短時(shí)間內(nèi)基本保持不變，長年運(yùn)行會(huì)使地下溫度發(fā)生改變。

　　五、地源熱泵空調(diào)和熱水系統(tǒng)

　　根據(jù)空調(diào)計(jì)算峰時(shí)負(fù)荷和生活熱水峰時(shí)負(fù)荷及冷卻塔的散熱負(fù)荷選擇地源熱泵空調(diào)機(jī)組和地源熱泵熱水機(jī)組和冷卻塔，系統(tǒng)流程圖見下圖。

　　六、系統(tǒng)運(yùn)行模式及地下溫度場分析

　　根據(jù)地下熱平衡的分析，采用夏季優(yōu)先使用地埋管系統(tǒng)，冷卻塔作為調(diào)峰的方案。系統(tǒng)運(yùn)行后，夏季均采用地源熱泵進(jìn)行調(diào)峰，每年3.46%的不平衡率可以通過大地的自修復(fù)能力達(dá)到平衡，可保證地下溫度場長年達(dá)到熱平衡。

　　若地埋管布置形式為：鉆井294口井，每口井間距為5m，每口井深為120m。系統(tǒng)運(yùn)行模式為夏季均采用地源熱泵進(jìn)行調(diào)峰，到了第七年冬季結(jié)束時(shí)，地下溫度升高0.06℃，溫度變化曲線參照下圖：

　　上圖是以工程竣工后夏季優(yōu)先運(yùn)行，到了第七年冬季結(jié)束時(shí)，地下溫度升高0.06℃，到第七年的冬季(圖中14點(diǎn))土壤的溫度升高0.06℃，地下溫度場基本保持不變。

　　七、結(jié)論

　　1.運(yùn)用空調(diào)負(fù)荷分析軟件對(duì)建筑物進(jìn)行全年逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算分析，有助于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的正確選型。

　　2.對(duì)土壤熱平衡的分析有助于確定夏季地埋管散熱系統(tǒng)和冷卻塔的運(yùn)行時(shí)間分配，改善土壤熱平衡情況，延長地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 《地源熱泵冷熱源機(jī)房設(shè)計(jì)與施工》 國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集06R115

　　2. 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》 GB50366-2005

　　3. 《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 暖通空調(diào) 動(dòng)力》2009年版