【摘 要】某市民健身中心具有制冷、采暖、供生活热水等多种需求，经多种方案比较，采用水源热泵系统作为能源供给方案，并对空调系统设计进行了论述。
【关键词】地源热泵；冷热源方案论证；空调系统
一、项目概况某市民健身中心总建筑面积约1 万㎡，地下一层，地上二层。主要功能是以运动、健身、游泳、洗浴等为主。室外场地主要是广场、绿化、车场、运动场等；能源配套方面该区域周边拥有市政热水管网（仅冬季供热）；本工程功能上的多元性对室内的热环境要求较高，既需要中央空调系统兼顾夏季供冷、冬季供热的热舒适性要求，同时还要满足洗浴生活热水、泳池加热等常年供热要求，传统的单一空调方案无法满足上述多样化要求。
二、冷热源方案论证2.1 方案比选建设初期曾对比分析过传统电制冷空调形式+燃油锅炉、空气源热泵、太阳能热水器等设计方案：传统的空调能耗多以电力消耗和一次能源消耗为主，在消耗了大量的不可再生能源的同时又排放了大量的CO 和NO等污染物，加重了对环境的破坏；燃油锅炉是北方地区解决冬季洗浴供热问题的较常用方案，但由于燃烧产物CO2 和SO2 直接向大气中排放，对周边环境影响较大；空气源热泵由于北方的冬天室外温度很低，如大连地区空调室外计算干球温度-14℃，在这种低温下，空气源热泵经常出现结霜问题和低温停机保护等，制热效率衰减很多；太阳能热水器在北方冬季受天气的影响也很大，易出现冻结问题，供热保障率低。
2.2 技术及可行性分析地源热泵系统是一种利用地球表面浅层的地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其工作原理是利用地下换热盘管与土壤进行热交换，把大地作为热泵机组的低温热源和排热场所。它由地下盘管和常规水源热泵机组组成，夏季供冷时，土壤作为排热场所，把室内冷负荷以及压缩机耗能通过地下换热盘管排入土壤中或直接用于热水加热，比传统的冷却塔散热节水，并且冷却温度低，机组的cop 值高，高效节能。冬季供热时，土壤作为热泵机组的低温热源，通过地下盘管获取土壤中热量，供给室内。
不需要设置专用热水锅炉等设备，减少CO2和SO2 排放量。
针对于本项目，地埋管热泵系统具有如下适用特点：1.地源热泵系统因其与大地进行换热，所以不受地域限制，任何地质结构包括土壤、岩石、砾石都可提取能量，不受地域限制，适应性强。
2.地源热泵只是采集地下能源，打孔之后立即回填，对地质结构不会造成影响，所以政府不与干预，不用报批任何手续，施工方便。
3.地源热泵系统的地下换热器材质为高强度聚乙烯树脂管材（pe 管）此材质可保证较长时间内不腐烂、不变质，使用年限长。
4.地源热泵系统的能量采集系统为密闭系统，水在密闭系统中进行换热，保证了机组的清洁性，也保证了机组运行的稳定性；而螺杆机组的能量释放为敞开式的冷却塔冷却，霉菌污染以及粉尘造成的水质不洁净都会对机组的换热造成不良影响，影响机组运行的稳定性。
5.地源热泵系统的夏季冷却水的循环温差大，循环泵运行费用较常规冷却塔循环系统的运行费用低。
6.地源热泵系统的能量采集循环系统只是将管网铺埋于地下，之后可在其上填土进行绿化或建停车场等它用，能够有效利用空间。
2.3 经济性分析本项目前期的初投资及运行费用估算如下： 设定大连地区平均电费为0.86 元/度，燃油价格定为4.8 元/ Kg；夏季：大连地区制冷期90 天,全天运行12 小时,由于夏季的多数时间主机是处于部分负荷状态，本文参考《公共建筑节能设计标准》【3】中综合部分负荷性能系数（IPLV）的相关规定，分别计算热泵机组在100%，75%，50%，25%负荷下的性能系数以及运行小时权数，并据此计算出机组的用电负荷。
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夏季热水可采用全热利用方式制备,即利用空调冷凝热直接制备热水,热水费用为零；过渡季：大连地区过渡期150 天,这个期间热泵机组运行主要是担负生活热水的负荷，根据前述计算书，按开启一台热泵机组，每天运行3 个小时计算；冬季：大连地区取暖期120 天,全天运行16 小时,机组根据室外温度变化进行调节，设同时使用运行系数为0.7；计算结果：本项目热泵系统热泵机房加室外地源井施工部分单位面积造价约为450 元/㎡，运行费用约70 元/㎡/年。
三、空调系统设计3.1 设计计算参数及负荷（1）夏季：空调室外计算干球温度28.4℃，空调室外计算湿球温度25℃，通风室外计算干球温度26℃,室外风速4.3m/s。
（2）冬季：空调室外计算干球温度-14℃，空调室外计算相对湿度58％，通风室外计算温度-5℃，室外风速5.8m/s。
冷热负荷计算结果：（1）空调总冷负荷为 1216kW，面积冷指标为109 W/m2；（2）空调总热负荷为914.2 kW，面积热指标为82 W/m2；（3）洗浴生活热水全天用水约20m3,按进水温度4℃，出水温度55℃，全天8 小时加热,则洗浴热水热负荷为148.2 kW；（4）泳池体积为25mx12mx1.8m 长x宽x 深），平均水温27℃，则维持热负荷为122 kW统计（2）、（3）、（4）项热负荷，则本工程冬季设计热负荷为1184.4 kW，其中（3）、（4）项热负荷270.2kw 为全年热负荷。
3.2 末端系统形式（1）一层大厅、泳池及洗浴采用地板辐射采暖系统；（2）一层咖啡厅、休息室等采用风机盘管+新风的空调系统；大空间游泳池采用直流式空调系统满足不同季节除湿；篮球馆采用一次回风全空气空调系统；洗浴、更衣间采用直流式空调系统；（3）二层VIP 健身房间、营养吧等房间采用风机盘管+新风的空调系统；乒乓球室采用吊机+新风的全空气系统；（4）三层有氧操、瑜伽等小房间采用风机盘管+新风的空调系统；器械训练室采用吊机+新风的全空气系统；多功能厅采用一次回风全空气空调系统。
3.3 设计选型本工程选择三台单螺杆水源热泵机组(环保冷媒R134a)，其中一台机组全年均高温制热工况运行，冷凝侧全年均生成高温热水(55℃/50℃)，提供生活热水加泳池的热负荷。
机组蒸发侧冬季与地埋管侧相通，从土壤中吸热，地埋管循环温度为8℃-3℃；夏季蒸发侧与空调冷冻水系统连接，冷冻水循环温度为12℃-7℃，依靠回收建筑物的余热产生生活热水。另外两台热泵机组为标准制热工况运行，冬季为建筑物提供热负荷，冷凝侧参数为 45℃-40℃，蒸发侧与地埋管侧相通，从土壤中吸热，循环温度为8℃-3℃；夏季为建筑物提供冷负荷， 蒸发侧参数为7℃-12℃，冷凝侧与地埋管侧相通，从土壤中放热，循环温度为25℃-33℃。全天热水用量按60m?进行计算，考虑在冬季可以用夜间低谷电制备热水以节约能耗，水箱体积按小时最大热水用量设计，水箱体积按全天用量的三分之一考虑为20 m?。
3.4 地埋管系统设计本工程室外系统设计为双U型管垂直地埋管式换热系统。考虑安全及备用因素，设计打孔数量为200 个，孔深100 米，间距5m。
地源井共分五组,每组40 口井，每组再分为5个小支路，每个支路按行进行分配，各支路及进出水管均加装截止阀,按同程式设计。地源井总干管采用异程式设计,接各组分配器的供水管设截止阀,回水管设截止阀和静态平衡阀。室外埋管换热系统占地约5500m2，地埋管埋管水平干管辐设深度在室外地面3.0 米以下，施工后地面可做停车场和绿化，不影响使用。
四、结论对于同时具有制冷、供暖、供生活热水等多种功能的项目，经综合论证，采用地源热泵系统可以解决传统能源方式或制冷、或制热的单一性，并因其利用可再生能源，具有高效、节能、环保等优点，有效地减少了有害物的排放，推动了绿色空调技术的发展。
参考文献：[1]蒋照能，刘道平，主编．水源·地源·水环热泵空调技术及应用．北京：工作机械出版社，2007.
论文作者:刘洋
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿
论文发表时间:2015/9/10
标签：机组论文; 负荷论文; 室外论文; 系统论文; 温度论文; 空调系统论文; 热泵论文; 《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿论文;