太原市某住宅小区地源热泵空调系统方案探讨

刘岳栋

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

1 概述

能源短缺和环境污染已成为全球性的两大危机，严重威胁着人类的生存与发展。随着社会经济的发展和城市进程的加快，随着我国建筑能耗总量的逐年上升，节能、环保问题开始广受关注。国家也出台了一系列政策、法规倡导建筑节能，设备节能，材料节能，不断推进及完善中国的节能事业。

2 工程概述及目标

本工程位于山西省太原市万柏林区，总建筑面积约30万m2，功能为高档住宅小区。本工程的目标是建设一个高舒适度、低能耗、健康、绿色、环保型的高档住宅小区;充分利用现有的建筑类高新技术，对其屋面、外墙、外窗、采暖、制冷、新风等进行全面系统的优化设计，从而在节约能源的前提下，满足高档住宅对高品质生活的追求。

3 空调系统方案

3.1 空调冷热负荷

太原市地属我国寒冷地区，根据建筑物的使用情况及负荷特点，住宅小区以冬季供热为主兼顾夏季供冷，按照热负荷50 W/m2、冷负荷45 W/m2进行设计。并考虑住宅使用面积大约为建筑面积的75%，经估算总热负荷为11 250 kW，总冷负荷为10 125 kW。

3.2 空调系统设计

本工程冷热源采用地埋管地源热泵机组冬季供暖、夏季供冷，住宅户内均采用风机盘管系统。

3.3 埋地管地源热泵系统设计

3.3.1 系统概述

埋地管地源热泵系统是一种以土壤作为热源/热汇的水—水或水—空气热泵系统。由埋入地下的地埋管换热器构成闭式系统，冬季从土壤取热，夏季将冷凝热散入土壤，在计算周期内全年的总释热量和总吸热量达到基本平衡，以确保不破坏大自然的生态平衡。

3.3.2 室外地埋管系统设计

采用地埋管地源热泵系统，埋管换热系统是成败的关键。根据初步了解情况，本工程所属地区100 m深度土壤没有岩石层，大部分都是粘土和砂层，打孔没有太大难度，成本相对也不高。并考虑到此种深度的土壤温度比较恒定，热泵机组的性能系数较高，而且尽量减小埋管地面面积，所以本系统设计采用U形垂直式地埋管换热系统，经过初步设计计算，需要钻2 150个100 m深的孔，孔径约为135 mm，垂直埋管管径为32;孔间距为4 m～5 m，采用矩形布置，具体定位在施工图中确定，地下埋管环路设计采用同程式，管材采用PE100高聚乙烯管。

3.4 系统优化设计

系统全自动运行，管理方便，只需设置4通切换阀门随时可供冷供热，在要求不高的情况下可不开主机，只运行水泵，利用天然冷源即可达到制冷效果。

4 与传统集中供热低温地板辐射采暖+分体空调系统经济比较

4.1 地源热泵系统

4.1.1 初投资估算

室内末端费用:50元/m2。

机房部分费用:50元/m2。

地埋管部分费用:50元/m2。

每平方米总造价:150元。

本工程概算价格:300 000×150=4 500万元。

4.1.2 运行费用

制热运行费用:3 040×24 h×150 d×0.48×0.47元/(kW·h)=2 468 966元。

0.48为负荷系数。

主机电功率3 040 kW。

电价按平均电价0.47元/(kW·h)。

每天运行24 h。

每年运行150 d。

制冷运行费用:2 025×24 h×60 d×0.48×0.47元/(kW·h)=657 850元。

0.48为负荷系数。

主机电功率2 025 kW。

电价按平均电价0.47元/(kW·h)。

每天运行24 h。

每年运行60 d。

合计地源热泵全年运行费用:3126816元，合1.489 元/(m2·月)。

4.2 传统集中供热低温地板辐射采暖+分体空调系统

4.2.1 初投资估算

地板采暖部分费用:35元/m2。

集中供热接入费及热交换站建设费:80元/m2。

分体空调部分费用:80元/m2。

每平方米总造价:195元。

本工程概算价格:300 000×195=5 850万元。

4.2.2 运行费用

集中供热制热运行费用:3.6元/(m2·月)×300 000 m2×150 d×0.75=4 050 000元。

0.75为使用面积系数。

分体空调制冷运行费用:3 616×24 h×60 d×0.48×0.47元/(kW·h)=1 174 708元。

0.48为负荷系数。

主机电功率3 616 kW。

电价按平均电价0.47元/(kW·h)。

每天运行24 h。

每年运行60 d。

合计全年运行费用:5 224 708元，合2.488元/(m2·月)。

4.3 结论

1)本工程在同时考虑制冷和制热的情况下，地源热泵系统大大优于集中供热低温地板辐射采暖+分体空调系统，初投资每平方米节省45元，运行费用每年节省210万元。通过节省运行费用可在6.6年内收回高出部分投资，以后运行费用每年可省159万元。

2)如果地源热泵系统夏季可以免费运行，运行费用节省的更多。

3)本工程地源热泵系统按照热负荷50 W/m2、制冷负荷45 W/m2设计，如果建筑节能做的更好，前期投资和后期运行费用还能够大大降低。

5 结语

埋地管地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤中的巨大能量循环再生，实现对建筑的供暖和供冷，因而运行费用较低;运行部件比常规系统少，因而减少维护，设备安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠;运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸;供冷、供热更为平稳，降低了停、开机的频率及空气过热和过冷的峰值，更容易适合供冷、供热负荷的分区;一年四季可以随时提供空调，可以随时设定室内温度，达到高要求、高标准;地埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年;设计简单灵活，安装快速。近年来，随着国际经济技术合作的不断深入和在工程中的成功运用，地埋管地源热泵系统得到了空调界人士的认可和推崇，成为了我国中央空调发展的新趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷方式。

［1］ GB 50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范［S］.

［2］ 陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［3］ 马最良，姚 杨.民用建筑空调设计［M］.北京:化学工业出版社，2003.