上海╲〞浦江智谷╲〞办公楼地源热泵空调系统设计

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1、上海“浦江智谷”办公楼地源热泵空调系统设计美意（上海）空调设备有限公司张波吴展豪摘要介绍地源热泵中央空调系统工作原理、地源热泵与顶棚辐射系统相结合的系统设计、土壤型换热器的设计。重点介绍地源热泵与顶棚辐射相结合的设计、根据上海的地质结构条件地源热泵土壤型换热器系统的设计。认为上海的地质结构条件是非常适合于土壤型热交换器形式的地源热泵系统。关键词上海办公楼地源热泵顶棚辐射系统土壤型热交换器中央空调系统0引言能源是能量的源泉，是社会发展的动力。20世纪以来，由于世界经济的发展和不断追求更高水准的生活，能源消耗的增

2、长速度远远超过了人口增长的速度。在我国建筑中提高能源利用效率，其潜力十分巨大。建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾、改善人民生活工作条件、减轻环境污染、促进经济持续发展的一项最直接、最廉价的根本措施，也是经济体制改革的一个必要的组成部分。建筑及其HVAC系统设计和运行过程中应该以舒适为目标，而不是单单考虑室内温度，以便在保证舒适的前提下提高设备动态性能及减少高峰负荷。这样做才能获得更高的能源使用效率。本文主要介绍地源热泵和楼板辐射供冷结合使用的技术。一、地源热泵系统的组成、工作原理与特点地源热泵系统主要由地源热泵机

3、组、土壤型换热器、膨胀水箱、循环水泵、室内风管、水管等组成（见图1）。地源热泵机组有水—水和水—空气两种型式。地源热泵机组与空气源热泵不同的就是主机无需放在室外。地源热泵机组可吊装于卫生间吊顶内、储藏室、地下室或室内其他隐蔽处。土壤型换热器是一个由高密度塑料管组图1地源热泵系统组成图成的闭式环路。循环介质为水或加有防冻液的水溶液。系统夏季运行时，通过地下换热管中介质的循环流动，将地源热泵机组冷凝器放出的热量散发给土壤。冬季运行时埋在地下换热管中的介质从土壤中吸收热量并将它传递给地源热泵机组的蒸发器（见图2）。

4、由于在地表两米以下的土壤基本上不受大气环境温度的影响，而常年保持恒定温度，在冬季土壤温度高于大气环境温度。夏季又远低于夏季大气环境温度。因此地源热泵克服空气源热泵的技术障碍。空调效果不受大气环境温度影响，运行稳定可靠，并且效率大大提高，更重要的是不会对周围环境产生热与噪声等污染。是国家政策极其鼓励使用的一种空调形式。图2地源热泵系统工作原理图地下埋管型换热器有以下几种埋管形式（图3）：立埋管系统，横埋管系统，螺旋埋管系统及水池浸埋管系统等。立埋管系统横埋管系统螺旋埋管系统水池浸埋管系统图3地下埋管换热器的四种

5、埋管形式二、上海地区采用地源热泵系统的可行性分析上海地区属于“夏热冬冷”地区【1】，近几年最热月平均气温已达30.2℃，最冷月平均气温为4.2℃【2】。最冷月与最热月平均相对湿度分别为75％、83％【3】。高于35℃的酷热天气长达半个月至一个月，日平均温度低于5℃的天数长达两个月以上。因此每年传给土壤的冷热量基本相同，能充分发挥土壤蓄能的作用，适合于地源热泵系统。地源热泵的地下换热器所处的位置是在地壳中的浅层地表土壤中。土壤的类型、热特性、热传导性、密度、湿度等对地源热泵系统的性能影响较大。根据地质钻探可知上

6、海地区浅层土是以粘土、亚粘土及粉砂为主的软土，属于第四世纪沉积层，且土壤潮湿，地下水位高，是埋管系统较适合的土壤类型。由于该办公楼前面有一片绿地，可提供该办公楼地源热泵系统布管的土壤面积。因此该项目用地源热泵空调系统是非常适合的。三、结构辐射供冷的特点1、辐射供冷的优点（1）舒适、健康辐射供冷在夏季降低围护结构的表面温度，加强人体辐射散热份额，同时，辐射供冷没有吹冷风的感觉，提高了舒适性。辐射供冷没有较大的空气扰动，不会扬起灰尘，只需按室内需求提供新风即可，大大地提高了人体的舒适和健康性。（1）节能辐射供冷系

7、统可比常规空调系统节能30％左右。由于辐射供冷需要的冷媒温度比常规空调高，这样主机的效率就会提高，进一步提高了节能性。（2）转移峰值负荷夏季空调负荷集中，对电网要求较高，经常出现电网过负荷运行的情况。辐射供冷利用了结构楼板可以蓄能的特点，夜间预冷建筑并蓄冷于楼板，峰值负荷时机械制冷辅以楼板释放冷量，低值负荷时楼板预冷蓄冷，满足空调夏季热平衡。这样可以利用夜间低谷电力制冷，起到了转移峰值耗电的作用，尤其是在实行峰谷电价的地区，可节省运行费用。（3）节省建筑空间传统的空调方式，特别是全空气系统，风管截面积大，占用

8、建筑空间大，有时还与建筑的梁或其它专业管线相碰，难于布置。辐射供冷可以说没有末端设备，不占用建筑空间，同时还可以减少建筑层高。2、辐射供冷的缺点（1）由于管道中循环的是冷水，所以楼板板面温度比室内温度低，当表面温度低于空气露点温度时，会产生结露，影响室内卫生条件。（2）在潮湿地区，室外空气大量进入室内会增大结露的可能性，故要求门窗尽可能的密闭，不能采用自然通风的方式。（3）室内只有新风提供，风速较小