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    摘要：本文介紹了上海某高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)設(shè)計具體情況。采用BIN法分別計算別墅全年動態(tài)負荷分布及土壤熱源熱泵系統(tǒng)全年運行能耗。以風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)為參考，對土壤熱源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能效果做出綜合評價。

    關(guān)鍵詞：高級別墅 土壤熱源熱泵系統(tǒng) 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng) 節(jié)能效果
     

    1 引言

    隨著人民生活水平的提高和國民經(jīng)濟的高速增長，人們對居住環(huán)境舒適度和能耗要求越來越高。而如今自然資源的過度耗費，自然環(huán)境的嚴(yán)重污染，迫使人類不得不對自己所走過的道路進行反思。1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會制定并通過了《21世紀(jì)議程》，明確指出：節(jié)能、環(huán)保是人類可持續(xù)發(fā)展的兩大主題。土壤熱源熱泵系統(tǒng)（GSHP）以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點，成為空調(diào)供暖工程優(yōu)先選擇的方案之一。

    2 GSHP系統(tǒng)的基本原理

    它以大地作為熱源（熱匯），冬季將大地中的低位熱能取出提高，對建筑供暖，同時儲存冷量以備夏天使用；夏季將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量以備冬天使用。夏熱冬冷的長江三角洲地區(qū)制冷與供暖的天數(shù)大致相當(dāng)，冷熱負荷基本相同。利用該技術(shù)可以充分發(fā)揮土壤的蓄熱作用，達到環(huán)保節(jié)能的雙重功效。

    3 某高級別墅GSHP系統(tǒng)設(shè)計

    3.1建筑概況

    該高級別墅群依托佘山國家旅游度假區(qū)，山體、森林、水系和綠化面積高達62%，自然資源優(yōu)勢突出。以某幢兩層獨立式別墅為例，建筑面積為950m2，功能分區(qū)明確，房間眾多包括臥房、客房、起居室、餐廳、門廳等，地下一層設(shè)有娛樂、酒吧間、健身房、酒窖等。

    3.2土壤地質(zhì)狀況

    地質(zhì)鉆探表明：佘山地區(qū)的淺層土壤是以粘土、砂粉土為主的軟土，土壤比較潮濕，地下水位較高，較適合GSHP系統(tǒng)的應(yīng)用。

    3.3室外設(shè)計參數(shù)

    夏季：室外干球溫度為34℃，濕球溫度為28.2℃，日平均溫度為30.4℃，大氣壓力為100530Pa，風(fēng)速為3.2m/s。

    冬季：室外空調(diào)溫度為-4℃，相對濕度為75％，大氣壓力102510Pa，風(fēng)速為3.1m/s。
     

    表1室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

房間 用途 夏季設(shè)計溫度℃ 冬季設(shè)計溫度℃ 夏季相對濕度％ 冬季相對濕度％ 人員密度人/m2 照明W/m2 新風(fēng)量m3/h p 起居室 高級起居 26 18 60 40 0.15 20 30 門廳 門廳 26 18 60 40 0.12 20 30 餐廳 餐廳 26 18 60 40 0.12 20 30 臥室 高級臥室 26 18 60 40 0.10 20 25 娛樂 酒吧 26 18 60 40 0.23 20 30 女傭 一般臥室 26 18 60 40 0.12 20 25

    表2房間負荷及機組主要參數(shù)表

房間 冷負荷kW 熱負荷kW 機組型號 冷量kW 耗功kW 熱量kW 耗功kW 尺寸 1F-1 起居 13.01 8.69 GEHA042 12.1 3.71 12.6 3.43 1472*638*533 1F-2 餐廳 7.95 5.77 GEHA024 7.2 2.03 7.5 1.91 1168*584*432 1F-3 客房 10.69 6.29 GEHA030 9.1 2.52 9.5 2.37 1270*635*432 2F-1 主臥 7.51 4.77 GEHA024 7.2 2.03 7.5 1.91 1168*584*432 2F-2 其他 13.68 9.68 GEHA042 12.1 3.71 12.6 3.43 1472*638*533 -1F 地下 11.02 6.25 GEHA042 12.71 3.71 12.6 3.43 1472*638*533

    注：斜體為制熱工況。

　　?“集中供熱”歷年數(shù)據(jù)分析

    ：

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表3埋地換熱器基本設(shè)計參數(shù)

單位換熱量W/m 換熱量kW 管長m 孔數(shù) 孔深m 計算流速m/s 孔間距m 鉆孔直徑mm 水管凈間距mm 管徑mm I II I II I II I II I II 50 34.85 35.26 697 705 6 6 58.1 58.8 0.73 0.82 4.5 110 60 25

表4上海地區(qū)2℃間隔、24小時運行的BIN參數(shù)

BIN -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 小時數(shù)（h）
濕球溫度（℃） 12 76 168 351 524 486 440 498 521 478 428 -6.3 -5.1 -3.3 -1.6 0.1 1.8 3.8 6.2 8.2 10.0 11.5 BIN 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 小時數(shù)（h）
濕球溫度（℃） 499 589 613 616 537 718 587 36 192 77 14 13.6 15.5 17.6 19 21.4 23.8 25.0 25.8 26.4 27.0 27.4

    鑒于別墅內(nèi)房間眾多，功能分區(qū)明確，同時使用系數(shù)低。空調(diào)系統(tǒng)采用分區(qū)獨立設(shè)計，不同房間負荷及機組配置見表2。外墻開設(shè)新風(fēng)口，直接引入主機回風(fēng)靜壓箱，計算不考慮風(fēng)系統(tǒng)引起的冷量損失。

    3.5埋地換熱器設(shè)計

    根據(jù)空調(diào)負荷分配，設(shè)置兩組地下埋管系統(tǒng)，I號系統(tǒng)負責(zé)別墅地上一層需求，II號系統(tǒng)負擔(dān)地下一層和地上二層空調(diào)需要。環(huán)路采用單U型豎埋管設(shè)計，同程式布置以保持環(huán)路間水力平衡。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計流量、阻力計算并考慮附加修正，I、II號系統(tǒng)各配置PTB40-125A循環(huán)水泵一臺。換熱器主要設(shè)計參數(shù)見表3。

    4GSHP系統(tǒng)節(jié)能效果分析

    研究人員在分析空調(diào)系統(tǒng)能耗時，多采用負荷頻率表法和滿負荷當(dāng)量法，這種方法雖然直觀簡便，但未考慮建筑的個體特性，誤差不容忽視。本文選擇BIN法進行別墅全年動態(tài)負荷及空調(diào)系統(tǒng)全年能耗計算。

    4.1BIN參數(shù)

    根據(jù)1984年的氣象觀測日報表，上海氣象局用拉格朗日插值法，生成了全年8784小時（閏年）的逐時干球溫度、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、總云量、法向直射日射、水平面的散射日射等數(shù)據(jù)。基于上述數(shù)據(jù)，上海地區(qū)2℃間隔、24小時運行的BIN參數(shù)見表4，其中四個與建筑能耗有關(guān)的代表溫度見表5。

    表5上海地區(qū)BIN參數(shù)關(guān)鍵溫度

高峰冷負荷溫度℃ 中間冷負荷溫度℃ 中間熱負荷溫度℃ 高峰熱負荷溫度℃ 36 24 8 -6

    4.2別墅全年動態(tài)負荷

    別墅全年動態(tài)負荷見下圖。

別墅全年動態(tài)負荷

    4.3GSHP系統(tǒng)全年運行能耗

    土壤熱源熱泵系統(tǒng)能耗主要包括水源熱泵機組的功耗、埋地換熱器側(cè)循環(huán)水泵功耗、室內(nèi)側(cè)冷凍水循環(huán)水泵功耗、空調(diào)末端設(shè)備功耗。節(jié)能效果評價選擇風(fēng)冷熱泵（ASHP）為參考，以冷熱源側(cè)運行能耗為主，不考慮室內(nèi)側(cè)循環(huán)水泵、末端設(shè)備功耗，見圖4、5、6。

　　?“集中供熱”歷年數(shù)據(jù)分析

    ：

　　?地板輻射采暖設(shè)計簡析之健康新選擇（圖）

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