上海某别墅地源热泵空调系统实例解析

地源热泵主机位于别墅1的一层机房内，水泵和地源 热泵主机为一一对应，并增设一台备用水泵。可以随时根 据末端负荷的变化对应启用主机和水泵（调节主机和水泵 的开启数量），保持较高的系统效率。地源热泵机房空调 水系统原理图如图2。
4 冷热负荷及冷热源
地源热泵空调系统在夏季，循环水通过地下换热器 将热量排放到土壤中，使循环水温度降低供给地源热泵机 组，再由地源热泵机组提供冷水，通过末端风机盘管向室 内供冷。冬季，循环水通过地下换热器从土壤中吸收热 量，使循环水温度升高，供给地源热泵机组，由地源热泵 机组提供热水，再通过风机盘管向室内供热。 本项目夏季总冷负荷240KW，冬季总热负荷152KW， 选用四台制冷量为59.2KW，制热量为66.9KW的地源热泵机 组，夏季空调供回水温度7℃～12℃，冬季空调供回水温 度40℃～45℃。 本项目生活热水，用水人数为60人左右，用水量 为4.2m 3 /d，由地源热泵机组提供，配备一台制热量为 33.5KW的热泵机组，制取52℃的生活热水，同时配备一台 5T的水箱做贮水用。主机连续加热8小时能把水箱的水加 热到设定温度。当水箱中的温度低于50℃时，启动循环水 泵并启动主机加热，当水箱的温度高于55℃时，水泵、地 源热泵主机停止；当生活热水回水上的温度低于45℃，打 开回水电磁阀，延迟5～10分钟关闭（当生活热水回水上 的温度高于50℃，回水电磁阀关闭）。当水箱中的水量低 于设定水位时，打开补水电磁阀，注入冷水（同时，开启 循环水泵并主机加热）。见图1热水系统原理图。
岩土层物理参数统计表 比 重 G 2.7 2.6 导热系数 比热容 导热系数
含水 密度 土 土层 量 层 名称 W ρ 号 （%） （g/cm3） 粘性 1 36.8 1.8 土层 砂性 2 25.1 1.9 地层
λ Cp λ （W/m・k） （J/kg・k） （W/m・k） 1.234 1.467 1347.9 1372.3 1.46 1.80
较好，利于热的传导，导热系数等热物性参数见表2。
表1 土层序号 1 2 3 4 5 6 7 表2 土层名称 灰色砂质粘土 灰色淤泥质粘土 灰色粘土 灰色粉质粘土 灰色细砂 灰色中细砂 灰色粗砂 地层结构表 厚度 m 10.98 19.52 11.58 14.74 18.58 20.3 6.3 层底埋深 m 10.98 30.5 42.08 56.82 75.4 95.7 未穿
别墅四周都有空地，可进行地下换热器布孔。因此该 项目用地源热泵空调系统是非常适合的。
1 本项目采用地源热泵系统的可行性分析
本项目位于上海，上海地区属于“夏热冬冷”地 区，近几年最高月平均气温已达30.2℃，最低月平均气温 4.2℃。平均气温最高月与最低月的平均相对湿度分别为 75%、83%。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 合应用地源热泵系统。 根据本项目的热响应测试结果，该地区以粘性土层和 砂性地层为主，见表1，粘土层较砂层厚，地下水渗透性
2 工程概况
本项目占地面积3,839㎡，总建筑面积3,042m2。其中 别墅1建筑面积1,127m 2；其他3栋均为培训楼，总建筑面 积1,915㎡，主要功能为办公会务及住宿。别墅1地上两 层，其他3栋均地下一层，地上两层。
3 室内设计参数
3.1 室内空气设计参数（见表3）
表3 服务 区域 会议室 办公室 客房 夏季 温度 （℃） 26～ 28 26～ 28 26～ 28 湿度 （%） 65～ 50 65～ 50 65～ 50 室内空气设计参数 冬季 新风量 噪声 温度 湿度 （℃） （%） （m3/h.p） （db） 18～ 20 ≥ 30 30 55 18～ 20 ≥ 30 30 45 18～ 20 ≥ 30 30 40
0 引言
环境和能源是人类赖以生存和发展的基础物质条件， 保护环境、优化能源结构将成为今后人们必须关注的重大 问题。与太阳能或地热能一样，浅层地热能储量十分丰 富；不受时间、季节、地域的限制，分布面广而且相对 均匀，更具有可再生性。地源热泵技术就是浅层地热能利 用开发的最典型例子。它利用地球表面浅层土壤或水源中 的地热能作为冷热源，冬季通过热泵机组将地热能传递转 移到需供暖的建筑物内，夏季通过热泵机组将建筑物内的 热量转移到地球土壤或水源中，从而实现冬季供暖、夏 季制冷。地源热泵（GSHP）系统按照热源不同，大致可 以分为如下三种形式：GSHP系统（ground source heat pump）、GWHP系统（ground water heat pump）和SWHP系 统（surface water heat pump），其中GWHP系统由于无 法较好地解决地下水的回灌问题，在一定程度上影响了系 统的进一步推广。相比而言，随着钻井技术、土壤热性能 研究的不断深入，GSHP系统的应用越来越广泛。本文对上 海某别墅地源热泵空调系统进行了实例解析。
建 筑 设 计 Architec tural Design
现代物业・新建设
2013年第12卷第1期
上海某别墅地源热泵空调系统实例解析
王晓阳 （上海市地矿工程勘察院，上海 200072） 摘 要：浅层地热能是可再生能源，地源热泵是浅层地热能开发利用最典型的例子。介绍地源热泵系统的冷热源选择 和地源热泵空调系统、热水系统的原理，并介绍风系统、水系统设计，重点介绍地下换热系统设计。为今后进一步研 究地源热泵系统的应用及同类建筑设计提供可借鉴的经验。 关键词：冷热源；地源热泵系统；地下换热器；设计；经验 中图分类号：TK523 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2013）01-0054-04
［作者简介］ 王晓阳（1982- ） ， 上海市地矿工程勘察院助理工程师， 研究方向 ： 暖通。 – 54 –
王晓阳：上海某别墅地源热泵空调系统实例解析
图1
热水系统原理图百度文库
3.2 室内通风设计参数（见表4）
表4 房间名称 卫生间 室内通风设计参数 换气次数 换气次数 换气次数 房间名称 房间名称 次 / 小时 次 / 小时 次 / 小时 11 变电所 4 主机房 6