上海某高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)節(jié)能效果分析

1、上海某高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)節(jié)能效果分析作者：徐琳 張旭時間：2007-11-24 15:00:00 摘要： 本文介紹了上海某高級別墅土壤熱源熱泵系統(tǒng)設計具體情況。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。 關鍵詞： 高級別墅 土壤熱源熱泵系統(tǒng) 風冷熱泵系統(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世紀議程

2、，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，冷熱負荷基本相同。利用該技術可以充分發(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

3、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)的應用。3.3 室外設計參數(shù)1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，風速為3.1m/s。表1 室內(nèi)設計參數(shù) 房間用途夏季設計溫度冬季設計溫度夏季相對濕度冬季相對濕度人

4、員密度人/m2照明W/m2新風量m3/h p起居室高級起居261860400.152030門廳門廳261860400.122030餐廳餐廳261860400.122030臥室高級臥室261860400.102025娛樂酒吧261860400.232030女傭一般臥室261860400.122025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13.018.69GEHA04212.13.7112.63.431472*638*5331F-2餐廳7.955.77GEHA0247.22.037.51.911168*584*4321F-3

5、客房10.696.29GEHA0309.12.529.52.371270*635*4322F-1主臥7.514.77GEHA0247.22.037.51.911168*584*4322F-2其他13.689.68GEHA04212.13.7112.63.431472*638*533-1F地下11.026.25GEHA04212.713.7112.63.431472*638*533注：斜體為制熱工況。表3 埋地換熱器基本設計參數(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mmIIIIIIIIIIIIIII50234.8535.266977056

6、658.158.80.730.824.531106025表4上海地區(qū)2間隔、24小時運行的BIN參數(shù) BIN-6-4-202468101214小時數(shù)（h）濕球溫度（）1276168351524486440498521478428-6.3-5.1-3.3-1.60.11.83.86.28.210.011.5BIN1618202224262830323436小時數(shù)（h）濕球溫度（）49958961361653771858736192771413.615.517.61921.423.825.025.826.427.027.43.4 負荷計算及機組選型鑒于別墅內(nèi)房間眾多，功能分區(qū)明確，同時使用系數(shù)低。

7、空調(diào)系統(tǒng)采用分區(qū)獨立設計，不同房間負荷及機組配置見表2。外墻開設新風口，直接引入主機回風靜壓箱，計算不考慮風系統(tǒng)引起的冷量損失。3.5 埋地換熱器設計根據(jù)空調(diào)負荷分配，設置兩組地下埋管系統(tǒng)，I號系統(tǒng)負責別墅地上一層需求，II號系統(tǒng)負擔地下一層和地上二層空調(diào)需要。環(huán)路采用單U型豎埋管設計，同程式布置以保持環(huán)路間水力平衡。根據(jù)系統(tǒng)設計流量、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。換熱器主要設計參數(shù)見表3。4 GSHP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

8、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。4.1 BIN參數(shù)4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、風向、風速、氣壓、總云量、法向直射日射、水平面的散射日射等數(shù)據(jù)?；谏鲜鰯?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的代表溫度見表5。表5 上海地區(qū)BIN參數(shù)關鍵溫度 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36248-64.2 別墅全年動態(tài)負荷別墅全年動態(tài)負荷見圖1。4.3 GSHP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

9、循環(huán)水泵功耗、室內(nèi)側冷凍水循環(huán)水泵功耗、空調(diào)末端設備功耗。節(jié)能效果評價選擇風冷熱泵（ASHP）為參考，以冷熱源側運行能耗為主，不考慮室內(nèi)側循環(huán)水泵、末端設備功耗，見圖4、5、6。4.4 節(jié)能效果評價本文使用季節(jié)能效比SEER（Season Energy Efficiency Ratio）來分析兩種系統(tǒng)的運行性能。SEER定義如下：計算可得：ASHP系統(tǒng)夏季運行：SEER2.86 ASHP系統(tǒng)冬季運行：SEER2.69 GSHP系統(tǒng)夏季運行：SEER3.28 GSHP系統(tǒng)冬季運行：SEER4.14顯然，冬夏季運行，GSHP系統(tǒng)的季節(jié)能效比均遠遠高于ASHP系統(tǒng)，尤其冬季運行時，節(jié)能效果更加顯著?？照{(diào)系統(tǒng)分區(qū)獨立設計便于用戶根據(jù)房間使用情況，自由調(diào)節(jié)主機、埋地換熱系