某合院別墅建筑土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)

蔣麗娜，姚德華，郭麗雙，李猛，李先志

（1.中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601；2.中機(jī)意園工程科技股份有限公司，合肥 230601；3.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,安徽分公司,合肥 230000）

1 引言

根據(jù)GB50366—2005 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（2009 年版）[1]，地源熱泵系統(tǒng)是以巖土體、地下水或地表水為低溫?zé)嵩矗伤礋岜脵C(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。地埋管換熱系統(tǒng)又稱為土壤熱交換系統(tǒng)，是傳熱介質(zhì)通過豎直或水平地埋管換熱器與巖土體進(jìn)行熱交換的地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)。

土壤源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)是一種利用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型系統(tǒng)。地源水通過土壤熱交換器（亦稱為地埋管換熱器）與土壤進(jìn)行換熱，地源水進(jìn)入水源熱泵機(jī)組，水源熱泵機(jī)組消耗少量的電能，在冬天將土壤中的低品質(zhì)能量 “汲取”出來，經(jīng)管網(wǎng)供給室內(nèi)采暖系統(tǒng)、生活熱水系統(tǒng)；在夏天將室內(nèi)的熱量帶走，并釋放到土壤中，給室內(nèi)制冷并通過全熱回收制取生活熱水；在過渡季節(jié)將土壤中的低品質(zhì)能量“汲取”出來，經(jīng)管網(wǎng)供給室內(nèi)生活熱水系統(tǒng)。

合院別墅建筑是一種現(xiàn)代院式住宅建筑，也稱為中式別墅，常見的合院別墅建筑是多以四聯(lián)、六聯(lián)或者多聯(lián)的別墅建筑形式為一體排布，形成圍合或者半圍的公共交流空間的院落。

本文以某合院別墅建筑項(xiàng)目為例，介紹一種土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，對(duì)其所采用的機(jī)房的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行具體介紹。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于安徽省淮北市，合院別墅建筑北區(qū)地上建筑面積為14 684.57 m2，南區(qū)地上建筑面積為19 612.88 m2，系統(tǒng)冷熱源采用土壤源熱泵系統(tǒng)，同時(shí)為室內(nèi)供冷、供熱、供生活水。

3 合院別墅建筑土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程圖如圖1 所示。流程圖內(nèi)主要設(shè)備或管路名稱如下：①土壤熱交換器（宜稱為地埋管換熱器）；②地源冷熱水回水管；③地源冷熱水泵；④水源熱泵機(jī)組；⑤地源冷熱水供水管；⑥空調(diào)冷熱水回水管；⑦地暖回水管；⑧集水器；⑨空調(diào)冷熱水泵；⑩空調(diào)冷熱水供水管；11○地暖供水管；12○分水器；13○壓差旁通調(diào)節(jié)閥；14○熱水蓄熱水箱；15○水力模塊；16○生活熱水加熱循環(huán)回水管；17○生活熱水泵；18○生活熱水加熱循環(huán)供水管；19○生活熱水回水泵；20○生活熱水回水管；21○生活熱水供水管；22○自來水管；23○水表；24○防污隔斷器；25○儲(chǔ)水箱；26○補(bǔ)水泵；27○定壓膨脹罐；28○膨脹管；29○自來水管。

圖1 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)流程圖內(nèi)共包含5 個(gè)主要水系統(tǒng)環(huán)路。

1）地源冷熱水循環(huán)環(huán)路：由①～⑤組成。土壤熱交換器（宜稱為地埋管換熱器）①內(nèi)回水，經(jīng)過地源冷熱水回水管②進(jìn)入地源冷熱水泵③，由水源熱泵機(jī)組④加熱或冷卻后，經(jīng)過地源冷熱水供水管⑤返回土壤熱交換器（宜稱為地埋管換熱器）①內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)。夏季：地源水設(shè)計(jì)供回水溫度30 ℃/35 ℃，冬季：地源水設(shè)計(jì)供回水溫度10 ℃/5 ℃。

2）空調(diào)或地暖冷熱水循環(huán)環(huán)路：由④、⑥～13○組成。室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)的回水經(jīng)過空調(diào)冷熱水回水管⑥、地暖回水管⑦、集水器⑧，進(jìn)入空調(diào)冷熱水泵⑨，由水源熱泵機(jī)組④冷卻或加熱后，經(jīng)過分水器12○、空調(diào)冷熱水供水管⑩、地暖供水管11○返回空調(diào)系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)，完成一個(gè)循環(huán)。集水器⑧、分水器12○之間設(shè)置壓差旁通調(diào)節(jié)閥13○，根據(jù)供回水壓差自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開度。夏季：空調(diào)水設(shè)計(jì)供回水溫度7 ℃/12 ℃，冬季：空調(diào)水（地暖水）設(shè)計(jì)供回水溫度45 ℃/40 ℃。

3）生活熱水加熱循環(huán)環(huán)路：由④、14○、16○～18○組成。熱水蓄熱水箱14○內(nèi)回水經(jīng)過生活熱水加熱循環(huán)回水管16○，進(jìn)入生活熱水泵17○，由水源熱泵機(jī)組④加熱后，經(jīng)過生活熱水加熱循環(huán)供水管18○，返回?zé)崴顭崴?4○內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)。蓄熱水箱內(nèi)生活熱水溫度設(shè)置為55 ℃。

4）生活熱水供回水循環(huán)環(huán)路：由14○、19○～21○組成。熱水蓄熱水箱14○內(nèi)生活熱水，經(jīng)過生活熱水供水管21○送至各生活熱水用戶，生活熱水系統(tǒng)內(nèi)一部分回水經(jīng)過生活熱水回水管20○，進(jìn)入生活熱水回水泵19○，返回?zé)崴顭崴?4○，以維持生活熱水系統(tǒng)管道內(nèi)的水溫。生活熱水供水溫度為55 ℃。

5）補(bǔ)水系統(tǒng)管路：由22○～29○組成。來自室外自來水管網(wǎng)的自來水經(jīng)過自來水管29○、水表23○、防污隔斷器24○后，一個(gè)支管進(jìn)入儲(chǔ)水箱25○，經(jīng)過補(bǔ)水泵26○進(jìn)入定壓膨脹罐27○，由膨脹管28○為地源冷熱水循環(huán)環(huán)路、空調(diào)或地暖冷熱水循環(huán)環(huán)路定壓補(bǔ)水；另一個(gè)支管經(jīng)過29○為生活熱水系統(tǒng)補(bǔ)水。

4 合院別墅建筑土壤源熱泵供冷、供熱、供生活熱水系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)

4.1 機(jī)房布置

機(jī)房平面布置圖、剖面圖，如圖2 和圖3 所示。

圖2 機(jī)房平面布置圖（單位：mm）

圖3 機(jī)房A-A剖面圖（單位：mm）

4.2 機(jī)房布置原則及注意事項(xiàng)

參考《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]，另根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，機(jī)房布置原則及注意事項(xiàng)如下。

1）各設(shè)備布置的位置、順序，需綜合考慮各水系統(tǒng)環(huán)路與機(jī)房外管路的接管方位，設(shè)備與管道應(yīng)就近連接，盡量避免管道的交叉往復(fù)，節(jié)省管材的同時(shí)，可保持機(jī)房?jī)?nèi)布置整齊、美觀、系統(tǒng)清晰。

2）機(jī)房?jī)?nèi)如管道較少，主管道可設(shè)置兩個(gè)標(biāo)高，局部3 個(gè)標(biāo)高，由于設(shè)備均在地面混凝土基礎(chǔ)上安裝，管道標(biāo)高越低，越節(jié)省管材，但需綜合考慮機(jī)房整體效果。

3）民用項(xiàng)目尤其房地產(chǎn)項(xiàng)目，更為注重節(jié)省機(jī)房占地面積，設(shè)備之間考慮檢修空間的同時(shí)應(yīng)盡量緊湊布置，需注意設(shè)備需根據(jù)設(shè)備選型，按設(shè)備實(shí)際尺寸繪制。

4）本項(xiàng)目地源冷熱水泵、空調(diào)冷熱水泵、生活熱水泵集中布置于水力模塊內(nèi)，各環(huán)路水管可直接連接水力模塊對(duì)應(yīng)的供回水管，各水泵對(duì)應(yīng)的閥門、儀表均設(shè)置于水利模塊內(nèi)，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)潔。

5）電纜橋架應(yīng)設(shè)置于梁下，各水管系統(tǒng)的上方，同時(shí)各水管系統(tǒng)應(yīng)避免設(shè)置于水源熱泵機(jī)組、水泵等設(shè)備正上方，盡量減少水管噴濺、滴水等，對(duì)電纜橋架、用電設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

6）設(shè)備運(yùn)行重量、混凝土基礎(chǔ)、排水溝、穿墻套管等需要對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)提資，尤其是當(dāng)設(shè)備較重，且不是設(shè)置于建筑物最底層時(shí)，結(jié)構(gòu)專業(yè)需更加謹(jǐn)慎，復(fù)核設(shè)備荷載，對(duì)于改造項(xiàng)目或預(yù)留機(jī)房的項(xiàng)目，如果設(shè)備荷載超過原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范圍，需結(jié)構(gòu)專業(yè)考慮加固措施。

7）自來水的用水壓力、用水量應(yīng)向給排水專業(yè)提出對(duì)應(yīng)的要求；機(jī)房外生活熱水供水管、生活熱水回水管的管徑、位置、標(biāo)高等需要與給排水專業(yè)對(duì)接，以保證滿足生活熱水用水效果。

5 結(jié)語

土壤源熱泵系統(tǒng)環(huán)保效益顯著，高效節(jié)能，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣，投資運(yùn)行費(fèi)用低，是一種城市中非常難得的可再生性清潔能源，有著廣闊的應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目將土壤源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于合院別墅的供冷、供熱、供生活熱水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)冷熱源系統(tǒng)相比較，更加符合我國(guó)推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型變革、綠色低碳發(fā)展的目標(biāo)，更有利于節(jié)能減排、改善環(huán)境。

本項(xiàng)目已申請(qǐng)實(shí)用新型專利 《一種合院建筑土壤源熱泵機(jī)房供水集成系統(tǒng)》，授權(quán)公告日：2021 年04 月20 日，授權(quán)公告號(hào)CN 213020066 U。