1、1杭州某别墅地源热泵辐射空调系统夏季运行测试分析王蕾，王启善，朱正勇（浙江省工程物探勘察院 杭州 310005；)摘要：为了研究杭州地区以地源热泵为冷热源的辐射空调的运行情况及该系统在杭州地区的适宜性，本文针对杭州一 别墅地源热泵空调系统的夏季工况运行 进行测试，通 过对地埋管换热量、地盘管和吊顶毛 细管换热能力的计算分析，得出该系统在杭州地区的运行特性，为杭州地区该系统的推广提供 实测数据基础，也 为以后的 设计提供一些建议。关键词：地源热泵 辐射空调 吊顶毛细管 地埋管换热量1 工程概况1.1 工程概况西湖阳明谷别墅位于西湖风景区西南边，之江路北侧，属旅游度假区。本别墅共3 层，功能区有卧
2、室、客厅、餐厅、书房、厨房及卫生间等，建筑面积共计约 600 多m2。该别墅户型复杂，舒适度及自控要求较高，采用节能、环保、舒适性极高的地埋管地源热泵+地板 /吊顶辐射+ 置换通风空调系统。1.2 水文地质情况根据钻探揭露的情况，可将场地地层划分为 2 个工程地质层，自上而下描述如下：（1）杂填土：灰黄色，松散，湿。主要由粉质粘土组成，含少量的碎石和砖块。全场分布，厚度约 9m，层底深度 9m。（2）中风化细砂岩：灰白青灰色。含石英等矿物，节理裂隙发育，层状构造，岩芯呈短柱及长柱状，局部碎块状。2 空调系统介绍该工程选用地埋管地源热泵辐射地板/顶板+置换式新风的复合式舒适空调系统，空调系统由室
3、外地埋管换热系统、冷热源设备、室内水风系统三部分组成。2.1 室外地埋管换热系统本工程设计为垂直地埋管换热系统。根据场地地质揭露共设 9 口深 80 米、直径110mm 的地埋孔（其中有 1 口井由于安装原因只下了 66 米深） ，孔间距为 45 米，孔内埋设 DN32 的双 U 聚乙烯 PE 管，并采用泥浆砂土混碎石回填。每组管直接进机房地源侧的集分水器同程布置。2.2 冷热源设备本工程共采用 3 台地源热泵机组作为冷热源，1 台全热回收机组作置换通风用的空气处理机的冷热源，同时制备别墅的生活热水；另 2 台标准地源热泵机组作辐射空调的冷热源。机组集中安装在地下机房，水泵为一对一配置。2.3
4、 室内末端系统该工程室内空调末端系统采用地板/吊顶辐射+置换通风。主卧采用地盘管辐射加顶板毛细管辐射，其余的卫生间、厨房、卧室及桑拿间等所有的房间都采用地盘管辐射。辐射地板/顶板承担房间的主要冷热负荷。地盘管管采用 PE-X 交联聚乙烯管,外径为 20mm,壁厚 1.9mm；采用双回形铺设方式，个别的走廊及卫生间采用单蛇形。毛细管由厂家定做，厚度仅有 4.3mm。2置换通风新风全部由置于底层设备机房内的空气处理机组来处理，其功能有除湿、加湿、中效过滤净化等，不仅承担室内全部湿负荷，还承担新风负荷。新风和回风混合处理后进入各个房间的风道内，并通过各个房间的地板上的风口以置换通风的方式送入房间，在
5、房间低处形成低温空气湖，遇热源（人体）形成上升气流，并带走热源处污染物，上部污染空气由房间顶部的消声回风口排出，进入楼梯走廊并被设于底层的集中回风口吸走，通过排风管道回到机房的空气处理机组处理。3 空调系统运行测试方案该测试于 2009 年 8 月 28 号进行，测试数据包括室外地埋管供回水温度、流量；视听室地盘管、主卧地盘管、主卧吊顶毛细管、儿子房地盘管供回水温度、流量等。由安装在上述管路上的 LZM-25Z 管道式流量计温度计实现。4 运行测试数据分析该测试夏季工况于2009年8月28日进行，测试当日测得的室外的天气情况如表1所示表1 夏季室外温湿度时间 10:00 11:00 12:00
6、 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 平均值温度 。 C 36.5 36.6 36.4 36.7 36.9 36.5 36.3 36 36.4875相对湿度% 62.5 62 61 61 61 62 63 63 61.93754.1 室外地埋管换热系统及主机工作特性分析通过夏季对地源侧流量和供回水温度的测量，计算得出夏季地埋管换热器的换热量。如图 3 所表示地 埋 管 换 热 量010203040506070809010:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00时 间换热量（KW）图 3 地埋管换热器换热量由图3的计算结果
7、可见，在测试的时间段内，地埋管换热器的换热量从10：00开始逐渐升高，一开始约为58KW。此时，室内符合不大，仅HWWD25和一台WPWE100的压缩机工作。在13：00和14：00达到最高峰值，约为83KW。此时三台主机的压缩机都工作，室内负荷为一天当中最高值。13：00后又开始逐渐下降，恢复到仅有两台主机工作。到17：00时，约为57KW左右。由此可见，该工程地埋管的设计计算与实际负荷值相吻合. 4.2 主机匹配度分析表2 夏季主机运行数据表HWWD25(带热回收） WPWE100(1） WPWE100(2)时间 供水温度（）回水温度（）供水温度（）回水温度（）供水温度（）回水温度（）10
8、:0011 12 16 18 18 1811:0011 12 16 21 21 2112:0011 12 13 18 18 1813:0010 12 13 18 17 18314:0010 12 13 18 20 2115:0010 12 20 21 19 1916:0011 12 17 19 19 1917:0011 12 16 18 18 18测试时开启三台热泵主机，其中一台带热回收，制冷的同时回收房间冷凝热，制取生活热水。该天室外最高温度为 36.9，最低温度 36。早上 8:00 开机，10:00 开始参数记录。数据见表 2。1、2、3 号机组用户侧供回水温差分别为 1、2及 0，此时
9、仅1 号热回收主机及 2 号标准机工作，地源侧供回水温差为 4；到 11:00 时机组用户侧供回水温差分别为 1、5及 0，此时仍然仅有两台主机工作，地源侧供回水温度为4，这段时间由于室外温度升高，室内冷负荷加大，用户侧换热能力增大；12:00 时，地源侧供回水温度升高到 5，主机用户侧的温差同 11:00 时相同；到 13:00 时，地源侧供回水温差升高到 6，主机用户侧的温差分别为 2、5和 1，表明由于室外温度越来越高，房间日晒得热增大，冷负荷增大，3 号主机自动启动工作；14:00 时地源热泵供回水温差持续 6，主机用户侧的温差分别为 2、5和 1；15:00 时地源侧供回水温差下降到
10、 5，主机用户侧的温差分别下降到 2、1和 0，此时由于室内的温度已达到控制要求，且室内负荷开始降低，3 号主机压缩机卸载，停止工作。16:00 时，地源侧供回水温差保持在 5，主机用户侧温差略有波动，分别为 1、2和 0；直到17:00 时，供回水温度差保持 16:00 点时的数据。综上所述，在该系统一天的运行过程中，带热回收的 1 号机组和标准 2 号机组，一直在运行，且用户侧供回水差随着室外温度的变化呈现响应的波动。标准 3 号机组仅在 11:00 及 11:00 点的时候，压缩机启动工作，其余时间仅仅是水泵工作。测试当日，杭州市区最高温度达到了 39，该别墅处于郊区，室外最高温度也达到
11、了 36.9，达到了杭州地区的高温天气。主机有一台仅仅在 13：00和 14：00 时工作，且这样的高温天气持续时间并不是很长，说明该系统的夏季工况运行时，可在很长的供冷段内，仅仅运行 1 号机组和 2 号机组。4.3 室内地盘管供冷能力分析通过计算，几个支路的供冷能力随时间的变化如图4：测 试 房 间 供 冷 能 力 比 较00.511.5210:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00时 间换热量（KW）阁 楼 毛 细 管 供 冷 能 力 主 卧 地 盘 管 供 冷 能 力儿 子 房 地 盘 管 供 冷 能 力 视 听 室 地 盘 管 供 冷
12、 能 力图 4 地埋管及毛细管供冷能力比较由图4可知，几个房间地盘管的供冷量的变化趋势基本是一致的。四个回路的地盘管和吊顶毛细管的供冷能力均在12：00时达到最高峰值。在15：00，由于之前三个主机都工作，室内温度已达到设定的标准，3号机组的压缩机停止工作，2号机组的供回水温度差很小，地盘管的换热量很低。由平均温差与平均流量计算得出的四个环路的平均供冷能力比较如下：计算各个环路的单位面积供冷能力列表如表5：4负 载 侧 平 均 供 冷 能 力 比 较00.10.20.30.40.50.60.70.8分 类换热量KW阁 楼 毛 细 管 平 均 供 冷 能 力主 卧 地 盘 管 平 均 供 冷 能
13、 力儿 子 房 地 盘 管 平 均 供 冷 能力视 听 室 地 盘 管 平 均 供 冷 能力图 5 地盘管及毛细管平均供冷能力表 3 各个环路的单位面积供冷能力供冷能力 KW 地板面积 m2单位面积供冷力W/ m2阁楼毛细管 0.35109375 24.7 14.21432186主卧地盘管 0.2127125 24.7 8.611842105儿子房地盘管 0.452014063 10.08 44.84266493视听室地盘管 0.713726563 18.9 37.76331019由表3可以看出儿子房外围护结构较多，位于顶层，吊顶受日辐射较强，其负荷也较大，其地盘管的换热能力较高达到45W/m
14、 2。视听室因为测试时间内人员流动比较大，室内负荷较大，其地盘管的供冷量也相对较大地盘管的供冷能力也达到38W/m 2。主卧的负荷是由地盘管和毛细管共同承担的，因此毛细管和地盘管的换热能力相对来说较低，且因为供冷效果很好，应业主的要求将该房间地盘管和毛细管的流量通过手动阀门调节，减少了流量，故其供冷能力分别为8.7W/m 2和14.2W/m 2.以上数据，在地盘管一般的供冷能力在35W/m 2-50 W/m2的范围内。5 总结与建议（1）该系统总体来说是非常成功的地源热泵与辐射空调以及置换通风相结合的空调系统。该项目的成功也验证了地板/吊顶辐射+置换通风这种空调形式在以杭州为代表的夏热冬冷地区
15、的适用性。该空调系统舒适性高、运行费用低、回收年限低且寿命长，值得大面积推广。尤其用在小型别墅，控制灵活，运行费用低。（2）本地埋管地源热泵系统的回填采用的是泥浆混碎石片的回填料。由于所在地区地下水丰富，换热效果非常好。根据运行测试分析得出其每延米换热量为 120W/m，其换热效果优于其他的回填料的换热效果。由此可见，这种回填方式值得借鉴。（3）该空调系统在运行的过程中，通常只有两台主机工作，其中一台只有在负荷很大的情况下才工作。这种负荷很大的时间很少，因此在供冷季节，系统可自动调节运行主机的台数，以节省能源。王蕾，女，1985年2月1日生，硕士研究生，通讯地址：浙江省杭州市拱墅区湖墅南路220号浙江物探大楼605 邮编：056038 联系电话：13067757416 E-mail：
