地源熱泵與VRV技術(shù)的結(jié)合與運用實例正

1、地源熱泵與 VRV技術(shù)的結(jié)合與運用實例中國建筑科學(xué)研究院空調(diào)所 袁東立 張欽摘要：介紹了常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)和變流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)，并以實際工程為例，闡述了這種技術(shù)的可行性和在中小型間歇使用建筑中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：地源熱泵系統(tǒng) 變流量（VRV）系統(tǒng) 結(jié)合“地源熱泵VRV“系統(tǒng)技術(shù)簡介 技術(shù)背景變流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)近年來變流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展較迅速，它具有連接管線占用空間小，易于安裝，各個房間可以獨立啟停、分別調(diào)節(jié)溫度、冬季不會結(jié)冰等優(yōu)點。但是現(xiàn)有的變流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)都采用的風(fēng)冷機形式，冬季從室外的空氣中獲取部分熱能，升溫之后送入室內(nèi)，因而存在兩個缺點：一是室外機易

2、于結(jié)霜，除霜要消耗能量，降低供暖能力；二是若室外溫度過低，會使機組不能正常工作，即使可以工作，其效率也很低。夏季風(fēng)冷的冷卻效果受環(huán)境溫度影響，效率較低。室外冷卻風(fēng)扇的噪聲也會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。常規(guī)的熱泵系統(tǒng)常規(guī)的熱泵系統(tǒng)是由水或空氣作為熱能的載體，送入需要供熱的房間：以水作為熱能的載體，冬季長期不工作時管道內(nèi)的水會結(jié)冰，有可能凍壞設(shè)備和管道。而用空氣作為熱能的載體，風(fēng)管需要占用較大的建筑空間，并且各個房間不易獨立啟停、獨立調(diào)節(jié)溫度。地源熱泵與變流量空調(diào)（VRV）兩種技術(shù)結(jié)合考慮到別墅建筑物間歇使用的特點（大多是周末住宅），本技術(shù)將常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)與變流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合，解決了已有的

3、技術(shù)存在的室外機易于結(jié)霜，除霜要消耗能量，供暖能力降低的問題；同時也解決了在室外溫度過低時，設(shè)備因長期不使用而易被凍壞的問題。 新型技術(shù)的特點本技術(shù)將地源熱泵的地下埋管技術(shù)與變流量空調(diào)技術(shù)結(jié)合，可以避免VRV和常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)各自存在的問題，并將各自的優(yōu)點結(jié)合，因此具有較高的能效比。且此系統(tǒng)管道占用較小的建筑空間，易于施工。采用地下埋管技術(shù)以獲取土壤中的能量，這樣大大提高變流量空調(diào)系統(tǒng)冬季的供熱效率，蒸發(fā)器溫度穩(wěn)定；地埋管中可加入防凍液，使埋管在嚴寒氣溫下不會結(jié)冰，而因室內(nèi)末端側(cè)循環(huán)的是氟利昂，因此也不會結(jié)冰。所以本系統(tǒng)可以在冬季間歇運行，不會凍壞；而夏季利用地埋管冷卻變流量空調(diào)系統(tǒng)，效率也比

4、常規(guī)風(fēng)冷機高。實際工程概況本工程位于北京市昌平區(qū)九華山莊東側(cè)，周邊無城市蒸汽管網(wǎng)，無其他熱源，采用目前國內(nèi)新型空調(diào)技術(shù)（地源熱泵VRV）對三棟別墅進行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。三棟別墅分別為O型別墅一棟，B型別墅一棟， C型別墅一棟，各別墅情況分述如下：O型別墅地上三層，建筑面積共約400。其中空調(diào)機房設(shè)在一層。首層設(shè)置餐廳、起居室、臥室，二層設(shè)置臥室、書房，閣樓層設(shè)置臥室、書房。設(shè)計在別墅北側(cè)打5個地埋孔，采用垂直埋管方式。B型別墅地上三層，地下一層，建筑面積共約950，空調(diào)機房設(shè)在地下一層。首層設(shè)置車庫、書房、客房、游泳池、餐廳等，二層全部為客房，閣樓層有主臥室、儲藏室等。地下一層為臺球廳、視聽室。設(shè)

5、計在別墅北側(cè)、東側(cè)各打3個地埋孔，采用垂直埋管方式。C型別墅地上兩層，總建筑面積508.5，空調(diào)機房設(shè)在一層樓梯間。首層層高3.6m，設(shè)有車庫、廚房、餐廳、起居室等，二層層高3.3m，設(shè)有臥室、書房。設(shè)計在別墅南側(cè)打5個地埋孔，采用垂直埋管方式。工程設(shè)計范圍 本工程設(shè)計范圍包含VRV空調(diào)系統(tǒng)、地埋管系統(tǒng)計算和設(shè)計、地源熱泵機房系統(tǒng)。室內(nèi)外設(shè)計計算參數(shù) 室外氣象參數(shù)夏季空調(diào)室外設(shè)計計算干球溫度： 33.2夏季空調(diào)室外設(shè)計計算濕球溫度： 26.4冬季空調(diào)室外設(shè)計計算溫度： -12冬季空調(diào)室外設(shè)計計算相對濕度： 45%室內(nèi)設(shè)計參數(shù)房間類型夏 季冬 季溫度（）相對濕度（%）溫度（）相對濕度（%）餐廳2

6、4276555182230起居室262864651820臥室262864651820空調(diào)系統(tǒng)介紹本工程采用地源熱泵VRV空調(diào)新型技術(shù)，該系統(tǒng)由熱泵機組、內(nèi)含防凍液的地埋管和空調(diào)室內(nèi)機組成，地埋管的兩端與熱泵機組的蒸發(fā)器或者冷凝器相連接，由循環(huán)泵提供地埋管系統(tǒng)循環(huán)動力。室外主機可以根據(jù)室內(nèi)實際使用情況，對單臺或多臺室內(nèi)機提供相應(yīng)的“冷”和“熱”。控制簡便，可以充分利用空調(diào)資源，同時又使運行費用降低。各系統(tǒng)室外機設(shè)置于空調(diào)機房內(nèi)。夏季工況時，空調(diào)室內(nèi)機組通過膨脹閥并聯(lián)連接在蒸發(fā)器上，在地埋管主干線管上設(shè)置循環(huán)泵，地埋管的兩端與熱泵機組冷凝器相連接（地埋管包括與冷凝器相連的主干線管和并聯(lián)在主干線管埋

7、于地下的U形管）， U形管豎向設(shè)置，垂直埋管深度為100m；冬季工況時，空調(diào)室內(nèi)機組連接冷凝器，而地埋管接在熱泵機組的蒸發(fā)器上。系統(tǒng)運行過程如下圖所示： 圖1 VRV熱泵系統(tǒng)運行示意圖設(shè)備選型室外機本系統(tǒng)空調(diào)室外機均選用無錫小天鵝M系列室外機。型號見下表：室外機型號別墅名稱DZR-280W/BP（10HP）單臺制冷量28.0kW制熱量31.5kWDZR-140W/BP（5HP）單臺制冷量14kW制熱量15.7kWO型別墅C型別墅1臺1臺B型別墅2臺-地埋管循環(huán)泵：WILO-MHI402WILO-MHI202O型別墅C型別墅1臺1臺B型別墅2臺-三棟別墅均設(shè)計乙二醇補水箱1個，對系統(tǒng)補水定壓。室

8、內(nèi)機具體配置見下表。O型別墅配置表房間編號房間用途空調(diào)面積（m2）計算冷負荷（W）機型數(shù)量冷量（W）總冷量（W）單位冷量（W/m2）熱量（W/臺）總熱量（W）F1-1臥室20.53075DZR-36E13600360017639003900F1-2門廳406000DZR-56E15600560014060006000F1-3起居室375550DZR-56E15600560015160006000F1-4餐廳25.13765DZR-45E14500450017949004900F1-5廚房203000DZR-36E13600360018039003900F1-6會客室121800DZR-22E1

9、2200220018324002400F2-1主臥室20.43060DZR-36E13600360017639003900F2-2書房152250DZR-22E12200220014724002400F2-3臥室203000DZR-36E13600360018039003900F2-4衛(wèi)生間121800DZR-22E12200220018324002400F2-5走道111650DZR-22E12200220020024002400F3-1主臥室20.43060DZR-36E13600360017639003900F3-2書房578550DZR-80Q418000800014060006000

10、小計310.446560135050016352000外機DZR-140W/BP114000140001570015700DZR-280W/BP128000280003150031500小計24200047200B型別墅配置表房間編號房間用途空調(diào)面積（m2）計算冷負荷（W）機型數(shù)量冷量（W/臺）總冷量（W）單位冷量（W/m2）熱量（W/臺）總熱量（W）F1-1客廳9013500DZR-56E2560015700174600012000DZR-45E1450049004900F1-2餐廳21.23180DZR-22E22200440020824004800F1-3廚房152250DZR-22E1

11、2200220014724002400F1-4書房22.83420DZR-36E13600360015839003900F1-5工人房9.21380DZR-22E12200220023924002400F2-1客房124.63690DZR-36E13600360014639003900F2-2客房220.53075DZR-28E12800280013731003100F2-3客房3263900DZR-36E13600360013839003900F2-4客房446.56975DZR-36E23600720015539007800F2-5衛(wèi)生間111650DZR-22E1220022002002

12、4002400F3-1起居室6810200DZR-36E23600720010639007800F3-2主臥365400DZR-45Q414500450012564306430F3-3茶室152250DZR-22E12200220014724002400F3-4日式臥室263900DZR-36E13600360013861306130B1-1視聽室22.73405DZR-36E13600360015939003900B1-2臺球廳26.63990DZR-22E22200440016524004800B1-3棋牌室223300DZR-36E13600360016439003900小計519.87

13、7970237660014781960外機DZR-280W/BP1280002800031500DZR-280W/BP1280002800031500小計25600063000C型別墅配置表房間編號房間用途空調(diào)面積（m2）計算冷負荷（W）機型數(shù)量冷量（W/臺）總冷量（W）單位冷量（W/m2）熱量（W/臺）總熱量（W）F1-1起居室253750DZR-45E14500450018049004900F1-2客廳9013500DZR-45E3450013500150490014700F1-3餐廳345100DZR-56E15600560016560006000F1-4廚房23.53525DZR-36

14、E13600360015339003900F1-5臥室14.62190DZR-22E12200220015124002400F2-1臥室131.54725DZR-56E15600560017860006000F2-2臥室215.12265DZR-22E12200220014624002400F2-3書房21.33195DZR-36E13600360016939003900F2-4客臥15.32295DZR-22E12200220014424002400F2-5主臥25.83870DZR-45E14500450017449004900F2-6起居室223300DZR-36/p>

15、449014901小計318.147715135110016156401外機DZR-140W/BP1140001400015700DZR-280W/BP1280002800031500小計24200047200結(jié)論本工程于2004年秋季實施，2005年冬季其中兩棟別墅開始供暖。其供暖效果達到了設(shè)計要求，室內(nèi)溫度可達到20以上。但是，由于本工程的地下?lián)Q熱器的施工存在問題，系統(tǒng)運行20天后，地源側(cè)溫降過大，出水溫度僅為1，回灌溫度2。盡管加注了防凍液，但未敢將熱泵機組的保護停機溫度進一步調(diào)低。擬在春季整修時補充一部分地埋管，以期達到理想穩(wěn)定的運行效果。經(jīng)過一個冬季的試驗運行，證明該系統(tǒng)是成功的。盡管工程本身存在一些問題，但是施工問題，而不是該系統(tǒng)本身原理的問題。應(yīng)能得到解決。本技術(shù)在北方地區(qū)具有很大的推廣價值，特別是對一些中小型，間歇