中山市第二建筑设计院有限公司广东中山528400
摘要：随着人们生活品质的提高，人们对环境保护、能源合理利用越来越关注，地源热泵技术应运而生。本文对地源热泵热回收系统在某住宅小区集中生活热水系统中的应用作了详细分析。
关键词：地源热泵；住宅小区；应用
在社会人群的日常生活中热水已然成为了必不可少的生活措施，通常情况下，城镇中的居民主要是靠自己加热的方式来维持热水供应，加热方式主要包括燃气热水器或是电热热水器，但是这种热水供应方式具备着能耗巨大的特点，会一定程度的带来经济负担，因此开展地缘热泵热回收系统的深入研究，从而起到有效的节能效果，对城镇居民的热水供应有着重要的意义。
一、工程实例介绍
本次研究以广东省中山市某高档小区为实例，以下简称为s小区。s小区建有20层以上的高层居民住宅十栋，用户数量为980户，涉及总人口数量3275人，机电系统，包括采暖系统集中热水系统，以及空调新风系统，总共分为两期，对工程建筑分为两期开发，同时s小区的热水系统也分为两期进行设计施工，在设计期间为了能够有效的节约建筑面积以，提高工程管理的效率和便捷度、同时将水管的长度减少，从而将热量的损失降低，S小区的热水机房，设置在校区正中央的位置，
热水储蓄罐和锅炉全小区共用，为了保障良好的热水循环效果，在一期和二期建设期间都独立设置了循环泵，并且独立运行。s小区的热水系统为机械循环式系统，冷热水区分一致，有效的保证了热水的压力平衡，其冷热水系统各划分为五个区，即1到3层的直供区，4到10层的低层区，11到17层的中一区，18到24层的中二区以及24层以上的高层区。如图1所示：
图1S小区建筑示意图
二、热水供应热源
广东省广州市s小区的生活热水系统，其辅助热源采用真空燃气锅炉，主要热源，一暖通地源热泵系统排出的废气为主，共设有三台供热总量为6279kw的真空燃气锅炉，在3台锅炉组成的机组中，有2台为3回路形式的锅炉，平均供热量=1475kw，余下一台为3回路形式锅炉，供热量=2092kw，并且每个分区都独立设置了热水储水罐。s小区在确保专业供热需求的基础上，对热水的功用在一年的四个季节中，其运行方式有所差异，通过设计图纸可以了解到，s小区地源热泵的运行模式共有五种，即热回收，制热，制热加热水供应，制冷，制冷加热回收，在s小区的居民热水供，根据不同的季节会采用不同的方式，春秋采用制热模式、下级采用直冷热回收、冬季采用制热+热水。
在夏季阶段，S小区的空调冷源通过三台全热回收型地源热泵机组，将其排放的废气回收进行生活热水的热源，在锅炉机组处于全负荷工作的期间，热量回收总量=3722kw，但是利用废热回收产生的居民热水供应，水温一般只能到达37度，最高状态下能够达到60度，倘若在夏季用户长时间的将水温提到55度。那么三台机组的cop值只有3~4，虽然对古店差价进行了有效的利用，但是夏季的综合COPs始终低于五，因此，s小区在夏季仅利用地源热泵的情况下，只对其提供的35度水温进行利用，其余热量则使用燃气锅炉来补充，燃气锅炉补充的热量为加热升温25度在春秋过渡季节的阶段，地源热泵回收的废热可以产生55度的生活热水，基本不需要燃气锅炉进行热量补充。到了冬季，s小区就完全以真空锅炉作为热水的热源。根据ｓ小区实际运行的数据显示，在s小区一期工程全入住的情况下，三月份到六月份之间小区居民所有的生活热水，全部是利用地源热泵，采用废气回收方式进行提供热水，热水成本大幅度得到了降低，根据s小区开发商对此进行的推算，但是小区一期二期工程用户全部入住，全年分摊后奇热水的运行成本可降低50%左右。表一显示的是s小区极度热耗量负荷及热原供热量对照数据：
表1S小区季度耗热量负荷及热源供热量对照
与此同时为了确保s小区热水供应的安全性，每个热水分区，都配备两台，真空燃气锅炉，同时每一台锅炉的供热能力，必须≥分区耗热总量的1/2，在这种情况下一旦一台锅炉因故障或维护停用，该分区的热水供应依然会保持稳定。
三、热水系统
（一）机房
ｓ小区在建设期间，将中央热水供应站摄至于小区正中心，包含大型壁式储热水灌以及热源，利用小区的地下室热水管道向每一栋居民楼进行热水诉讼，在有居民楼内部的管道向每家每户进输送。在中央热水供应站中，s小区对每个分区进行至少两个储水罐的设置，第一个储水罐为预热罐，包含两个热源接口，一个是真空燃气锅炉的出水管，另一个接口是地源热泵机组的换热器，地源热泵冷凝器所产生的废热，隶属于低密度热源，可以兑水温提升十度左右，但是需要利用板式换热器的循环，换热，才能够提高水温到要求的温度，为了将这种免费资源充分利用，在使用地源热泵期间，将储水罐划分成储热罐和预热罐，两罐总出储热的容积，按1h设计耗热量进行计算。而真空燃气锅炉隶属于高效热源，在冬季时刻，地源热泵不会进行初次加热，冷水的温度普遍低于5度，在这种情况下，就需要将预热罐作为储热罐进行使用，将其直接与真空锅炉进行连接，进而满足，s小区冬季热水供应，在长时间工作下中空燃气锅炉可以将水温加热到75度，不是用在使用热交换器，因此，s小区的真空锅炉加热方式，采用直接加热，将储热罐内的水加热到60度，直接供小区居民进行使用。图2展示的是s小区热水系统管网原理和平面图：
图2S小区热水系统管网示意图
小区集热系统原理和储热系统原理为：s小区的储水罐围一大一小，在夏季期间大贯作为预热罐，小罐作为储热罐，预热罐的容积大于储热罐的容积，除了冬天之，其他三个季节只有dfm2阀门为开启状态，134阀门普遍为关闭状态，在夏季地源热泵会回收充足的热量，预热罐先与地源热泵换热，将水温达到35度，随后35度的热水进入储热罐，小区的供水由储热罐负责，燃气锅炉会将储肉罐的热水加温到55度，并对其进行保温和温度不足的补充。进入冬季后，地源泵热无法回收足够的热量，在这时，dfm143阀门全部开启，2阀门关闭，整个小区的热水供用全部由真空燃气锅炉供给。
s小区这种热水供应方式，存在一定的不足之处，主要体现在地源热泵，在冬季对居民热水的供应，水温只能够达到45度，同空调制热的水温相同，管理人员考虑到这一部的供热量，只占据整个S小区的1/4，所以没有对其进行利用。其实在应用的过程中，应该将某一区的一号阀门改成为电动阀门，在冬天季节下，阀门零点到五点处于关闭状态，其他时间则为开启状态，此举可以有效的利用地源热泵制热中富余的一部分热量，将一弱冠的水温提升到45度左右，从而最大化发挥免费能源的特效。
（二）单体热水
如果想要让S小区的热水功能系统达到节能的目标，在设计期间至少要将其设计成立管循环，尽量减少无效的冷水，并将使用的舒适度提。在s小区热水工程设计期间，采用的方式是之光循环，虽然可以达到节水的目的，并且将热水的出水时间鉴赏，将用户舒适度提高，但是因为整体的管网特别庞大，所以为了能够保证各居民楼的循环效果，在设计阶段，对每栋楼的每个单元，都设置了一套二级热水循环泵：如图3所示：
图3单体热水循环示意图
四、热源成本
在居民住宅小区中，采用集中热水系统的方式进行生活热水供应，除了可以提高小区的住宅品质。还能很大程度提高用户的使用舒适度，但是采用集中热水系统，其最大的弊端就是需要消耗较高的热水制水成本，一旦集中供热的价格，超越小区个人用户自制热水的价格那么s小区用户将难以接受，最终就会造成热水系统难以维持运行。通常情况下，若是集中供应热水的价格超过30元一立方米，那么集中供热将毫无竞争力，因此，在设计住宅集中，热水系统期间必须充分考虑成本因素，将成本有效降低，提高竞争力。
集中热水供应的成本，其组成内容包含人工费用，水费，电源费用，热源费用，折旧费用和税费，热源和水费，是成本的主要组成部分，而水费相对固定，由校区层数，分布有关，因此一般不会有过大的调整，因此集中热水供应的主要费用就来自于热源，因此，如何降低热源费用是降低成本的重要内容，在此问题上推荐采用空气源热泵，地源热泵，太阳能热泵，都可以有效的降低一次热元的成本，表2为集中热水供应的几种热源成本比较，通过对对表二数据的对比，可以发现与燃气热源相比，地源热泵的费用仅为前者的63%，由此充分证明一源热泵大幅度的降低成本，以ｓ小区为例，ｓ小区采用的就是地源热泵，经过对业主成本统计后，测算出热水，收费，价格为每立方米23.5元，处于用户可以接受的范围。
表2集中热水供应热源成本对比表
五、设计总结
对s住宅小区工程设计的集中热水系统，同时满足了舒适性节水节能和制造成本上提出的要求，依据实地考察和设计图纸以及用户实际反馈数据，总结出该设计包含如下特点：
1.有效利用了废热回收原理，京空调系统排放的废热回收，实现了夏季春季秋季的免费热源，同时可有效避免热量回灌地下，有效保持了土壤热量的平衡，同时在过渡季节也有效的利用了地源热泵具备的单制热功能。
2.s小区一期工程和二期工程都独立设置官网，将循环管路的长度有效减少，降低了管网的热损耗现象，十分利于单体官网的平衡，同时其采用的支管循环系统有效的起到了节水要求和满足舒适度的要求。
3.每栋居民楼的每个单元都进行二级循环泵的设置，能够确保管网水温的恒定效果，二级泵可以根据奔钱回水管的温度进行控制倘若温度低于55度，二级泵自动启动在温度达到60度后二级不能自动停止。同时此设计的热水机房中一级循环泵通过两种方式控制运行。第一种方式，当泵前温度低于五十五度时，一级泵自动启动，当达到60度时，自动停止，另外一种方式是从二级泵进行连锁启动，不管任何一栋楼的二级泵一旦启动，一级泵都会自动启动。图4为生活热水系统原理示意图
图4生活热水系统原理示意图
4.不足之处：
（1）支管循环复杂
在对s小区热水集中供应系统的设计阶段，开发生提出要求：热水时间不得超过秒钟、必须设计为支管循环的形式，而因此就为S校区热水集中共赢系统带来了冷热水压力不平衡的现象，但是热水循环管上不能设置减压阀，所以只能在水龙头位置设置压孔板，来降低压力。另外，开发商还提出要求，即s小区集中热水供应系统，必须设置计量水表，这就让收费形式更加的复杂，用户和业主之间很可能因为费用问题产生矛盾。与此同时，在建设期间，曾经有设计师建议，采用电伴热的热水加热形式，但是开发生认为这种加热方式档子较低，无法体现出项目的高档次。
（2）在对每栋楼进行二次循环泵设置期间，设置的位置都缺乏考虑，在对二级泵位置进行设计的过程中为了确保检修时期的便捷性，开发商将热水循环泵设置在每栋楼的地下一层，但是这个位置过于狭小，检修不利，同时循环泵的固定支架设置在住户的外墙，因此水泵运行期间会将震动传入到住户内对住户造成一定的影响，最后施工单位只能将二次循环部移动到地库中。
（3）S小区的集中供水方式采用冷水热水同源，兑热水系统的补水是利用冷水系统的加压泵进行供给，虽然这是公共建筑的标准行为，但是在工程施工完毕后，自来水公司不同于闭式热水管和冷水变频出水管相互连接，自来水公司提出的要求是单独设置热水供水泵以及开始热水箱，虽然经过多次协调，最终同意了园设计方案，但是协调耗费了大量的时间。
（4）ｓ小区热水集中供应系统的管网规模庞大，因此，在每一栋楼的每一个单元都设置了二次循环泵，以确保循环效果，但是经过总结发现只要在每栋楼设置一组二次循环泵就足以满足循环效果。
（5）.在对集中热水供应系统设计期间应该考虑到实际运行的各种工况，根据现场反馈报告显示，s小区有一栋楼的某个分区，在入住初期或者是过节的假期，没有一户进行入住，由于户内热水回水管上的阀门都被关闭，就造成了热水无法循环的现象。经过施工单位和开发商的讨论论，决定在热水回水立管以及热水立管的顶部，设置静态平衡阀，让热水回水以及热水管相互接通，这样就可以实现当热水支管全部关闭期间，立管的热水s会处于循环状态，如图5所示
图5增加静态平衡阀和止回阀
（6）为了避免出现反流，现象，应该在用户的水表上设置指挥阀，但是在实际运行过程中，有一些业主反映浑水表读数竟然是负数，，这就说明热水存在返流，现象，随后施工单位在每一户的热水回水表，热水表上，都加装了止回阀。
结束语
综上所述，在当前我国节能建筑工程建设施工的过程中，采用地源热泵热回收系统，不仅可以使得对建筑空间环境有着一定的调节效果，还有效的降低了暖通系统运行的能耗量，从而让建筑空间环境的舒适性得到进一步的提高。因此，地源热泵热回收系统应该被合理、科学地推广应用。
参考文献：
[1]地源热泵系统的改进与优化运行控制方法研究[J].张宁.工程建设与设计.2018（08）
[2]关于地源热泵技术发展现状的研究[J].赵风丽，黄子瑜，李峰.中国住宅设施.2017（01）
[3]我国地源热泵技术发展现状及应用策略[J].方菲菲.山西建筑.2015（01）