夏热冬冷地区科技系统设计指引与技术措施

住宅科技系统，即中国高端住宅品牌暖通空调系统的统称。在夏热冬冷地区综合采用了复合地源热泵技术、地板置换新风技术、毛细管辐射供冷供热等技术，各技术浑然一体，是温湿度独立控制技术（Temperature and HumidityIndependent Control of Air-conditioning System）的经典理念和成熟案例。该理念的核心思想是：
（1）将室内服务的空调系统分为温度控制系统和湿度控制系统两部分，分别采用不同的方式、设备等措施来应对。
（2）与常规空调系统相比，该理念能够更好的实现对建筑热湿环境的调控，并且有较大的节能潜力。
（3）末端采用顶棚和墙面设置毛细管来对室内进行夏季降温，冬季供热；采用24h新风对室内进行冬季加湿，夏季除湿。并配有集中祛除雾霾装置，对PM2.5有效控制效率达到≥93%以上。
（4）采用地板送风，缩短空气龄，使得室内保持高效的供养量，保证室内的新鲜空气。
（5）由于采用毛细管席主要承担室内显热负荷，结合高档精装修，铺设面积有限，除新风负荷及湿负荷以外的负荷要求，要求其他负荷不超过40W/m2,因此对围护结构节能提出了更高的内在要求，形成了全社会高效节能理念，有效地推动了国内绿色住宅建筑的进程。
（6）由于该系统存在室内送排风管井、存在地板送风管道、存在地下室及屋顶新风机组，存在其他普通住宅所没有的能源机房及其附属设备（冷却塔等），存在和结构专业、装修专业的紧密配合，存在更多的隔声降噪措施，设计、建设过程较为复杂，因此有必要编写一个设计、建设标准。以期达到如下目的：
a）以便于让地产公司内机电设计师能尽快融入设计体系，让地产公司内其他配合专业如建筑、结构、装修的工程技术人员能尽快融入设计体系；学习并指导配合设计单位设计建设好科技系统及其他机电系统；
b）让科技系统方案设计单位、建筑结构设计院、绿色建筑配合单位、供电局设计单位、自来水公司设计单位、室外综合管线设计单位能更好的配合好设计。
c）能让各个阶段设计单位能明确各个阶段的重点设计工作和任务，加快设计进度，避免不必要的二次设计返工和施工返工。
（7）最后，编制本设计指引对作为科技住宅体系内的各专业设计人员个人素质的提高和企业的长足发展具有深远的意义，主要体现在：
a.）传承优秀的经验成果，可以彰显企业的生命活力，显示企业的显著特征，提高市场竞争力，提升企业凝聚力；
b.）总结失败的教训，可以在未来的建设中提前规避，提高建设效率，减少价值损失；
c.）将成果和经验形成技术文件，不会因为人士变动而影响传承，相反，不同人士的参与会让企业标准带来新的生命力，造就不断地完善与总结的氛围，形成个人发展与公司发展的良性互动与完美统一，从而打造一支学习型、研究型、管理型的工程、设计团队。
科技系统设计，衔接业主、商业运营和设计师，共享设计需求、设计手法和设计理念。不同专业的设计师通过调研、讨论、交流的方式，在设计全过程捕捉和理解业主或使用者的需求，共同完成创作和设计、同时达到技术体系的优化与集成。
科技系统设计标准分为：
第一篇 土壤源热泵地埋管换热器及冷热源机房设计；
第二篇 科技系统水系统设计；
第三篇 科技系统风系统设计；
第四篇 科技系统隔声降噪设计；
第五篇 机电（含科技系统）相关专业配合及机电与其他专业的配合等章节。
希望本设计指引能为机电设计师、建筑师、装修工程师、成本、合约、营销等部门人员提供参考，水平不足请各位同仁领导不吝指教。
1. 土壤源热泵地埋管换热器及冷热源机房设计
1.1土壤源热泵地埋管设计
1）应在拿地后，迅速组织地块内土壤热响应测试，以尽快确定进行土壤源热泵设计的一切地质条件，为土壤源热泵的设计提供一切数据。应必须利用岩土热响应测试报告进行换热器的设计。
2）作为高密度住宅，在建筑总图规划方案和地库初步方案基本确定后，应确定可钻孔区域，以20-23m2为一个地埋管占地面积，估算出地块可设置的地埋管数量。
3）根据岩土测试报告中若干口井的打井速率总体描述，及地质勘察报告中关于土层条件的描述，经济的确定地埋管可设置深度。
4）根据岩土测试报告，不同运行份额下冬夏每延m换热量测试数据，确定该地块地埋管每延m换热数据，综合考虑科技住宅府住宅典型日负荷运行特性及住宅冷热负荷特征及考虑地埋管设置的经济性，推荐按照0.7运行份额确定地埋管每延米冬夏换热量。
5）根据每个区域地埋管敷设深度和整个地块地埋管设置数量确定整个地块总体土壤源热泵换热量，为估算能源机房内地源热泵主机数量及冷热量、辅助冷源数量及冷量、辅助热源数量及热量及冷却塔、水泵等附属设备初步选型提供理论基础。也为估算能源站专变用电量提供数据基础。同时在规划阶段为确定冷却塔的大致型号数量，提供数据支持，以更好的规划布置冷却塔的位置。也为燃气锅炉的定位提供理论支撑。
6）根据项目实践，对于高密度住宅，地埋管一般采用基坑内埋管形式，埋设数量有限，土壤源热泵（地埋管）所能承担的冷热负荷往往只占到整个地块冷热量的40-60%和50-70%。因此除非例外，一般采用双U形式让地埋管系统贡献更多的换热量，为全寿命周期项目增值服务。
7）每口井的间距拟控制在4-6m之间，根据不同城市地方标准确定地埋管之间的间距。应根据最终选定的地源热泵主机确定地源侧水泵的流量后，校核计算每口地源热泵的流量，使得每口内管内流速处于紊流状态。
8）为确保地埋管敷设精度和提高地埋管敷设质量，建筑基坑围护施工图和桩基承台施工图出来后，方可进行地源热泵地埋管设计，作为城市公司设计部和工程部设计施工管理红线。
9）为保证地埋管材质的高可靠性，所有地埋管的水平管和垂直管全部采用HDPE100（1.6Mpa）来实施。设计人员需根据冷冻机房的设置位置，计算确定地埋管的承压，为试压方案提供理论支持。
10）研究每个可敷设地埋管区域尺度，研究可敷设地埋管敷设形式，评估二级分集水器设置在一侧，还是对开设置，以经济性的确定每个区域地埋管的形式。
11）二级分集水器所拖带的每个地埋管换热器的数量不宜超过9个。可针对每个项目每个孔一个回路或5-8个孔一个回路进行经济技术比较和施工方案比较，以确定最终地埋管换热器设计。
12）地埋管换热器施工实施过程中，由于现场条件复杂，可以对一批井的深度或位置进行实时调整，但需确保总换热有效长度不变。
1.2冷热源机房设计
1）夏热冬冷地区采用地源热泵主机+单冷主机+冷却塔+燃气锅炉（燃气锅炉可替代能源可根据不同能源政策进行论证）进行整个能源机房的设计。
2）根据地埋管的冬夏换热量反推地源热泵主机的冷热量。进而确定单冷主机及锅炉的容量，进而确定冷却塔的型号。
3）应根据报规划方案确定空调建筑面积，根据实施版本建筑图确定总的空调建筑面积。综合考虑围护结构形式、各地区用能习惯、入住率确定单位负荷冷热指标（冷源/空调建筑面积和热源/空调建筑面积），冷负荷控制在45-50W/m2,热负荷控制在35-40W/m2。以防止过大的设备选型导致能源机房面积过大，设备选型过大初投资过高，运行能耗过高等问题。
4）在建筑规划阶段应合理确定冷冻机房和锅炉房的位置，如有地下二层，冷冻机房拟设置在地下二层，以减少冷冻机房的土建荷载节省土建造价，同时便于冷冻机房与因隔声降噪而设置在地下二层的换热机组与新风机组的系统联系。如采用真空锅炉，锅炉房也可设置在地下二层，具体根据当地规范进行实施，但需提前与建筑确定锅炉房卸爆口实施的可能性，及烟囱的路径。
5）考虑到集中热水作用半径巨大，输送能耗高，经过调研论证，除非一线城市且入住率很高，否则能源机房不提供集中生活热水，因此地源热泵主机不选用余热回收型地源热泵主机。
6）为能源机房设置的专用变电所应考虑能源机房，以节省输送距离，提高用电效率，节省母排造价，推荐采用母排为能源机房供电。
7）如仅仅是为毛细管和新风冬季供热，一次供水温度为40-45℃，推荐采用真空锅炉，可直接提供所需热水，不需要外置换热器。其次采用常压锅炉。设计烟囱时需考虑不同锅炉排烟温度不同对烟囱尺寸、阻力、排烟高度的影响。推荐采用自然排烟方式。采用双层不锈钢排烟管，管内风速控制在不大于8m/s。
8）应紧跟冷冻主机厂家的技术进步步伐，通过讨论、经过论证大胆采用新技术，优化科技系统冷热源配置。提高供水温度对主机节能有利。毛细管及双冷源新风机的冷却表冷器需要高温冷水，新风机组表冷段需常温或低温冷冻水。采用地源热泵+高温冷水机组提供高温冷冻水专门为毛细管和新风机冷却表冷段提供高温热水，采用专用常温或低温冷冻水为新风表冷段提供冷冻水，应是系统节能优化的最好方案。并不增加立管数量。（如地源热泵机组夏季在15℃/18℃出水的工况下，其机组的效率相比7℃ /12℃出水的工况由5.55增加至6.08。单冷冷水机组夏季在15℃/18℃出水的工况下，其机组的效率相比7℃/12℃出水的工况由5.4增加至6.16。效率上升明显。）且低温冷冻主机的应用为蓄能技术的应用提供了可能，也为采用仅需表冷器除湿提供了可行性。图一以双冷源新风机为前提，诠释了目前技术体系下，采用此种冷源与末端组合方式能达到能源中心制冷的最优化配置，系统效率最高。
同样，如果末端采用的是溶液新风机组，则所有冷水机组（地源、单冷）全部可以采用高温冷水机组。可见新风机组决定了冷热源的选择，最终目的是为了达到整个系统的优化节能。
9）地源热泵主机、单冷主机的COP数值、IPLV数值应满足公共建筑节能设计标准的要求。空调系统的电冷源综合制冷系数SCOP应满足公共建筑节能设计标准的规定。燃气锅炉根据吨数应满足公共建筑节能标准的要求。对于评定绿色建筑的项目尚应满足绿色建筑提升的要求。
10）经过经济技术比较，螺杆冷冻主机和离心冷冻主机可以采用变频形式，以提高主机的IPLV数值。
11）经过经济技术比较采用一次侧大温差供冷、供热以降低输送能耗，如一次侧供冷可以 6-13℃，12-18℃等供冷方式。
12）冷却塔选型设计：
a）公式法
以无锡地区的单冷主机为例，室外设计参数Ts=28.1℃（GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范）工况下，根据计算总冷负荷乘以放大系数后，计算出总水量：
G=(kQ0)/(C （ tw1-tw2 ） ) （ 1 ）
其中：G---为冷却水量m3/h；k---放大系数；c---水的比热（kj/kg/℃）；Q0---主机冷却负荷（制冷量+压缩机电机功率kw）；tw1和tw2---为冷却水供回水温度。按照29℃湿球温度状态下来修正（GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范中Ts=28.6℃，无锡习惯做法按Ts+1=29℃修正取值），可以查询厂家的样本数据参数选择出合理的冷却塔，冷却塔选型后标注为标准湿球温度28℃情况下的参数。恰当的放大冷却塔，对全寿命周期主机制冷能力与冷却塔的适应性是有利的。

图1采用双冷源新风机前提下的最优化THIC冷热源系统
b）快速选型法
按照选定的主机总冷负荷换算到美国冷吨，即按照1USRT对应1m3/h来计算冷却塔的水吨，计算出的冷却塔在标准湿球温度28℃情况下的选型与上述公式法数值是一致的。即：
G=Q/3.517 （ 2 ）
其中:Q---为选定的单冷主机的总的制冷量或单台主机的制冷量；
以上两种选型均为制冷机在空调情况下的选型，当采用蓄冰空调时，仍需校核计算夜间蓄冰工况下，冷却塔所需的容量，此时冷却塔的供回水温差为3.5℃左右，室外的湿球温度有所降低，对增加蓄冰量是有利的。
两种方法选择的冷却塔基本一致。应审查设计院冷却塔选型参数，标注28℃条件下的冷却塔标准吨数，为采购提供准确参数。
13）实际工程中，冷却塔的采购往往由暖通总承包单位或者业主自行采购，暖通总包招标的进度或业主采购冷却塔的合同工期，往往远远滞后于土建进度，土建在做防水保温及粘贴瓷砖等工序前，必须进行冷却塔土建基础的浇筑到位及冷却塔供回水管道支墩的浇筑到位，此时由于尚未定设备，冷却塔的尺寸、运行重量、接管位置、塔体高度等均不明确。
解决方案是可以根据诸多厂家的样本选择较大的尺寸和较重设备的产品作为参照：一种设置基础的办法是后处理法：预留冷却塔的屋面范围内正好有结构柱，可以将结构柱浇筑突出屋面，在柱上预留突出的钢筋，等冷却塔确定后再从结构柱上焊接钢梁，冷却塔安装在钢梁上，这样不影响屋面土建的施工进度，这种方法比较简便；
另外一种方法是根据选定的冷却塔直接在屋面上浇筑长条形设备基础，并配置纵向受力钢筋，将设备点荷载转化为线荷载，由于需要考虑屋面防水保温的自身的高度、接管的中心距、管道支墩的高度等的影响，混凝土条形基础的完成面高度应至少在1m以上。实在不够或者基础尺寸与中标的冷却塔尺寸不符，只能在后期增加钢梁进行基础改造。
图2表达了各个管线和基础之间的关系。有些项目为了所谓美化第五立面，遮挡屋面设备，在设备上增设了美化的镂空钢结构，此时还需在设计阶段协调好冷却塔顶部标高与钢结构标高之间的关系。

图2横流冷却塔的基础布置与空间关系
14)高度关注冷却塔的回水高度设置
经过冷却塔冷却后的回水从存水盘自流到回水管为重力满管流，再从回水管流到地下室机房水泵间或屋顶水泵间，如果水泵位于地下室，必须保证冷却塔回水管有足够的坡度能自流到管道井内直至到地下室机房；如果水泵房在屋面，必须保证冷却塔集水盘的高度高于水泵吸水口的高度，并保证高差H1能克服相应管段和设备的阻力（视冷却水泵位置、冷却水竖向管井位置、集水盘位置计算不同），否则停泵后水流由于重力作用进入集水盘，导致冷却水泵吸入管无水，水泵再次开启时吸入空气，水流量不足，系统无法运行，如果施工前期不注意此情况，后面改造很麻烦：要么只能加高冷却塔；要么只能将冷却水泵移位至冷却塔附近；或者在冷却水管上加设管道泵，保证水管满管流。改造时耗时费力，得不偿失。因此不如在施工阶段就避免出现类似问题的发生，协调好冷却塔高度、冷却水管高度，水泵设置高度之间的关系。
15）重视双冷源新风机组冷凝水的收集，是作为冷却塔补水的良好水源，鼓励部分或全部收集新风机组的冷凝水补水。
16）冷却水管走在室外，需采用可靠的保温材料，并外敷铝皮保护。
17）为了确保停水时能源中心设备仍然能稳定工作至少半天，地下室应设置冷却水箱，采用变频泵为冷却塔补水，设置独立的流量计量装置考察补水量。变频泵的启停是根据浮球阀的液位来控制，除非特殊定制，目前标准冷却塔的存水盘只有15-20cm，由于液位较浅，浮球阀升降幅度不大，容易导致信号滞后，变频泵频繁启动，一旦浮球阀失灵，整个补水系统也会失效。频繁启动水泵补水能耗大。而且由于屋面面积紧张、不同地下室主机配置的冷却塔型号也不一致，通过浮球阀来控制不同型号的冷却塔补水难度很大。以此可采用超声波水位计+电磁阀给信号启动变频供水泵的方式进行补水，可通过加大存水盘高度或在集水箱内设置浮球阀来补水。
18）冷冻机房内应设置事故排风设施设备。应设置冷媒紧急泄漏管的排出路由。应设置吊装空调箱，采用一次侧为吊装空调箱供冷，确保冷冻机房的热环境处于较好状态。
19）冷冻机房内应设置合理的排水通道及污水提升装置，及时排除冷冻机房内的排水。地面应粘贴瓷砖，保持冷冻机房内的环境整洁。
20）冷冻机房内应进行综合管线设计，以确保在施工时保证内部母排、风管、弱电桥架、消防设施管线、设备等的布局美观合理，尽量抬高层高。应在冷冻机房外设置专门监控室。

图3 冷却塔和冷却水泵均在屋面时接管关系
21）应深刻研究水泵型号，尽量统一采用端吸泵，不采用端吸和双吸混用，以确保机房内管道布置的美观。
22）管道、换气器等应采用外敷铝皮方式，保护保温材料，同时做到机房整洁美观，冷却水管除外。
23）冷冻机房内所有设备应设置标识标牌，所有管道应注明管内液体流向。
24）除非锅炉房内有不同性质的锅炉形式，否则锅炉房内的锅炉拟合用烟囱。锅炉房侧墙应提前预留若干个燃气管道进口，以应对滞后的燃气设计，避免侧墙二次开洞影响，杜绝该处外墙漏水风险。
25）燃气锅炉房设置在地下，应按照12次换气次数设计。锅炉房送风量为补充排风和燃烧所需空气量，燃烧所需空气量按照1000m3/h每0.7MW计算。
26）应尽可能减少烟囱的水平排出距离。应由设计院或烟囱专业厂家出具烟囱计算书，准确计算自然排烟烟囱的抽力和阻力，确保抽力大于阻力。烟囱采用双层304不锈钢内置岩棉保温的形式。烟囱拟高于周边最高建筑5m。
27）冷冻机房的布置应满足设备运输、吊装的便利，一般靠近汽车坡道口，并在冷冻机房上方设置专用吊装孔，满足不同型号设备吊装尺寸的需要。审查土建后浇带最好不要布置在冷冻机房内，以免后浇带滞后封闭影响到冷冻机房的建设周期。
28）冷却塔材质一般采用阻燃玻璃钢，冷却塔采用共用集管并联运行，安装平衡管或底部水槽连通，并使各冷却塔和水泵之间管段压力损失大致相同。如管径过大，设一塔一泵运行，但需提前征求业主的同意。
29）冷冻水循环泵、冷却水循环泵流量按主机额定流量选取，可不预留富裕流量，扬程富裕系数取5%~10%。

功率	Ka
100	1.08-1.05

当水泵流量大于500m3/h时不得选取立式水泵。尽量采用端吸泵，以保证泵房布置的规整。水泵功率核算：≥22KW水泵选择4Pole，