土壤源熱泵系統使用的是可再生地熱能，故其被稱為21世紀一項最具有發展前途、具有節能和環保意義的制冷空調技術。土壤源熱泵系統具有節省傳統空調中熱源部分的投資、節省空調系統維護費用、環境效益顯著等優點。

該工程為北京某住宅小區一期工程B型別墅，總建筑面積為495.08m2，地下1層、地上2層，建筑高度為8.05m。建筑室內總冷負荷為7.34kW，總熱負荷為11.1kW。

空調系統由冷熱源系統、室內輻射末端系統和獨立除濕新風系統組成。

1）冷熱源系統：土壤熱泵系統（包括土壤熱泵機組和地下換熱器系統），夏季供回水溫度為16℃/18 ℃；冬季供回水溫度為35℃/31℃。

2）室內輻射末端系統：采用毛細管末端系統輻射供冷、供熱。

3）獨立除濕新風系統：采用新風除濕機+熱回收新風機系統，承擔新風負荷和室內全部潛熱負荷。

1）新風系統設備

根據送風量和除濕負荷，選用1臺新風除濕機組，名義工況參數為：新風量為400m3/h(低速300m3/h)，除濕量為5.8kg/h；夏季供回水溫度為16℃/18℃，冬季供回水溫度為35℃/31℃。同時選用1臺全熱回收新風機，風量為400m3/h。

2）新風系統形式

新風通過熱回收新風機組回收室內排風的能量，然后進入新風除濕機組，經處理后送至各個空調房間，以滿足房間濕度、新風要求。新風采用地板送風（采用條縫型風口，其上均帶風口調節閥）、排風采用上回風，各房間通過消聲回風口向開敞式走道排風，然后通過走道集中回到熱回收新風機。在極端氣候條件下（濕度較高的天氣等）或系統初期運行時，除濕系統采用全回風運行，以保證系統的安全。

設計的輻射末端為毛細管席，毛細管敷設在頂棚、墻上和地板上。毛細管席是輻射供冷供熱末端的一種，利用充滿水的毛細管進行換熱，類似于自然界中植物的葉脈和人體皮膚下的血管。毛細管席輻射系統的最大優點是：熱舒適性高；室內沒有吹風感；沒有空氣流動帶來的噪音；由于管徑只有3.35 mm（壁厚0.5mm），占用建筑空間小；系統熱惰性較常規冷暖輻射地板系統小，反應速度快，溫度控制容易實現[2]。

毛細管末端通過輻射供冷供熱，僅承擔夏季室內顯熱負荷和冬季熱負荷，根據各主要房間的冷熱負荷計算結果，進行毛細管選型和布置（毛細管實際鋪設面積在理論計算值的基礎上考慮了10%的富裕量），詳見表1。

表1 各房間毛細管敷設面積

根據上述負荷計算結果及設備選型，空調主機夏季需承擔的冷負荷為建筑冷負荷+新風除濕機組的部分冷負荷，共計8.64kW；冬季需承擔的熱負荷為建筑室內熱負荷+新風熱負荷，共計12.74kW。所以選用一臺HLRSW18B的土壤熱泵機組，單臺機組制冷量為18kW，制熱量為13.7kW。

地下系統按夏季和冬季工況分別考慮，取兩者最不利情況下的計算結果作為依據。采用專用軟件，熱響應試驗模擬結果見圖1、2。

圖1 第25年地下流體溫度變化曲線

圖2 運行25年期間地下流體溫度變化曲線

1）埋管形式

土壤熱泵的地下埋管形式有豎直埋管和水平埋管2種形式，該工程采用豎直埋管中的雙U型管，相比水平埋管，在同樣換熱效果的情況下，占地面積小。

2）埋管深度

根據工程特點，采用深度為102m（有效埋深100m）的淺埋管形式。

3）管路計算

根據專用軟件模擬確定該建筑地下換熱器為4個深度為102m（有效埋深100m）的豎直埋管，即在別墅周圍鉆4個深102m的孔，沿建筑物基礎外2.5m處均勻布置，間距為6m。由于地面以下10～100m深的土壤溫度全年基本穩定在14～17℃，地下換熱器夏季可將空調機組的冷凝器排熱傳遞給土壤，冬季則可從土壤中吸收熱量，傳遞給空調機組。地下換熱器內介質為閉式循環，主要設備見表2。

表2 主要設備技術參數表

1）土壤熱泵空調主機控制：機組上設有控制面板，可直接控制機組啟停和運行模式；或由供水溫度自動控制機組啟停。

2）除濕新風系統控制：新風除濕機組自帶控動。新風除濕機組和全熱回收機組聯動控制啟停。

3）室內溫度和室內側水系統控制：在每層設置一個溫度控制器，通過控制主管路上的電動通斷閥門開關，來控制各層的溫度。當某層不用空調時，關閉溫控器，主管路上的電動通斷閥處于關斷狀態；當某層溫控器為開時，主管路上的電動通斷閥根據溫控器的房間溫度設定值選擇通、斷狀態。

4）防結露保護：在每層設置一個露點開關，控制各層主管路上的電動通斷閥開關作為防結露保護。除溫控器、露點開關外，其它控制部件集中安裝在集分水器或機房控制箱內。

根據該建筑全年累計冷熱負荷，計算得出建筑全年空調通風系統耗電量為21.74kWh/m2，按電價0.54元/kWh計算，全年運行費用為11.74元/m2。超過“5L房”標準要求的建筑物年能耗指標，達到業主要求的健康、舒適、微能耗的標準。

土壤源熱泵機組利用土壤中儲存的能量，夏季制冷、冬季制熱，屬于清潔可再生能源，高效節能、運行費用低、不污染周邊環境、環境效益顯著。

本文設計的空調系統初投資比傳統空調方式高，但由于其具有高效節能特點和良好的環境效益，已成為21世紀空調系統發展的新趨勢，在全球范圍內得到了越來越廣泛的應用。