水源熱泵一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠的空調(diào)能源方式

1、水源熱泵-一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠的空調(diào)能源方式摘要：近幾年來(lái)，水源熱泵得以開(kāi)展的主要推動(dòng)力是它可以以量大面廣的低位熱能，如井水、地下水、江、河、湖水、電廠冷卻循環(huán)水、礦井水及工業(yè)余熱等為能源，而且具有熱回收功能，即可利用供冷空調(diào)房間排放的冷凝熱來(lái)加熱供熱空調(diào)房間，從而進(jìn)步了建筑物內(nèi)部的能源利用系數(shù)。關(guān)鍵詞：水源熱泵節(jié)能水源熱泵是一種介于中央空調(diào)和分散空調(diào)之間的優(yōu)化空調(diào)能源方式，它具有中央空調(diào)合理利用能源，設(shè)備能效系數(shù)高，運(yùn)行本錢低和平安、可靠等優(yōu)點(diǎn)。又具有分散空調(diào)調(diào)節(jié)靈敏、方便，便于管理和收費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。因此，從我國(guó)南方的深圳、廣州到過(guò)渡地區(qū)的上海、南京直到北方采暖地區(qū)的北京、大連等城市的公共建筑(

2、辦公樓、商住樓、商場(chǎng)等)，住宅建筑上得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，水源熱泵得以開(kāi)展的主要推動(dòng)力是它可以以量大面廣的低位熱能，如井水、地下水、江、河、湖水、電廠冷卻循環(huán)水、礦井水及工業(yè)余熱等為能源，而且具有熱回收功能，即可利用供冷空調(diào)房間排放的冷凝熱來(lái)加熱供熱空調(diào)房間，從而進(jìn)步了建筑物內(nèi)部的能源利用系數(shù)。一、水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性以采暖運(yùn)行為例，目前采暖方式有集中鍋爐房供熱方式、熱電廠供熱方式、分戶燃?xì)獠膳绞?，水源熱泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工業(yè)余熱的形式；也有利用自來(lái)水的冬季要輔助加熱的方式。它們的耗能量見(jiàn)表1。耗能量的比擬表1采暖方式現(xiàn)有住宅建筑節(jié)能建筑耗能量折算至標(biāo)準(zhǔn)煤耗能量折算至標(biāo)

3、準(zhǔn)煤集中鍋爐房25.08kg/2.年25.08kg/2.年12.41kg/2.年12.41kg/2.年熱電廠13.96kg/2.年13.96kg/2.年9.03kg/2.年9.03kg/2.年分戶燃?xì)獠膳?0.6n3/2.年13.02k3/2.年6.86n3/2.年8.43kg/2.年水源熱泵(井水、河、湖水)22.46kh/2.年9.16kg/2.年14.54kh/2.年5.93kg/2.年水源熱泵(加輔助熱源)22.46kh/2.年4.34kg/2.年13.5kg/2.年14.54kh/2.年2.81kg/2.年8.74kg/2.年表1的計(jì)算根據(jù)：熱電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為0.408kg/kh，

4、供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗為40.7kg/gj。水源熱泵采暖p=4.25。從表1可知，水源熱泵采暖方式全年耗能量均低于集中鍋爐房和熱電廠，節(jié)能效益比擬明顯。利用井水、江、河水或工業(yè)余熱為熱源的水源熱泵的節(jié)能性十清楚顯，當(dāng)水源熱泵的能效系數(shù)4.0時(shí)，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，采暖的節(jié)能性率約為40%。當(dāng)采用輔助加熱熱源時(shí)，水源熱泵的節(jié)能性是有條件的，主要的影響因素是：水源熱泵的能效系數(shù)；輔助熱源的加熱容量。水源熱泵能效系數(shù)的影響(見(jiàn)表2)制熱容量為4k時(shí)的能耗*表2/p=4p=4.5節(jié)能率(%)輔助加熱量耗能(kg標(biāo)煤)3860/70000.9=0.4093860/70000.9=0.409/壓縮機(jī)耗能(kg標(biāo)煤

5、)10.408=0.4080.880.408=0.363/合計(jì)0.8170.7715.6*輔助加熱容量為總供熱量的75%。從表2可知，p從4進(jìn)步到4.5后，節(jié)能率約為5.6%，相當(dāng)于減少加熱容量0.3296k，即約相當(dāng)于減少熱負(fù)荷10%。輔助加熱器加熱容量的影響(見(jiàn)表3)制熱容量為4k時(shí)的能耗*表3/輔助加熱容量/總供熱量0.75輔助加熱容量/總供熱量0.5節(jié)能率(%)輔助加熱量耗能(kg標(biāo)煤)0.4092860/70000.9=0.273/壓縮機(jī)耗能(kg標(biāo)煤)0.40810.408=0.408/合計(jì)0.8170.68116.6*p=4從表3可知，當(dāng)輔助加熱容量為總供熱量的比從0.75降到0

6、.5時(shí)，節(jié)能率約為16.6%。節(jié)能的條件制熱容量為4k的熱電聯(lián)產(chǎn)的能耗為：(4860)/(70000.830.85)=0.697kg/4kh由此可知：當(dāng)p=4.0，輔助加熱容量為總供熱量的0.5時(shí)，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，它的節(jié)能率約為2%。當(dāng)p=4.5，輔助加熱容量為總供熱量的0.5時(shí)，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，水源熱泵的節(jié)能率約為8%。但當(dāng)p=4.0，輔助加熱容量為0.75總供熱量時(shí)，熱電聯(lián)產(chǎn)將比水源熱泵節(jié)能，節(jié)能效率約為15%。當(dāng)p=4.5時(shí)，其節(jié)能率約為10%。節(jié)能的主要因素如下：水源熱泵機(jī)組直接安放在戶內(nèi)，熱網(wǎng)輸配損失可忽略不計(jì)。水源熱泵機(jī)組采暖能效系數(shù)p大于4，局部負(fù)荷時(shí)，p值仍很穩(wěn)定。

7、以井水，江、河、湖水及工業(yè)余熱的低溫?zé)嶙鳛闊岜脽嵩吹乃礋岜孟到y(tǒng)，采暖耗熱量?jī)H為全年需熱量的1/4。以自來(lái)水為熱源的冬季需加輔助熱源的水源熱泵系統(tǒng)，由于考慮壓縮機(jī)發(fā)熱量，住宅同時(shí)使用系數(shù)及夜間調(diào)節(jié)溫度等措施后輔助加熱容量約為熱負(fù)荷的1/21/3，加熱量約為全年需熱量的1/21/3。二、水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性指的是各種空調(diào)采暖方式的初投資、運(yùn)行費(fèi)和熱價(jià)。目前國(guó)內(nèi)外已采用的采暖空調(diào)聯(lián)供方案有：熱電冷三聯(lián)供：夏季，熱電廠抽汽+蒸汽吸收式制冷冬季，熱電廠抽汽+汽水換熱器供熱熱電冷三聯(lián)供：夏季，熱電廠熱水+熱水吸收式制冷冬季，熱電廠熱水+汽水換熱器供熱直燃式冷熱水機(jī)組：夏季、冬季，直燃式冷熱水機(jī)組制

8、冷、供熱燃?xì)?蒸汽結(jié)合循不電制冷+燃?xì)?油)鍋爐采暖電動(dòng)水源熱泵。這類機(jī)組運(yùn)行性能穩(wěn)定，性能系數(shù)p值較高，理論計(jì)算可達(dá)7，實(shí)際運(yùn)行時(shí)約為5，且由于可充分利用江河、湖、海水等自然能源，冬季供暖耗能少，是一種節(jié)能性好的冷熱源設(shè)備?？諝庠礋岜谩＠錈嵩醇嬗?，整體性好，安裝方便，可露天安裝，采用風(fēng)冷，省卻了冷卻塔及冷卻水系統(tǒng)，缺點(diǎn)是當(dāng)室外溫度較低時(shí)，需增加輔助熱源。各種方案的投資和本錢(不包括戶內(nèi)系統(tǒng))見(jiàn)表4。各方案的投資和本錢比擬*表4工程熱電冷(蒸汽)熱電冷(熱水)直燃式電制冷鍋爐供熱集中式電動(dòng)水源熱泵分體式空氣源熱泵燃?xì)?蒸汽結(jié)合循環(huán)投資(萬(wàn)元/k)0.197/0.223(含源網(wǎng))0.275/0.

9、302(含源網(wǎng))0.2070.2060.3350.1990.436本錢(元/kh)0.1390.1510.2140.2070.1670.2200.081*為?住宅區(qū)三聯(lián)供系統(tǒng)的研究?中提供的數(shù)據(jù)，本錢為年運(yùn)行本錢。下面以興降礦十八層單身職工宿舍為例，說(shuō)明水源熱泵采暖空調(diào)聯(lián)供方案的經(jīng)濟(jì)性。十八層單身宿舍建筑形狀為y形，總采暖空調(diào)建筑面積為95642，218層為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層面積為562.62，設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷為573.84k。表5為采暖空調(diào)聯(lián)供方案，表6為各方案初投資的比，表7為各方案運(yùn)行費(fèi)的比擬，表8為各方案的綜合比擬。采暖空調(diào)方案表5序號(hào)方案采暖空調(diào)方式備注方案1以地下水為冷熱源水源熱泵(水-空

10、氣)冬天：熱泵產(chǎn)生熱風(fēng)送至戶內(nèi)夏天：熱泵產(chǎn)生冷風(fēng)送至戶內(nèi)每戶設(shè)熱泵一臺(tái)將風(fēng)送至各房間方案2以地下水為冷熱源水源熱泵(水-水)冬天：熱泵產(chǎn)生熱水送至風(fēng)機(jī)盤(pán)管夏天：熱泵產(chǎn)生冷水送至風(fēng)機(jī)盤(pán)管熱(冷)源集中、每戶設(shè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管方案3電制冷+熱電廠采暖冬天：熱電廠蒸氣+汽水換熱器夏天：中央空調(diào)機(jī)送冷水至風(fēng)機(jī)盤(pán)管熱(冷)源集中、每戶設(shè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管比照方案分體空調(diào)+鍋爐房采暖冬天：鍋爐房(熱電廠)供熱，戶內(nèi)散熱器夏天：每戶安裝分體空調(diào)機(jī)熱源集中、冷源分散空調(diào)品質(zhì)較差各方案初投資的比擬表6方案1(進(jìn)口)方案2方案3比照方案進(jìn)口國(guó)產(chǎn)初投資*(萬(wàn)元)237.4305.8238.2236.6267.15單位建筑面積投資(元

11、/2)248319.7249.1247.4279*計(jì)算時(shí)包括安裝費(fèi)15%，運(yùn)行調(diào)試費(fèi)5%，稅及管理5%，設(shè)計(jì)費(fèi)2%和利潤(rùn)10%。各方案運(yùn)行費(fèi)的比擬(元/2)表7方案1方案2方案3比照方案采暖空調(diào)采暖空調(diào)采暖空調(diào)采暖空調(diào)不考慮同時(shí)使用系數(shù)，熱回收系數(shù)19.2519.259.56.29.57.2合計(jì)19.2519.2515.716.7考慮修正系數(shù)10.7810.789.54.349.57.2合計(jì)10.7810.7813.8416.7bg)f興隆礦地處兗州市，根據(jù)兗州市氣象資料，該地區(qū)冬季采暖期天數(shù)106天，延時(shí)小時(shí)數(shù)2544小時(shí)，最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)2544*(20-0.4)/20-(17)=1847小

12、時(shí)。夏季空調(diào)期天數(shù)90天，延時(shí)小時(shí)數(shù)2160小時(shí)，根據(jù)濟(jì)南、淄博三聯(lián)供實(shí)際測(cè)試資料，取夏季最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)為720小時(shí)。那么單位建筑面積，采暖期需供熱量60/2*1847=110.5kh,空調(diào)期需冷量60/2*720=43.2kh。各方案綜合比擬表8方案單位供熱(冷)量能耗(kg標(biāo)煤/kh)單位供熱(冷)量系統(tǒng)投資(萬(wàn)元/k)單位供熱(冷)量設(shè)備全年運(yùn)行費(fèi)(元/kh)方案10.0570.414(進(jìn)口)0.07方案20.0570.533(進(jìn)口)/0.415(國(guó)產(chǎn))0.07方案30.1330.4120.12比照方案0.1480.4650.11從表6、表7、表8的比照可知，興隆礦施行采暖空調(diào)，以方案1

13、為佳。前面提到的方案1水源熱泵(水-空氣)，方案2水源熱泵(水-水)在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上都是可采用的方案。但方案2中大型水源熱泵是一種集中冷(熱)源的方式，目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)大型水源熱泵廠家，進(jìn)口設(shè)備較貴，而國(guó)產(chǎn)水源熱泵系列不全，單臺(tái)容量較小，只有將多臺(tái)設(shè)備集中放置在機(jī)房時(shí)，才能形成集中冷(熱)源形式，投資較大，安裝運(yùn)行維護(hù)不便。無(wú)論是從單位供熱(冷)量所需能耗，還是從投資和運(yùn)行費(fèi)上看方案1都具有明顯的優(yōu)越性。其中進(jìn)口熱泵機(jī)組的價(jià)格與方案2中國(guó)產(chǎn)設(shè)備的投資相近，但比方案2進(jìn)口設(shè)備價(jià)格低得多，且不要另建機(jī)房。因此，十八層樓單身宿舍擬采用方案1為施行方案。水源熱泵采暖空調(diào)聯(lián)供方案投資偏低的主要原因：不設(shè)專用

14、機(jī)房。中央空調(diào)的機(jī)房面積(包括空調(diào)裝置、電氣及其它)約為空調(diào)建筑面積的58%，其中空調(diào)裝置約占45%，以10層建筑物為例，其中機(jī)房約占一層。水源熱泵將空調(diào)裝置分散設(shè)在每戶，不僅減少了機(jī)房的建立費(fèi)用，在寸土寸金的地區(qū)，增加的辦公面積，營(yíng)業(yè)面積的作用就更大了。封閉水管不要保溫，對(duì)豎井沒(méi)有特殊要求。中央空調(diào)系統(tǒng)的豎井占有較多建筑物的有效面積，全空氣系統(tǒng)的豎井面積更大。豎井布置的是否恰當(dāng)，不僅會(huì)影響空調(diào)系統(tǒng)的效率，而且對(duì)空調(diào)的投資有較大的影響。不占有房間的有效面積，中央空調(diào)系統(tǒng)的戶內(nèi)裝置風(fēng)機(jī)盤(pán)管有時(shí)放置在窗戶下，對(duì)住宅的影響較大。水源熱泵聯(lián)供方案運(yùn)行費(fèi)偏低的原因：水源熱泵采暖運(yùn)行時(shí)，約占總供熱量3/4

15、的吸收熱來(lái)自井水，江、河的低溫?zé)峄蚬I(yè)余熱；空調(diào)運(yùn)行時(shí)，約為總制冷量1.2倍的總散熱量由低溫?zé)峄蚬I(yè)余熱分?jǐn)?，因此，較多地降低了采暖、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)。水源熱泵機(jī)組直接設(shè)置在用戶房間內(nèi)，減少了輸配損失。水源熱泵機(jī)組能效系數(shù)較高，且性能系數(shù)的穩(wěn)定性較好。水源熱泵系統(tǒng)具有熱回收性能。當(dāng)同一建筑中有的房間需供熱，有的房間需空調(diào)時(shí)，往往無(wú)需冷卻及輔助加熱。三、水源熱泵系統(tǒng)的可靠性采暖、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性指的是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，調(diào)節(jié)靈敏。所謂穩(wěn)定性好指的是采暖空調(diào)房間的溫度、濕度、氣流速度等熱舒適性參數(shù)不受外界的影響，保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，即當(dāng)系統(tǒng)的某一局部發(fā)惹事故，或某用戶的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，對(duì)另外的房間沒(méi)有

16、影響或影響較少。水源熱泵系統(tǒng)的熱泵機(jī)組設(shè)置在每個(gè)房間內(nèi)，當(dāng)某一臺(tái)發(fā)生故障后，只要將聯(lián)接該設(shè)備的供、回水閥關(guān)斷，就不會(huì)對(duì)相鄰用戶產(chǎn)生任何影響。所以說(shuō)，水源熱泵的穩(wěn)定性非常好。水源熱泵的溫度自控裝置組合在熱泵機(jī)組中，無(wú)需另設(shè)控制中心或控制室，用戶根據(jù)自己的愿望，可靈敏地控制室溫和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種方式不僅合適于公共建筑，對(duì)不同年齡、不同職業(yè)和不同生活要求居住的住宅建筑來(lái)說(shuō)，這就顯得更為重要了。除此之外，水源熱泵系統(tǒng)便于進(jìn)展熱計(jì)量，物業(yè)公司根據(jù)用戶的耗電量就可向用戶收費(fèi)，是解決當(dāng)前采暖、空調(diào)收費(fèi)難的一項(xiàng)重要舉措。四、設(shè)計(jì)是水源熱泵實(shí)現(xiàn)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性的保證條件之一水源熱泵機(jī)組為水源熱泵空調(diào)采暖系統(tǒng)

17、創(chuàng)造了關(guān)鍵性的條件，沒(méi)有這種機(jī)組，就不存在這種系統(tǒng)。但機(jī)組運(yùn)行的好壞與源、網(wǎng)、機(jī)組的系統(tǒng)組合方式密節(jié)相關(guān)。即與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)親密相關(guān)。水源熱泵采暖空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)見(jiàn)表9注：b*1機(jī)組的送風(fēng)量為每冷噸0.163/s，水流量為每冷噸0.16升/s至0.19升/s。d*2此時(shí)為乙稀乙二醇溶液。d*3短時(shí)間內(nèi)可以為35/28。水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。水源熱泵機(jī)組的容量不要過(guò)大。中央空調(diào)冷熱源設(shè)備選型時(shí)，設(shè)備制冷(熱)量約為設(shè)計(jì)冷(熱)負(fù)荷的1.051.10。水源熱泵機(jī)組選型時(shí)，應(yīng)盡量接近設(shè)計(jì)冷(熱)負(fù)荷。假設(shè)機(jī)組偏大時(shí)，運(yùn)行時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁。機(jī)組容量適宜，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，有利于除濕。封閉水系統(tǒng)水溫的選擇，夏季要求水溫低些，目的是進(jìn)步能效，降低耗電功率。冬季水溫不要太高，因?yàn)樗疁馗邥r(shí)，雖然制冷量高了，但耗電功率也高了，能效系數(shù)變化不大。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮采暖空調(diào)對(duì)象建筑物的同時(shí)使用系數(shù)。同時(shí)使用系數(shù)的取值與建筑物類型有關(guān)，與建筑物的數(shù)量有關(guān)，需通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)確定。?住宅建筑空調(diào)負(fù)荷計(jì)算中同時(shí)使用系數(shù)確實(shí)定?列出數(shù)據(jù)是：當(dāng)住戶100戶時(shí)，該系數(shù)為0.7；當(dāng)戶數(shù)為1001