熱源塔熱泵冷熱源方案淺析

1、熱源塔熱泵冷熱源方案淺析  桐廬好的大酒店有限公司    方國(guó)明    內(nèi)容摘要     冷(熱)源來(lái)源經(jīng)濟(jì)與否直接關(guān)系建筑物空調(diào)的初投資與綜合運(yùn)行費(fèi)用。本文以實(shí)際設(shè)計(jì)方案為例，對(duì)不同制冷機(jī)冷源與熱泵熱源來(lái)源方案進(jìn)行了綜合性經(jīng)濟(jì)分析、比較，從而得出結(jié)論：用“熱源塔熱泵”系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)冷暖空調(diào)衛(wèi)生熱水三聯(lián)供，的確是一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方案。       熱源塔熱泵夏季為高效水蒸發(fā)冷卻熱回收制冷機(jī)，可以向酒店提供免費(fèi)衛(wèi)生熱水和桑拿熱水；過(guò)度季節(jié)提供衛(wèi)

2、生熱水時(shí)產(chǎn)生的冷量可滿足、餐廳、娛樂(lè)及多功能廳冷負(fù)荷；冬季熱泵的低品位熱源來(lái)自高效寬帶無(wú)霜熱源塔系統(tǒng)，可有效地保障熱泵供暖及衛(wèi)生熱水所需要的低品位熱源。       在無(wú)鍋爐等輔助熱源條件下，熱源塔熱泵經(jīng)受住南方五十年一遇的冰凍期考驗(yàn)，室內(nèi)供暖溫度達(dá)到30。系統(tǒng)運(yùn)行可靠維修量小，比混合源地源熱泵冷(熱)源減少60%左右的初投資，年減少綜合經(jīng)濟(jì)費(fèi)用11.6%。這種無(wú)需設(shè)計(jì)鍋爐、水源和地埋管等輔助熱源系統(tǒng)的熱泵，初投資經(jīng)濟(jì)合理，室內(nèi)外機(jī)械設(shè)備綜合占地面積都比較小、節(jié)能效果明顯，以及對(duì)周圍環(huán)境影響符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)冷(熱)源來(lái)源方式，值

3、得和大家交流探討。       關(guān)鍵詞：熱源塔、冷(熱)源、熱源塔熱泵       1. 工程概況       桐廬大酒店位于城市發(fā)展的商業(yè)中心杭州市桐廬縣城區(qū)。桐廬大酒店是按四星級(jí)酒店標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的集客房、餐飲、娛樂(lè)、休閑、會(huì)議、辦公及商場(chǎng)為一體的多功能綜合性項(xiàng)目。地上建筑面積：34210 m²。地下建筑面積：3160 m²。夏季制冷負(fù)荷為2500KW，冬季供熱負(fù)荷為2000KW。單位面積冷指標(biāo)為70.4W/ m

4、78;。單位面積熱指標(biāo)為58.5W/ m²。熱水負(fù)荷為500KW。  2. 不同冷(熱)源熱泵方案初投資比較       2.1混合源地源熱泵冷(熱)源與初投資        系統(tǒng)性能 南方地區(qū)制冷負(fù)荷大于供暖+熱水負(fù)荷的20%左右，為維持地下土壤溫度場(chǎng)的平衡，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的，設(shè)計(jì)采用混合源(地埋管+冷卻塔)地源熱泵。地下土壤源溫度場(chǎng)可維持在1622之間變化，熱泵熱源溫度平均保持126之間變化，。熱泵是以15熱源作為供熱量指標(biāo)，在熱源溫度126

5、條件下運(yùn)行供熱雖有衰減，但仍能滿足2500KW供暖和熱水負(fù)荷的需求量。熱泵供熱性能系數(shù)COP值可達(dá)3.5以上，主要是依靠昂貴造價(jià)的地源埋管系統(tǒng)作陪襯，才能實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的高效。      系統(tǒng)初投資  近期原薩斯特地源埋管鉆井施工隊(duì)在為瀏陽(yáng)市一座別墅做地源埋管，巖層鉆孔單井深度35米，鉆機(jī)日進(jìn)尺深度只有10米，井深造價(jià)超過(guò)100元/米。在大型建筑物中用地緊張，單井深度可達(dá)到80100米，隨著井深增加巖層硬度會(huì)更高，井深造價(jià)為120200元/米之間( 四川地源熱泵示范工程)。采用混合源地源熱泵機(jī)組及冷(熱)源地源埋管系統(tǒng)的初投資為

6、710.00萬(wàn)元左右(詳見(jiàn)表1)。       2.2空氣源熱泵冷(熱)源與初投資       系統(tǒng)性能  酷暑制冷，空氣源熱泵的制冷效率與室外氣候有直接的關(guān)系，隨室外溫度的升高而降低，機(jī)組消耗功率隨室外環(huán)境溫度的升高而增加。空氣溫度35，出水溫度7，空氣源熱泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供熱，南方地區(qū)受特定地質(zhì)與氣候條件因素影響，成為冷暖氣流對(duì)峙區(qū)“低溫高濕”，空氣中低品位“潛熱”含量高，空氣源熱泵因構(gòu)造缺陷，不能有效地利用低品位熱源，持續(xù)期累計(jì)

7、約50天左右(-52溫度有近10天左右，25溫度有近40天左右)。當(dāng)空氣源熱泵迎面風(fēng)速為2M/S時(shí)，室外空氣干球溫度在05，相對(duì)濕度>80%時(shí)結(jié)霜最為嚴(yán)重，此時(shí)平均每小時(shí)化一次霜，按現(xiàn)代技術(shù)不停機(jī)旁通換向化霜程序，一次化霜的時(shí)間不少于8分鐘左右(包括室內(nèi)反向取熱)。空氣源熱泵在05條件下處于無(wú)霜至結(jié)滿霜與半結(jié)霜狀態(tài)下運(yùn)行，供熱性能下降3540%；化霜減少的供熱量達(dá)1520%左右。因此，在最惡劣工況條件下空氣源熱泵機(jī)組的實(shí)際供熱輸出量，只有標(biāo)準(zhǔn)工況供熱量的50%左右，供熱性能系數(shù)COP平均只有1.5左右。       系統(tǒng)初投資&

8、#160; 冬季酒店供熱需求量為2500KW，選擇空氣源熱泵方案，容量應(yīng)按實(shí)際供熱能力確定為：        Q = Q0 + R   Q0 為設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)供熱量、為實(shí)際供熱系數(shù)、R為輔助熱源；        Q0 = 3800KW    = 0.53   R = 500KW   Q = Q0 + R = 3800 * 0.53 + 500 = 2514KW  

9、0;   設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)制冷量為3800KW空氣源熱泵機(jī)組加500KW輔助電加熱裝置，能夠滿足制熱最不利工況下供熱。根據(jù)渦旋壓縮機(jī)構(gòu)造不適應(yīng)空氣源熱泵結(jié)霜后，長(zhǎng)期處在高壓差下運(yùn)行，容易損壞等因素，應(yīng)采用螺桿壓縮機(jī)組，空氣源熱泵主機(jī)方案初投資為716.00萬(wàn)元左右(詳見(jiàn)表1)。       2.3 熱源塔熱泵冷(熱)源與初投資      系統(tǒng)性能  熱源塔熱泵夏季為高效水蒸發(fā)冷卻制冷機(jī)，冬季為高效寬帶無(wú)霜空氣源熱泵。由冷熱源吸收設(shè)備閉式熱源塔和低位熱源提升設(shè)備低熱源熱泵

10、組成。采用寬帶小溫差傳熱設(shè)計(jì)，比傳統(tǒng)空氣源熱泵結(jié)霜溫度下降了56，環(huán)境空氣溫度高于1.5以上時(shí)屬于無(wú)霜運(yùn)行期，減少了85%的結(jié)霜機(jī)率。當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于1.5以下時(shí)累計(jì)時(shí)間約10天左右，為防止零下溫度濕空氣遇蒸發(fā)器結(jié)霜，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了負(fù)溫度防霜系統(tǒng)，自動(dòng)噴淋環(huán)保防凍溶液降低換熱器表面冰點(diǎn)，待低溫期過(guò)后采用濃縮裝置分離水份，保障了熱源塔熱泵在最惡劣工況下05供熱性能系數(shù)COP值不低于3.2。       系統(tǒng)初投資  冬季酒店供熱需求量為2500KW，選擇熱源塔熱泵方案，容量應(yīng)按實(shí)際供熱能力確定為：  

11、;      Q = Q0 + R   Q0 為設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)制冷量、為實(shí)際供熱系數(shù)、R為輔助熱源；        Q0 = 3450KW    = 0.75   R = 0KW   Q = Q0 + R = 3450 * 0.75 + 0 = 2587KW      設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)供熱量為3450KW熱泵熱水機(jī)組，能夠滿足制熱最不利工況下供熱。系統(tǒng)應(yīng)采用滿液式螺桿壓縮機(jī)組，熱源塔熱

12、泵及冷(熱)源初投資方案為445.00萬(wàn)元左右(詳見(jiàn)表1)。       2.4不同冷(熱)源及機(jī)組配置初投資分析表       小結(jié)： 混合源地源熱泵冷(熱)源與初投資710.00萬(wàn)元左右；空氣源熱泵方案初投資為716.00萬(wàn)元左右；熱源塔熱泵及冷(熱)源初投資方案為445.00萬(wàn)元左右，是三個(gè)空調(diào)方案中最低的。  3. 不同冷(熱)源熱泵方案能耗比較       在對(duì)方案進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)，

13、首先應(yīng)注意比較基準(zhǔn)的基本一致。應(yīng)用相同設(shè)備檔次、能源價(jià)格等基準(zhǔn)條件進(jìn)行比較，才能保證比較結(jié)果的科學(xué)性和合理性。對(duì)比方案全部采用滿液式螺桿機(jī)組。            小結(jié): 酒店平均電價(jià)為0.815元/kwh，酒店為度假旅游服務(wù)，冬季為服務(wù)淡季。具體能耗如下：       混合源熱泵方案系統(tǒng)耗電為2249330 kwh，能耗為2249330×0.8151833203元(183.32萬(wàn)元)；     

14、0;  空氣源熱泵方案系統(tǒng)耗電為3195532 kwh，能耗為3195532×0.8152604358元(260.44萬(wàn)元)；        熱源塔熱泵方案系統(tǒng)耗電為2321101 kwh，能耗為2321101×0.8151891697元(189.17萬(wàn)元)。  4. 不同冷(熱)源熱泵方案選擇與確定           4.1 混合源地源熱泵方案  最初的設(shè)計(jì)方案是采用地下水源熱泵機(jī)組

15、，由于項(xiàng)目建筑紅線建筑范圍內(nèi)，場(chǎng)地基礎(chǔ)地質(zhì)巖體廣布，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，經(jīng)水文地質(zhì)勘測(cè)找不到足夠的地下水源來(lái)作為熱泵系統(tǒng)的冷(熱)源，而地源土壤源打孔費(fèi)用和機(jī)組造價(jià)高達(dá)710.00萬(wàn)元左右，對(duì)比其它節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)增加初投資265.35 萬(wàn)元，年支付貸款利息為27.76萬(wàn)元，全年節(jié)能回報(bào)只有5.85萬(wàn)元左右。且本項(xiàng)目又處在市中心，沒(méi)有足夠可利用的空地打孔。因此，地下水源、地下土壤源冷(熱)源方案雖然節(jié)能，沒(méi)有成熟可靠的條件使用。更何況節(jié)能費(fèi)用尚不能抵消增加的初投資貸款利息。        4.2 空氣源熱泵方案  在地源熱泵

16、方案被否定后，考慮采用空氣源來(lái)作為來(lái)作為熱泵系統(tǒng)的冷(熱)源方案。夏季，空氣源熱泵的冷源來(lái)自空氣冷卻，空氣源動(dòng)力風(fēng)機(jī)的噪聲也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境及酒店自身產(chǎn)生影響，冷卻效果受“高溫酷暑”環(huán)境溫度影響，最惡劣工況時(shí)能效比只有EER=2.5左右，比水蒸發(fā)冷卻增加了近一倍的能耗。冬季，空氣中低位“潛熱”含量高，空氣源熱泵因構(gòu)造缺陷不能有效地利用低位熱源，結(jié)霜降低機(jī)組換熱效率，而除霜既要耗能又影響連續(xù)供暖能力；當(dāng)室外溫度過(guò)低，會(huì)使機(jī)組保護(hù)停機(jī)不能正常工作，即使可以工作，其效率也很低，影響酒店的正常經(jīng)營(yíng)。而其空氣源熱泵螺桿機(jī)組造價(jià)高達(dá)716.00萬(wàn)元左右，對(duì)比其它節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)增加初投資271.65萬(wàn)元，年支付貸

17、款利息為28.4萬(wàn)元，全年能耗對(duì)比其它節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)增加71.27萬(wàn)元左右。      4.3 熱源塔熱泵方案  經(jīng)慎重考慮科學(xué)論證后，最后提出一種介于水冷卻制冷機(jī)節(jié)能與無(wú)霜空氣源熱泵之間的組合制冷與熱泵系統(tǒng)。經(jīng)多方面研究與網(wǎng)上市場(chǎng)調(diào)查了解到，熱源塔熱泵可有效地解決了地下水源熱泵無(wú)水源，地源土壤源熱泵造價(jià)高，傳統(tǒng)風(fēng)冷熱泵夏季制冷能耗高、冬季供熱翅片換熱器易結(jié)霜降低換熱效率、化霜耗能等問(wèn)題，造成供熱能耗高。熱源塔熱泵夏季為高效水蒸發(fā)冷卻制冷機(jī)，冬季為高效寬帶無(wú)霜空氣源熱泵，經(jīng)受住南方五十年一遇的冰凍期考驗(yàn)，客房供暖溫度達(dá)到30。熱源塔熱泵

18、冷、暖空調(diào)和熱水三聯(lián)供一機(jī)三用，無(wú)需輔助熱源，節(jié)能環(huán)保、高效，且初投資合理，熱源塔熱泵冷(熱)源系統(tǒng)造價(jià)為445.00萬(wàn)元左右，與其它熱泵方案對(duì)比如下：        對(duì)比混合源地源熱泵方案減少初投資265.35 萬(wàn)元，減少年還貸利息27.76 萬(wàn)元，能耗增加5.85萬(wàn)元，實(shí)際比混合源地源熱泵方案年減少21.91萬(wàn)元的費(fèi)用。        對(duì)比空氣源熱泵方案減少初投資271.65 萬(wàn)元。減少年還貸利息28.41 萬(wàn)元，年節(jié)能耗減少71.27萬(wàn)元左右，實(shí)際比空氣源熱泵方案年減少

19、99.68萬(wàn)元的費(fèi)用。  5. 結(jié)論       通過(guò)不同對(duì)熱泵及冷(熱)源系統(tǒng)方案進(jìn)行的綜合經(jīng)濟(jì)分析不難看出，熱源塔熱泵冷(熱)源系統(tǒng)作為大中型建筑物（特別是酒店服務(wù)業(yè)）中央空調(diào)系統(tǒng)的冷(熱)源具有明顯的初投資低、節(jié)能和性能穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)。不受區(qū)域地質(zhì)及自然環(huán)境的限制，在氣候適宜的長(zhǎng)江流域以南地區(qū)可在冬、夏過(guò)度季節(jié)共用，省去了鍋爐設(shè)備、水源和地埋管等輔助冷(熱)源系統(tǒng)，符合我國(guó)南方地理情況。一機(jī)三用，設(shè)備利用率高。      熱源塔夏季制冷具有比冷卻塔更好的冷卻效果，較低的風(fēng)速令

20、人滿意的噪音；冬季熱源塔由于采用了寬帶小溫差傳熱設(shè)計(jì)，吸取低品位熱源能力比窄帶空氣源熱泵換熱器結(jié)霜溫度下降了56，減少了85%的結(jié)霜機(jī)率。在環(huán)境負(fù)溫度運(yùn)行期間，設(shè)計(jì)有噴淋防霜系統(tǒng)以及旋流汽液分離消噪系統(tǒng)，有效地控制 了對(duì)環(huán)境的污染。      熱源塔熱泵系統(tǒng)全年可比空氣源熱泵年節(jié)約綜合運(yùn)行費(fèi)用61% 左右，減少初投資271.65萬(wàn)元；比混合源地源熱泵系統(tǒng)年節(jié)約綜合運(yùn)行費(fèi)用11.6% 左右，減少初投資265.35萬(wàn)元。因此，熱源塔熱泵系統(tǒng)在大中型建筑中可以廣泛地應(yīng)用。     參考文獻(xiàn)：     1.熱泵市場(chǎng)雜志  “熱泵暴雪天如何過(guò)冬”（冰凍期熱源塔熱