基于滲濾取水方案的江水水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

基于滲濾取水方案的江水水源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院李文王勇吳浩摘要本文通過對(duì)重慶地區(qū)某大型江水水源熱泵系統(tǒng)的介紹，重點(diǎn)分析了其取水方案——河床滲濾取水方案的可行性和獨(dú)特性，分析取水系統(tǒng)對(duì)江水源熱泵系統(tǒng)的影響，并提出取水系統(tǒng)在江水水源熱泵系統(tǒng)中的重要性。簡單分析了整個(gè)系統(tǒng)的初投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，并與常規(guī)的中央空調(diào)系統(tǒng)形式做比較，得出大型的江水水源熱泵系統(tǒng)雖然在初投資方面費(fèi)用比較高，但綜合考慮仍然具有較好經(jīng)濟(jì)性，可以達(dá)到良好的節(jié)能減排的目標(biāo)，值得在合適的條件下推廣使用。關(guān)鍵詞：江水水源熱泵滲濾取水節(jié)能經(jīng)濟(jì)分析引言重慶市政府為了更好的開展節(jié)能減排工作，在建筑行業(yè)提出了節(jié)能65％的目標(biāo)。為了確保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，政府不僅出臺(tái)了一系列的政策、法規(guī)，也同時(shí)開展了可再生能源建筑示范工程。在重慶地區(qū)因?yàn)樗Y源，特別是江水資源豐富，江水水源熱泵系統(tǒng)作為可再生的、清潔的中央空調(diào)系統(tǒng)形式在這樣的前提情況下有了更大的推廣意義。本為將對(duì)重慶某酒店采用的江水水源熱泵系統(tǒng)方案進(jìn)行介紹、分析和評(píng)估，并與常規(guī)冷水+熱水鍋爐空調(diào)系統(tǒng)方案比較，從節(jié)能的效果分析江水水源熱泵系統(tǒng)的可取性。1、技術(shù)分析1.1工程簡介酒店由酒店標(biāo)準(zhǔn)客房、公共用房（會(huì)所）、商務(wù)辦公、及其配套設(shè)備用房組成。建筑總面積為102628m2。地上39層，建筑高度為148.6米，屬于超高層綜合樓。酒店的總冷負(fù)荷約為12000KW；總熱負(fù)荷約為6000KW。酒店地處江津長江段邊，為江水水源熱泵系統(tǒng)取水提供了較為便利的條件。在水溫、水質(zhì)方面，由文獻(xiàn)⑴可知，重慶市長江江水平均溫度夏季一般為22～25℃；冬季一般為11～16℃左右。下圖為作者所在課題組測試數(shù)據(jù)。圖一：長江江津段水溫測試數(shù)據(jù)圖一：長江江津段水溫測試數(shù)據(jù)由圖（一）可知，在夏季，江水全天最高溫度為24.1℃，其全天波動(dòng)溫差不大于0.4℃；冬季江水全天最低溫度為10.7℃，其全天波動(dòng)溫差不大于0.2℃；可見江水水溫可以很好的滿足供冷、供暖季節(jié)的要求。長江江水礦化程度不高，江水呈弱堿性，但含沙量較高，特別是夏季洪水期，其含沙量遠(yuǎn)高于國家冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50050-95）對(duì)水質(zhì)含沙量的不大于5mg/l的要求⑴。除含沙量外，江水的其它水質(zhì)指標(biāo)均能滿足機(jī)組對(duì)水質(zhì)的要求，在實(shí)際運(yùn)用中提倡直接利用江水，減少江水的溫度損失⑵。1.2取水方案設(shè)計(jì)江水水源熱泵系統(tǒng)和常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)相比，由于使用江水作為冷熱源，故不需要冷卻設(shè)置，也不需單獨(dú)設(shè)置熱源設(shè)備。所以江水水源熱泵系統(tǒng)其運(yùn)行節(jié)能的效果很大程度的取決于取水方案的合理性。雖然在已有運(yùn)行的地表水源熱泵工程中有許多成功的取水方案。比如武當(dāng)山丹江口水庫水源熱泵工程使用的浮船取水方式⑶，湘潭市中心水源熱泵工程使用人工湖從湘江引水的取水方式⑷，。但對(duì)于具體工程可以適用什么樣的取水方案，可以達(dá)到怎樣的效果，還要從具體情況分析。下面結(jié)合本工程的實(shí)際情況，分析其取水方案的設(shè)定。瓣根據(jù)建筑夏暮季冷負(fù)荷，獸按進(jìn)出水溫畏差為頭5收℃姥計(jì)算，夏季品江水鄙用關(guān)水量可達(dá)到握2700m那3遼/h血，采用進(jìn)出捎水溫差為振10伏℃歲時(shí)，夏季江晚水用水量可賓減少至礦1400佳途m沸3員/h作。常本文分析數(shù)趨據(jù)均建立在揭溫差為埋5拜℃睡的基礎(chǔ)上，授采用叉大溫差運(yùn)行斜對(duì)節(jié)能更加圍有利，應(yīng)該請(qǐng)?jiān)谑褂弥屑訕芬酝茝V待。饞用傳統(tǒng)的水軟廠水處理方鋸式大進(jìn)行取水圾，農(nóng)將消耗大姿量跡的土地拜和空間娃。漆綜合考慮各植方面因素，火本工程采用著了鼻天然河底濾亡床反向滲濾償取水方案。伐其示意圖如爐圖捏二鈴所示。泰圖雷二助：取水方案蹲示意圖插該方案利用謀長江河床的嘆卵石層作為玻天然過濾器連，通過滲透烘濾嘴在恢河底慘硐帥室碑內(nèi)譜匯集江水，還各個(gè)控硐鐮室內(nèi)匯集的鍬江水?dāng)y通過江底集征水隧道、導(dǎo)棕井送至豎井券，然后利鞋用水泵核直接慨抽往視熱泵機(jī)組軟使用貨。銅取水方案設(shè)誼計(jì)時(shí)揉還應(yīng)該喬注意枯水季敘節(jié)水位與取扯水硐室懷集雪水量的關(guān)系妖，確保取水犯水量可以滿拜足冬季縫負(fù)荷絨所需的水量娘。所以叢該開式取水滴方案旺存在動(dòng)施工難度比職較大，初期恨投資比較高戀的難題保。植但結(jié)合本工龜程實(shí)際與其估它取水方案廈相比，有以逼下會(huì)四扶種優(yōu)點(diǎn)。置水泵能耗獨(dú)低但。封一般情況下招采用開式系去統(tǒng)時(shí)，取水扇水泵的揚(yáng)程你因需要克服寨進(jìn)出口水位盼差造成的夫揚(yáng)程損失，兩但本淺工程姑因其地理位斬置的優(yōu)勢，輪其豎井處取歪水位置比機(jī)候組進(jìn)水口位它置的標(biāo)高蠶約方高產(chǎn)一米腥，采用開式菠系統(tǒng)不僅避燥免了堤閉式系統(tǒng)中棄需要在肝江中鋪設(shè)大講體積的換熱估裝置，還可廚以奶避免修取水水泵揚(yáng)閃程冶過大的問題捆。樂⑵拒、閣除沙效率高低本工程冷、副熱負(fù)荷比較搖大，所以需聲要比較大的潔取水水量。氏從而需要有唐效的除沙裝諸置。忙江水通過河止床的卵石層禿過濾、滲透叔至酮室后，影水中含沙量既將大幅度降避低，經(jīng)簡單喊處理后就可柴以直接進(jìn)入驚機(jī)組，避免澡使用溪沉淀池等占錯(cuò)地面積大的降除沙設(shè)備寄。擔(dān)⑶武、仙環(huán)境影響小宣雖然橋取水工程較鞭大，但具體番工程大都位宰于地下，不核僅節(jié)省了建暫筑周圍血空間斗，也不會(huì)影盯響贏到鷹長江航道周。探同時(shí)，沫滲濾取水技貴術(shù)充分利用芳了天然河床掀砂礫石層的托凈化作用和扒河水對(duì)淤積掘?qū)拥淖詣?dòng)更屆新，不需藥腦劑，簡化了宿取水工藝，黨是一種生態(tài)罵取水技術(shù)。售四川、重慶芽的滲濾取水邁工程實(shí)踐證改明，這種取央水技術(shù)具有繡很高的爺技術(shù)經(jīng)濟(jì)效眉益，能大大趙降低凈水成找本，提供優(yōu)賊質(zhì)水膀。陶⑷棕、籍水溫穩(wěn)定好驚如果江水經(jīng)逼換熱器換熱干后，水溫一厲般會(huì)損失貼2抬℃擦左右鈴，而溉江水經(jīng)過簡惠單處理后直散接進(jìn)入機(jī)組槐，吉可以避免太經(jīng)換熱器造飼成的趁熱量或冷量夏的葵損失。更為也重要的是亭江水經(jīng)過允河床舒滲透后，可趁以保證遵水溫波動(dòng)比參較小。由于便近貿(mào)幾年頻繁出革現(xiàn)極端惡劣閑天氣黃——鋸長期持續(xù)兇高溫或嚴(yán)寒維的天氣，這葛種取水方案奧可以更有效而的保證水溫毒的穩(wěn)定性。贊如夏季高溫足在持續(xù)多天謠的黃35莊℃份后，通過滲逮濾取水仍可智保持進(jìn)水溫樸度在輛20高℃諷左右；在0無8年嚴(yán)寒天逝氣中，通過迎滲濾取水仍聲可以得到盼18遮℃捕左右高品位裳的熱源水。掛從而保證水公源熱泵機(jī)組麻的高效運(yùn)行朵。慶2、兩種冷嶄熱源方案的遷經(jīng)濟(jì)性比較旨本文針對(duì)以臺(tái)下兩種方案刺進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比糠較。方案一裕:開式江水襲水源熱泵系約統(tǒng)；方案二鞏:常規(guī)水冷渠離心機(jī)組+斷燃?xì)鉄崴伜啝t空調(diào)系統(tǒng)飾。懇2.1冷熱肺源主要設(shè)備輕配置及投資裝比較分析俊與常規(guī)水冷稀離心機(jī)組+選燃?xì)鉄崴伕蜖t空調(diào)系統(tǒng)喊相比，水源旗熱泵系統(tǒng)的仿增量成本在榜于水源側(cè)（福含機(jī)組）部遞分，室內(nèi)系支統(tǒng)的造價(jià)基野本一致肥。富故在系統(tǒng)設(shè)鋤備投資比較辟中不考慮室本內(nèi)部分投資澡。顏為明確保久投資分析比羊較的可比性殘,通在冷水機(jī)組鼓和熱泵機(jī)組匆主機(jī)的選型龜上，都選用濫同一家公司燙生產(chǎn)的、冷紫量相同的機(jī)獸組。仔江水水源熱閱泵系統(tǒng)主要描設(shè)備選型為歸2臺(tái)制冷量螺4219垂kw、功率技605腸kw的源熱千泵機(jī)組跪和賣2臺(tái)制冷量迅2813察kw、功率況435kw打的水源熱泵屯機(jī)組。揚(yáng)程社35m疊、功率75稅kw的取水儉水泵和揚(yáng)程稻35m反、蘋功率75k據(jù)w的取水水叉泵各2臺(tái)。壞常規(guī)冷水機(jī)塞組+燃?xì)忮來摖t系統(tǒng)設(shè)備狠選型為制冷況量421榴9kw、功叉率636k蜘w的冷水機(jī)售組和制冷量授2813小kw、功率螺424kw為的冷水機(jī)組使各2臺(tái)。鏈揚(yáng)程優(yōu)40丙m旱、陵功率紅132伸kw息的冷卻水泵鋸和陶揚(yáng)程爆3鹽8平m婚、左功率75k霉w據(jù)的冷卻水泵巾各2蜜臺(tái)。燃?xì)鉄嵬に仩t拾制熱量21這00kw、聲功率6.5裂kw，進(jìn)出巴水溫為舒50得℃膝/使60稼℃陪，數(shù)量為3他臺(tái)。腐流量瓣900m沾3出/h熔和衰流量剝620鞭m域3浪/h羊的冷卻塔各固2臺(tái)。其功尾率分別為2松2kw和1商6kw。斷其總投資見傻下表。聰表1兩種請(qǐng)系統(tǒng)風(fēng)初自投資分析表插名稱概江水水源熱紙泵系統(tǒng)幻常規(guī)冷水機(jī)摩組+熱水鍋警爐系統(tǒng)紫投資費(fèi)用（里萬元）齡2305謹(jǐn)1016摘備注歸含取水工程覆及輔助熱源堆費(fèi)用額含冷卻水設(shè)怪備等安裝費(fèi)揚(yáng)用先由以上分析印可以得出，潑方案一比方辯案二在設(shè)備恰投資、安裝哪成本窮上增加了約伐12粘89嶼萬元杏。主要原因寸是本工程的于冷熱負(fù)荷大瞎，厘為丙保證畏系統(tǒng)正常運(yùn)擊行，做取水工程和傍輔助熱源吸設(shè)備需要比跡較大的投入懸。但同時(shí)懼大負(fù)荷的水帥源熱泵系統(tǒng)于在運(yùn)行費(fèi)用匆上也會(huì)有更帖好的節(jié)能性裳，這點(diǎn)可以煩從下面年運(yùn)長行費(fèi)用的分擦析上得出。禾2.2系統(tǒng)良年運(yùn)行費(fèi)用個(gè)分析乒在分析年運(yùn)動(dòng)行費(fèi)用時(shí)，姐⑴世、電價(jià)按照量0.78元咸/超℃鬼計(jì)算，熱水搶鍋爐按照使薪用天燃?xì)鉃橘\能源進(jìn)行計(jì)萬算，計(jì)算價(jià)腰格按照2.菊2元/立方茶計(jì)。古⑵繩、系統(tǒng)碧運(yùn)行時(shí)間按腹照冬季運(yùn)行慘3個(gè)月（計(jì)撒90天），宰夏季運(yùn)行4樂個(gè)月（計(jì)1雀20天）進(jìn)邁行計(jì)算。京⑶免、孩空調(diào)系統(tǒng)臨按照黃預(yù)測渣設(shè)定飾的勵(lì)24豪小時(shí)住負(fù)荷分布凈率爆運(yùn)行。未即搜在倍運(yùn)行費(fèi)用分坦析中考慮機(jī)趟組在部分負(fù)胸荷下的運(yùn)行姜能耗軌。敗機(jī)組在部分特負(fù)荷下運(yùn)行述的能耗由鳥部分負(fù)荷效厘率曲線確定秩。客⑷凍、取水泵躬能耗按照蘿水泵吵定頻勞運(yùn)行構(gòu)計(jì)算，不考軟慮水泵變頻轉(zhuǎn)可能帶來的尺節(jié)能。屯⑸豪、疤由于兩議種方案條件擴(kuò)下的用戶側(cè)后部分設(shè)備一熔致，因此，脂以下比較均死不包括用戶氧側(cè)皺能耗食?；臑槌浞终f明殖水源熱泵系吸統(tǒng)的節(jié)能特饅點(diǎn)，術(shù)在分析符系統(tǒng)宏的運(yùn)行費(fèi)前色，悲先比較水源忍熱泵機(jī)組和壩冷水機(jī)組在撲不同負(fù)荷條誦件下的耗能警情況鍛(見下圖)勵(lì)。在分析水稈源熱泵機(jī)組展時(shí)進(jìn)水溫度靠為卸24誤℃祥。圖三：4219kw冷水圖三：4219kw冷水機(jī)組部分負(fù)荷下效率曲線圖四：4219kw熱泵機(jī)組部分負(fù)荷下效率曲線續(xù)從兩者的效愧率曲線可以焰看出，變熱泵機(jī)組在素部負(fù)荷時(shí)更鎮(zhèn)加晝節(jié)腎能。所以貧僅對(duì)機(jī)組而者言，水源熱挨泵機(jī)組腸就騙具有較大的帽節(jié)能性。但掩考慮在本工支程所需取水厘量大，取水寄泵能耗較高挺，態(tài)那么就整個(gè)養(yǎng)系統(tǒng)而言，塑江水斑水源熱泵系饑統(tǒng)是否拆節(jié)能就需要膠做更詳細(xì)的觸分析。青在寧進(jìn)一步的燒分析中，因鬧為水源進(jìn)水棗對(duì)水源熱泵賊系統(tǒng)的影響鹽比較大，考癥慮在實(shí)際運(yùn)墓行時(shí)由于天浪氣變化造成走的水溫的變助化。在運(yùn)行棵費(fèi)用比較時(shí)辱，考慮兩種手工況下的沿進(jìn)水溫度情照況。永其分析結(jié)果這見表密2和表3.幫表斑2缺秋工況（一）掙某酒店空調(diào)趙系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)偵用比較墾系統(tǒng)方式炕冷水機(jī)＋鍋斷爐＋冷卻塔禮水源熱泵泡節(jié)約費(fèi)用晃年供冷費(fèi)（額元）阿39419巨83殺34903獨(dú)63唱45132千0跳年供熱費(fèi)（帽元）錦33887粗16那26121痛70團(tuán)77654訴6希年運(yùn)行費(fèi)(踏元)賊73303汽99貸61025鮮33肢12278芳66奪注：水源熱僚泵夏季進(jìn)水岔24膊℃末，冬季進(jìn)水瘦9慎℃堵表仰3工況（二淺）某酒店空漫調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行煙費(fèi)用比較筋系統(tǒng)方式損冷水機(jī)＋鍋錄爐＋冷卻塔惹水源熱泵傭節(jié)約費(fèi)用儉年供冷費(fèi)（涉元）達(dá)39419端83賣36868岸03躺25488伴0險(xiǎn)年供熱費(fèi)（容元）棍33887東16市26472價(jià)70凳74144見6別年運(yùn)行費(fèi)(永元)幼73303豪99逐63340禽73矛99632冒6第注：水源熱口泵夏季進(jìn)水槳30覆℃吊，冬季進(jìn)水輕10棵℃鐘通過運(yùn)行費(fèi)筐用的分析可草以看出，正花是因?yàn)橄到y(tǒng)畜具有較大的修負(fù)荷，方案石(網(wǎng)一輔)的運(yùn)行圈比方案寇(巡二理)的運(yùn)行在改能源利用上累可以有較暑大的節(jié)約。盤即使在夏季驢進(jìn)水溫度不銳利的情況下叉，如激進(jìn)水溫度扁達(dá)到僻30終℃朋時(shí)，也可以象大約節(jié)陡省涼99萬元。嗚這擺也從另一面粱說明了水源震熱泵系統(tǒng)的僅節(jié)能性。旦2.3、于江水哪水源熱泵系偏統(tǒng)其它痰特點(diǎn)紋從運(yùn)行費(fèi)用勢分析中可以即看出水源熱禾泵系統(tǒng)運(yùn)行引中可以節(jié)省剛大量的電能懶。件用電量小不只但可以帶來六客觀的經(jīng)濟(jì)匪效益，還可處以進(jìn)一步緩朱解夏季因使講用空調(diào)所帶媽來的電負(fù)荷愧過高、拉閘午限電等問題啦。同時(shí)，也算間接的減少收了因發(fā)電產(chǎn)孤生的CO丟2籃、N0宵2充等有害氣體蒸。贈(zèng)同時(shí)赤應(yīng)用江水水悼源熱泵還有防其它偷方面沒的特點(diǎn)筒。程使用水源熱閑泵系統(tǒng)辭與傳統(tǒng)空調(diào)塘形式相比，棋可以有良好鼠的針環(huán)境效益幅?？垂釙r(shí)省去施了燃?xì)忮仩t怕房系統(tǒng)，沒薄有燃燒過程窩，避免了排族煙、排污等染污染；供冷相時(shí)省去了冷咽卻水塔，避桂免了冷卻塔建的噪音、霉燃菌污染旁。鬼水源熱泵系仆統(tǒng)直接使用定長江水，不杏會(huì)和冷卻塔凍系統(tǒng)一樣消近耗自來水，猜可以達(dá)到節(jié)固水、節(jié)能的較目標(biāo)。同時(shí)澆也不丟會(huì)亞出現(xiàn)奉地下水水源胡熱系統(tǒng)的被回灌等技術(shù)舍難題，從而怠避免了對(duì)地鞏下水環(huán)境的須破壞。并且折一套椅水源熱泵裙系統(tǒng)可以在消供暖、供冷岸季節(jié)分別瓜使用，避免賭了常規(guī)系統(tǒng)腔兩套設(shè)備分束別使用和保配養(yǎng)的場面孕，不僅節(jié)能袍，還可以節(jié)偏省建筑的空笛間僚。昌更重要的是借，針對(duì)近幾俊年的天氣情靈況，極端天悔氣不斷出現(xiàn)斧，需要中央水空調(diào)系統(tǒng)具叉有更好的適烤應(yīng)能力。與齡空氣源熱泵勾系統(tǒng)、嗓冷水機(jī)組系牛統(tǒng)相比，由蔽于江水作為尿冷源的特點(diǎn)霧，江水水源購熱泵具有更歌好雪、更強(qiáng)的抵近御自然變化第的能力。結(jié)論貿(mào)⑴論、弄基于滲透取鏈水方案的震江水水源熱巧泵系統(tǒng)工程刺雖然初投資乘大，但趟運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)蒸效益良好。迷綜合整個(gè)系綁統(tǒng)而言，膽其社會(huì)效益克尤其音顯著而，可以達(dá)到頑較好的節(jié)能栗減排的效果稱。半⑵嚇、取水工程孟對(duì)江水水源蔽熱泵系統(tǒng)的端影響是巨大倘的。這種影稠響表現(xiàn)在初菊投資和運(yùn)行或兩個(gè)方面。撤在設(shè)計(jì)江水容水源熱泵