孫立梅

摘要：地源熱泵原理是采用地下埋管換熱方式，通過(guò)輸入少量電能，采取地球淺層低溫?zé)崮?，?duì)外供熱（熱水）或制冷，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)變，具有高效、環(huán)保、節(jié)能特點(diǎn)。將其用于酒店采暖制冷系統(tǒng)，能效比（COP值）測(cè)試值達(dá)到4～6，節(jié)能環(huán)保效果顯著。

Abstract： The principle of ground source heat pump is to use underground buried heat exchange mode， ?adopt shallow low-temperature heat energy of the earth by inputting a small amount of electric energy for external heating （hot water） or refrigeration， and transforming low-level heat energy into high-level heat energy， so it has efficient， environmentally friendly and energy saving features. It is used in the hotel heating and cooling system， and the energy efficiency ratio （COP value） test value reaches 4-6， and the energy saving and environmental protection effect is remarkable.

關(guān)鍵詞：地源熱泵;采暖制冷系統(tǒng);節(jié)能環(huán)保

Key words： ground source heat pump;heating and cooling system;energy saving and environmental protection

中圖分類(lèi)號(hào)：TU831 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0263-02

0 ?引言

地源熱泵技術(shù)是利用地下的土壤、地表水和地下水溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，以達(dá)到供熱或制冷的目的。這種技術(shù)還可供應(yīng)生活用水，是一種有效利用能源的方式。地源熱泵系統(tǒng)大體包括三種類(lèi)型：以利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵、以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)和以利用地表水為冷熱源的地表水熱泵系統(tǒng)。目前，我國(guó)土壤源熱泵被大量用于高容積率的住宅小區(qū)以及高負(fù)荷密度的公共建筑，單個(gè)系統(tǒng)規(guī)模大多超過(guò)1000kW?，F(xiàn)以某五星酒店為例，研究地源熱泵的酒店應(yīng)用。

1 ?酒店基本情況

酒店總建筑面積97855平方米，16層。其中地下1層，建筑面積23569平方米;地上15層，建筑面積74286平方米。在功能劃分上，地下1層用于復(fù)式停車(chē)和設(shè)備用房，地上1層為酒店辦公、健身、游泳、SPA，部分租售，2層為酒店大堂、廚房餐飲，3層為宴會(huì)廳、餐飲包房、多功能廳等，4層以上為客房。

酒店建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行山東省《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 132—2001和《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》J10786—2006，采用高效圍護(hù)結(jié)構(gòu)，科學(xué)進(jìn)行外墻保溫，居住建筑節(jié)能65%以上、公共建筑節(jié)能50%以上。酒店重視利用可再生能源，利用地源熱泵供應(yīng)空調(diào)能量，是政府確認(rèn)的建筑節(jié)能示范項(xiàng)目。

2 ?熱泵選擇

酒店熱負(fù)荷由3部分組成，分別是夏天供冷、冬天供熱和日常生活熱水，設(shè)計(jì)酒店制冷供熱空氣調(diào)節(jié)面積為81855平方米，冷負(fù)荷為6986kW，熱負(fù)荷為5648kW。生活熱水需求為60℃熱水395噸/日。根據(jù)酒店的冷熱負(fù)荷需求，選擇2臺(tái)高效LSBLGR-1600MD滿(mǎn)液式地源熱泵機(jī)組負(fù)責(zé)制冷供熱，選用2臺(tái)帶雙蒸發(fā)器機(jī)組LSBLGRG-1300MD高溫高效機(jī)組，供應(yīng)生活熱水。

根據(jù)酒店要求，熱泵空調(diào)制冷時(shí)提供循環(huán)冷水溫度為7/12℃，制熱時(shí)提供循環(huán)熱水溫度為45/40℃，生活熱水溫度為60℃。以此確定制冷狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)工況是：地埋管循環(huán)水25/30℃，制冷循環(huán)水12/7℃;制熱狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)工況是：地埋管循環(huán)水6/3℃，制熱循環(huán)水40/45℃;制取生活熱水工況：地埋管循環(huán)水6/3℃，生活熱水60/55℃;制取生活熱水的同時(shí)產(chǎn)生制冷效果即熱回收工況：生活熱水循環(huán)水60/55℃，地埋管循環(huán)水6/3℃，制冷循環(huán)水12/7℃。

機(jī)組參數(shù)如表1。

3 ?機(jī)組制冷能力分析

確定兩臺(tái)供應(yīng)生活熱水機(jī)組長(zhǎng)期處于制熱狀態(tài)，兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組冬季制熱、夏季制冷。過(guò)渡季節(jié)空調(diào)制冷熱源以熱水機(jī)組換熱獲得。夏季最大制冷量為兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組的制冷量加兩臺(tái)熱回收機(jī)組在制熱時(shí)的制冷量=（1334+814）×2=4296kW大于3586kW。冬季空調(diào)機(jī)組的最大的制熱量為2486kW大于2448kW，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。熱水機(jī)組的制熱量為2048kW大于1990kW。

夏季和過(guò)渡季節(jié)2臺(tái)空調(diào)機(jī)組和2臺(tái)熱水機(jī)組均處于制冷狀態(tài)，總的冷負(fù)荷由2臺(tái)地源熱泵空調(diào)機(jī)組和2臺(tái)地源熱泵生活熱水機(jī)組提供，整個(gè)夏季和過(guò)渡季全部通過(guò)熱回收的方式制取生活熱水。按生活熱水最大用水量考慮，可以回收的冷量為785×2=1570kW，可削峰量43%，保守考慮按削峰25%考慮，主機(jī)配置按冷量為3586×0.75=2689kW。

過(guò)渡季的空調(diào)熱負(fù)荷量很小，按總熱負(fù)荷的30%計(jì)算為734kW，這時(shí)的生活熱水負(fù)荷也比較少，可以通過(guò)生活熱水機(jī)組換熱而獲得（也是熱回收方式——整個(gè)熱水全部是熱回收方式獲得的）。

一年四季的生活熱水均由地源熱泵機(jī)組提供，但當(dāng)冬季的空調(diào)負(fù)荷和生活熱水負(fù)荷都達(dá)到峰值時(shí)，為了減少埋管數(shù)量，用燃?xì)忮仩t調(diào)峰，這樣既可以減少打孔的初投資費(fèi)用，又不會(huì)增加太多的運(yùn)行費(fèi)用（運(yùn)行時(shí)間較短）。

4 ?費(fèi)用對(duì)比分析

4.1 項(xiàng)目投資分析

熱泵工程總投資（不含末端）為2396萬(wàn)元，其中設(shè)備投資838萬(wàn)元，安裝費(fèi)用90萬(wàn)元，打孔埋管費(fèi)用1468萬(wàn)元。

傳統(tǒng)供熱和制冷模式投資（不含末端）為1563.00萬(wàn)元。其中城市熱網(wǎng)投資929.62萬(wàn)元，螺桿式冷水機(jī)組投資400.32萬(wàn)元，機(jī)房?jī)?nèi)輔助設(shè)備投資100.16萬(wàn)元，安裝工程費(fèi)用90.00萬(wàn)元，燃?xì)忮仩t系統(tǒng)42.90萬(wàn)元。

4.2 運(yùn)行費(fèi)用分析

①地源熱泵運(yùn)行費(fèi)用。

夏季供冷。按夏季制冷運(yùn)行90天，每天運(yùn)行24小時(shí)，平均負(fù)荷率60%，電費(fèi)0.74元/ kW·h（平均）計(jì)算，夏季總耗電量為

WR1=（W1+W2）·t·T·η

=（2×296kW+2×232kW+2×195kW+2×115kW）×24×90×0.6=217.2萬(wàn)kW·h

夏季運(yùn)行費(fèi)用為：217.2萬(wàn)kW·h×0.74=160.07萬(wàn)元（含制取熱水費(fèi)用）

冬季供暖。酒店冬季供熱運(yùn)行140天，每天運(yùn)行24小時(shí)，平均負(fù)荷率60%，電費(fèi)0.74元/ kW·h（平均）計(jì)算，（實(shí)際使用按80%計(jì)算）冬季總耗電量為

WR1=（W1+W2）·t·T·η×0.8

=（2×318kW+2×289kW+2×239kW+2×115kW）×24×140×0.6×0.8=309.98萬(wàn)kW·h

冬季運(yùn)行費(fèi)用為309.98萬(wàn)kW·h×0.74=229.39萬(wàn)元

全年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為： 389.46萬(wàn)元。

②傳統(tǒng)供熱和制冷模式（冷水機(jī)組系統(tǒng)+城市管網(wǎng)系統(tǒng)）運(yùn)行費(fèi)用。

夏季供冷。夏季總耗電量為

WS1=（W1+W2）×t1×T1×η1=（4×343kW+2×115kW）×24×90×0.6 =207.6萬(wàn)kW·h

夏季運(yùn)行費(fèi)用是：207.6萬(wàn)kW·h×0.74=153.62萬(wàn)元（不包含制取熱水費(fèi)用）

冬季供暖。冬季供暖運(yùn)行費(fèi)用（按城市管網(wǎng)收費(fèi)38.4元/平方米計(jì)）則費(fèi)用合計(jì)為：

38.4元/平方米×97855平方米=375.76萬(wàn)元

制取熱水費(fèi)用。自來(lái)水溫度按冬季5℃，夏季20℃，全年平均12.5℃計(jì)算，設(shè)計(jì)最大熱水需求量395噸/天（實(shí)際使用按65%計(jì)算），則全年制取熱水需求熱量為：

395×1.163×（60-12.5）×365=796.4萬(wàn)kW·h

需消耗燃?xì)饬考s為

796.4 萬(wàn)kW·h/9.89=80.53萬(wàn)立方米

全年制取生活熱水的費(fèi)用（燃?xì)鈨r(jià)格按3.5元/立方米計(jì)算）

80.53萬(wàn)立方米×65%×3.5元/立方米=183.26萬(wàn)元

傳統(tǒng)供熱和制冷模式年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為

153.6+375.76+183.26=712.62萬(wàn)元。

③由上面計(jì)算利用地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)供熱和制冷模式相比，年節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用為：

712.26萬(wàn)元-389.46萬(wàn)元=322.80萬(wàn)元

通過(guò)對(duì)兩種方案的初投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用及環(huán)境影響的分析比較得出，方案一雖然初投資費(fèi)用比方案二高833.72萬(wàn)元，但每年可節(jié)約運(yùn)行332.72萬(wàn)元，靜態(tài)投資回收年限僅為2.59年，且每年可節(jié)約標(biāo)煤1950.1噸，減少二氧化碳排放量4692.6噸/年，減少二氧化硫排放量37.8噸/年。

5 ?需要注意問(wèn)題

①科學(xué)設(shè)定出水溫度。對(duì)于室內(nèi)末端裝置的設(shè)置，過(guò)高溫度的熱水不僅會(huì)降低室內(nèi)的舒適性（出風(fēng)溫度過(guò)高或室內(nèi)溫度分布不勻），將降低熱泵機(jī)組的COP（熱水溫度每升高1℃，熱泵機(jī)組的COP將降低約2～3%，出水50℃要比40℃時(shí)的COP降低20～30%）。因此，采暖用熱泵系統(tǒng)應(yīng)鼓勵(lì)采用低溫?zé)崴哪┒嗽O(shè)備，在滿(mǎn)足室內(nèi)舒適性的前提下，盡可能降低所需的熱水溫度，提高熱泵機(jī)組的效率。

②蓄冷裝置的應(yīng)用。水蓄冷技術(shù)利用峰谷電價(jià)差，在低谷電價(jià)時(shí)段將冷量存儲(chǔ)在水中，在白天用電高峰時(shí)段使用儲(chǔ)存的低溫冷凍水提供空調(diào)用冷。當(dāng)空調(diào)使用時(shí)間與非空調(diào)使用時(shí)間和電網(wǎng)高峰和低谷同步時(shí)，就可以將電網(wǎng)高峰時(shí)間的空調(diào)用電量轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)低谷時(shí)使用，達(dá)到節(jié)約電費(fèi)的目的。

水蓄冷系統(tǒng)以空調(diào)用的冷水機(jī)組作為制冷設(shè)備，以保溫槽作為蓄冷設(shè)備?？照{(diào)主機(jī)在用電低谷時(shí)制冷，并將制取的冷水蓄存起來(lái)，空調(diào)時(shí)將蓄存的冷水抽出使用。水蓄冷是利用水的溫差進(jìn)行蓄冷，可直接與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)匹配，無(wú)需其他專(zhuān)門(mén)沒(méi)備。

6 ?結(jié)論

地源熱泵系統(tǒng)是隨著全球性的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn)而逐漸興起的一門(mén)熱泵技術(shù)， 雖然與對(duì)比方案相比，投資費(fèi)用高34%，但每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用46%（靜態(tài)回收期僅為2.51年），且減少了對(duì)周?chē)h(huán)境的污染及排放量，是理想的環(huán)保、節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

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