水源熱泵--一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠的空調(diào)能源方式(一)

1、水源熱泵-一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠的空調(diào)能源方式一摘要：近幾年來，水源熱泵得以開展的主要推動力是它能夠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加熱供熱空調(diào)房間，從而提高了建筑物內(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，運行本錢低和平安、可靠等優(yōu)點。又具有分散空調(diào)調(diào)節(jié)靈活、方 便，便于管理和收費等優(yōu)點。因此，從我國南方的深圳、廣州到過渡地區(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

2、共建筑辦公樓、商住樓、商場等，住宅建筑上得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來，水源熱泵得以開展的主要推動力是它能夠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加熱供熱空調(diào)房間，從而提高了建筑物內(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绞剑礋岜梅绞接欣镁?、江、河、湖泊水及工業(yè)余熱的形式；也有利用自來水的冬季 要輔助加熱的方式。它們的耗能量見表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

3、折算至標(biāo)準(zhǔn)煤集中鍋爐房 25.08Kg/m2.年 25.08Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年熱電廠 13.96Kg/m2.年 13.96Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年分戶燃?xì)獠膳?10.6Nm3/m2.年 13.02Km3/m2.年 6.86Nm3/m2.年 8.43Kg/m2.年水源熱泵井水、河、湖水22.46kwh/m2.年 9.16Kg/m2.年 14.54kwh/m2.年 5.93Kg/m2.年水源 熱泵加輔助熱源22.46kwh/m2.年 4.34Kg/m2.年 13.5Kg/m2.年 14.54kwh/m2.年 2.

4、81Kg/m2.年 8.74Kg/m2.年表1的計算依據(jù)： 住宅建筑為北京市多層住宅，現(xiàn)有建筑耗熱量指標(biāo)為31.82W/m2，設(shè)計熱負(fù)荷指標(biāo)為q為43.82W/m2，節(jié)能建筑q H為20.6W/m2，q為28.37W/m2。采暖全年需熱量： 現(xiàn)有建筑為 95.46kwh/m2年，節(jié)能建筑為 61.80kwh/m2年。 集中鍋爐房：現(xiàn)有供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)輸配效率H 1為0.85，鍋爐效率耳2為0.55，節(jié)能供熱系統(tǒng)q 1為0.9，n 2為0.68， 熱電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為0.408Kg/kwh，供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗為 40.7Kg/GJ。 水源熱泵采暖COP=4.25。從表1可知，水源熱泵采暖方式全年耗能量均低

5、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，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，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)的影響見表2制熱容量為4KW時的能耗*表2/COP=4COP=4.5節(jié)能率%輔助加熱量耗能kg 標(biāo)煤3 X 860/7000 X 0.9=0.4093 X 860/7000 X 0.9=0.40縮機(jī)耗能kg 標(biāo)煤1 X 0.408=0.4080.88 X 0.408=0合計*輔助加熱容量為總

6、供熱量的75%。從表 2 可知， COP 從 4 提高到 4.5 后，節(jié)能率約為 5.6%，相當(dāng)于減少加熱容量 0.3296KW， 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表 3制熱容量為4KW時的能耗*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0.4092 X 860/7000 X 0.9=0.273壓縮機(jī)耗能kg標(biāo) 煤0.4081 X 0.408=0.408合計 *COP=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 0.5時，節(jié)能率約為 16.6%。 節(jié)能的條件制熱容量為4KW的熱電聯(lián)產(chǎn)的能耗為：4 X

7、 860/7000 X 0.83 X 0.85=0.697kg/4kwh由此可知：當(dāng)COP=4.Q輔助加熱容量為總供熱量的0.5時，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，它的節(jié)能率約為2%。當(dāng)COP=4.5輔助加熱容量為總供熱量的0.5時，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)COP=4.0,輔助加熱容量為0.75總供熱量時，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)COP=4.5時，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。 水源熱泵機(jī)組采暖能效系數(shù)COP大于4,局部負(fù)荷時，COP值仍很穩(wěn)定。 以井水，江、河、湖水及工業(yè)余熱的低溫?zé)?/p>

8、作為熱泵熱源的水源熱泵系統(tǒng)，采暖耗熱量 僅為全年需熱量的 1/4。 以自來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、運行費和熱價。 目前國內(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)組制冷、供熱 燃?xì)?-

9、蒸汽聯(lián)合循不 電制冷 +燃?xì)庥湾仩t采暖 電動水源熱泵。這類機(jī)組運行性能穩(wěn)定，性能系數(shù)COP值較高，理論計算可達(dá)7,實際運行時約為 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。 空氣源熱泵。冷熱源兼用，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)，缺點是當(dāng)室外溫度較低時，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水源熱泵分體式空氣源熱泵燃?xì)?蒸汽 聯(lián)合循環(huán)投資 萬元 /KW0.197/0.223含源網(wǎng) 0.275/0.30

10、2含源網(wǎng) 0.2070.2060.3350.1990.436 本錢 元 /KWH0.1390.1510.2140.2070.1670.2200.081 *為?住宅區(qū)三聯(lián)供系統(tǒng)的研究?中提供的數(shù)據(jù)，本錢為年運行本錢。 下面以興降礦十八層單身職工宿舍為例，說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 9564m2 , 218層為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo) 準(zhǔn)層面積為562.6m2，設(shè)計冷熱負(fù)荷為 573.84KW。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 為各方案運行費的比擬，表 8 為各方案的綜合比擬。采暖空調(diào)方案表 5 序號方案采暖空調(diào)方式備注方

11、案 1 以地下水為冷熱源水源熱泵 水-空氣 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)盤管夏天：熱泵產(chǎn)生冷水送至風(fēng)機(jī)盤管熱 冷源集中、每戶設(shè)風(fēng)機(jī)盤管方案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)盤管熱冷源集中、每戶設(shè)風(fēng)機(jī)盤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)口國產(chǎn)初投資*萬元237.4305.82

12、38.2236.6267.15 單位建筑 面積投資元 /m2*計算時包括安裝費 15%，運行調(diào)試費 5%，稅及管理 5%，設(shè)計費 2%和利潤 10%。各方案運行費的比擬元/m2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)不考慮同時使用系數(shù)，熱回收系數(shù) 19.2519.259.56.29.57.2 合計 19.2519.2515.716.7 考慮修正系數(shù) 10.7810.789.54.349.57.2 合計 BGF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，延時小時數(shù) 2544小時，最大負(fù)荷小時數(shù) 2544*20-0.4/20-17=1847小時。夏季

13、空調(diào)期天數(shù) 90 天，延時小時數(shù) 2160小時，根據(jù)濟(jì)南、淄博三聯(lián)供實際測試資料，取夏季最大負(fù)荷小時數(shù) 為 720 小時。那么單位建筑面積，采暖期需供熱量 60W/m2*1847=110.5kwh, 空調(diào)期需冷量 60W/m2*720=43.2kwh 。各方案綜合比擬表 8 方案單位供熱 冷量能耗 kg 標(biāo)煤 /kwh 單位供熱 冷量系統(tǒng)投資 萬元 /KW單位供熱冷量設(shè)備全年運行費元/kwh方案進(jìn)口 0.07方案 進(jìn)口 /0.415國產(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，興隆礦實施采暖空調(diào)，以方案 1 為

14、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，國內(nèi)尚無大型水源熱泵廠家， 進(jìn)口設(shè)備較貴，而國產(chǎn)水源熱泵系列不全， 單臺容量較小， 只有將多臺設(shè)備集中放置 在機(jī)房時，才能形成集中冷熱源形式，投資較大，安裝運行維護(hù)不便。無論是從單位供熱 冷量所需能耗，還是從投資和運行費上看方案1 都具有明顯的優(yōu)越性。其中進(jìn)口熱泵機(jī)組的價格與方案 2中國產(chǎn)設(shè)備的投資相近， 但比方案 2進(jìn)口設(shè)備價格低得多， 且不要另建機(jī)房。因此，十八層樓單身宿舍擬采用方案 1 為實施方案。 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)房的建設(shè)費用， 在寸土寸金的地區(qū)， 增加的辦公面積， 營業(yè)面積的作用就更大了。 封閉水管不要保溫，對豎井沒有特殊要求。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)，不僅會影響空調(diào)系統(tǒng)的效率，而 且對空調(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)盤管有時放置在窗