熱源塔在江蘇某培訓大樓的應用

安秋香

上海同濟華潤建筑設計研究院有限公司

熱源塔在江蘇某培訓大樓的應用

安秋香

上海同濟華潤建筑設計研究院有限公司

本文介紹了江蘇某培訓大樓的暖通設計，培訓大樓采用了熱源塔作為冷熱源。介紹了熱源塔系統的工作原理，分析了3個月的實際運行數據，指出在常州地區熱源塔系統的冬季能耗效率和鍋爐系統接近，但是費用相比并不節省。

熱源塔冷熱源能耗效率

1 工程概況

本培訓大樓位于江蘇常州地區，為專項的全國性的體育比賽訓練的配套建筑，主要承擔住宿餐飲建筑功能，屬于賓館類建筑。建筑面積為19058m2，地下1層，地上7層，地上高度31.65m，為二類高層民用建筑。地下一層為停車庫、設備用房。一至三層是裙房，主要功能為餐飲，多功能廳，健身，大堂等。主樓3～7層為宿舍。由于本項目為一個綜合項目其中的一個子項，功能相對簡單，負荷需求特點比較明顯。本項目餐飲和宿舍都有熱水需求，空調負荷為24小時負荷。

2 空調冷熱源

2.1 負荷計算

室內設計參數見表1[1]。

經采用華電源暖通空調負荷計算軟件分析計算，得出負荷如下：空調系統夏季冷負荷1154.3kW，冷負荷指標為113W/m2（空調面積負荷指標）。空調系統冬季熱負荷845.4kW，熱負荷指標為82W/m2（空調面積負荷指標）。給排水專業熱水需求的峰值負荷需熱量為900kW，考慮蓄熱水箱的移峰作用按300～400kW考慮。

2.2 冷熱源及水系統配置簡介

綜合空調冷熱負荷及給排水專業的需求，選用二臺熱源塔熱泵機組，夏季供冷每臺名義工況制冷量1125kW。配冷卻水泵三臺（二用一備），冷凍水泵三臺（二用一備）。冷水機組及冷凍、冷卻水泵設在地下一層制冷機房內。選用205m3/h熱源塔（三臺一組）二組，設在三層裙樓頂屋面上。夏季使用一臺熱泵機組，熱回收供應生活熱水，必要時兩臺機組部分負荷運行。冬季使用兩臺熱泵機組，熱源塔作為熱泵的熱源，吸取大氣中的潛熱，供應空調熱水和生活熱水。水系統定壓補水采用膨脹水箱定壓補水裝置，膨脹水箱置于主樓屋頂。空調冷凍水管路采用循環水微晶旁流處理器，進行水處理。空調水系統采用兩管制定水量系統。空調水系統每層水平干管采用同程式（風機盤管水管路），立管采用異程式。夏季冷水供回水溫度7/12℃。冷卻水進出水溫度31/37℃。冬季空調供水溫度45/41℃。

2.3 熱源塔系統的應用

熱源塔系統通過熱源塔與大氣的熱交換和熱泵機組的作用，能實現供暖、制冷、蓄冰（暖通專業空調需求）以及提供熱水（給排水生活熱水的需求）等功能（圖1）[2]。對于本項目典型的賓館類項目，既有空調需求，也有生活熱水需求，使用該系統是比較合適的。該系統與風冷熱泵相比，冬季不存在結霜現象，不需要融霜就能正常工作。夏季，有特殊結構設計的熱源塔能夠起到高效冷卻塔的作用。該系統與地源熱泵相比，不需要室外場地埋管。該系統與冷水機組加鍋爐系統相比不需要設置鍋爐，就能滿足冬季用熱需求。

熱源塔系統的設計需注意以下幾個方面：

1）該系統冬季原理一是吸收空氣的顯熱，使空氣溫度降低，二是吸收空氣中水蒸汽變為液體的潛熱，使空氣變干，與室外的空氣濕度參數是比較密切相關的。因此，在出現干冷的天氣，供暖效果不好，而且運行效率較低。另外在環境濕球溫度較低時（低于-6℃），能提供的生活熱水溫度最高為50℃，因此該系統僅適用于室外濕球溫度高于-9℃以上長江以南地區。常州地區的冬季濕度設計參數為77%，基本可以滿足熱源塔的運行條件。

2）日常運行維護麻煩。該系統為開式系統，與大氣有直接的熱質交換，必須做好日常運行維護，避免雜質進入系統。該系統冬季運行吸收空氣凝結潛熱時，防凍液由于不斷吸收空氣中的水汽濃度變小，系統內設置一套補液裝置，不斷添加防凍液，需要精確控制防凍液的正常濃度，系統才能保證不凍。而且在夏季制冷工況時防凍液要全部稀釋排空換自來水。冬季供暖工況時系統要重新換上防凍液。

3）系統冬夏模式切換。由于熱源塔夏季作為冷卻塔，冬季作為熱源側，系統管路在冬夏制冷制熱模式必須有一個管路切換，實現熱源塔熱泵機組的蒸發側和冷卻側的互換。系統中保證冬夏切換時不串水的保證措施：a）冬季轉換的時候在蒸發器相連接的轉換閥門上增加盲板；b）所有切換管路的閥門采用雙閥門控制。

4）熱源塔側的防腐措施。該系統載冷劑為防凍液，本項目采用的載冷劑為符合HG/T2327-2004《工業氯化鈣》標準要求的Ⅰ型氯化鈣，管載冷劑管道采用襯塑鋼管或PE管。a）熱源塔應采取防載冷劑飄溢措施，工作過程中飄水率控制在0.001%，因此鹽溶液不會對周邊環境造成影響。B）熱源塔側的水泵應采用化工水泵，內部必須襯氟，耐腐蝕，載冷劑管路上的閥門及管件采用內部全襯氟的防腐閥件。

3 熱源塔系統運行能耗分析

3.1 建筑理論能耗

通過HDY-SMAD空調負荷計算及分析軟件4.0（能耗分析版本）作為能耗分析模型，比較建筑11月份及12，1月份的建筑理論能耗。賓館主要服務于全國各省曲棍球員的訓練住宿，從11月份到次年的3，4月份入住率穩定在75%，因此在能耗模型中，客房部分調整了時間表，峰值設置在75%。這是與負荷計算模型中不同的地方。餐廳的能耗根據實際使用的時間調整了時間表。

3.2 建筑實際能耗

該建筑在2013年10月常州花博會期間已開始投入了使用，滿足了使用要求。管理公司為確保熱源系統的穩定性，增加了一臺1163kW燃氣熱水鍋爐作為備用熱源，熱水通過鍋爐的循環泵接入制冷機房內的空調系統。本項目11月份使用了熱源塔作為熱源，12月份及1月份采用一臺燃氣鍋爐作為熱源。本文通過對11月～1月三個月份的理論與實際能耗分析，來考察熱源塔冬季使用的能耗效率。

由于本項目計量的原因，水泵能耗，包括冷凍水泵，冷卻水泵，供應生活熱水循環泵（不包括生活熱水系統的循環泵），以及防凍液補液泵，包括鍋爐的循環泵的電量全部統計計量為一個值。本項目主要服務于曲棍球運動員的住宿，可以認為本項目中的生活熱水能耗為一個穩定值（30t），自來水初始溫度按照月平均最高溫度減去5℃計算，則10.21～11.20的熱水能耗為1256 kW/天（使用熱源塔）；11.21～12.15的熱水能耗為1500 kW/天（使用鍋爐），12.16～1.20的熱水能耗為1570kW/天（使用鍋爐）。因此，水泵能耗+主機能耗（熱源塔或者鍋爐）扣除生活熱水能耗即可得到。為方便和理論能耗的比較，天然氣能耗全部折算為kWh進行對比。在實際日能耗中僅統計了主機（熱源塔，主機，鍋爐）和水泵部分。

3.3 熱源塔與鍋爐系統的能源效率

本文定義一個能耗率，能耗率=熱源能耗/理論熱能耗=（實際電能耗+鍋爐能耗-生活熱水能耗）/理論熱能耗有新風（或者無新風），其中，實際電能耗包括了機組和泵，熱源用設備的電耗。能耗率了反映實際能耗與理論能耗的偏移，能耗率越低，表明系統越節能。

表2為熱源系統能耗率計算表，從表中可以看出，實際能耗不到理論能耗的一半。實際能耗小于理論能耗的主要原因在于實際能耗中新風系統能耗占的比例很小。從表2中可以看到熱源塔系統略高于鍋爐系統的能耗率（0.36>0.31），差異百分率為（0.36-0.31）/0.31=16%>5%的工程誤差。

由于新風系統在實際很多情況下沒有開啟運行，因此對不包含新風能耗的兩系統能耗率進行分析，具體見表3。從表3中可以看到熱源塔系統略高于鍋爐系統的能耗率（0.99>0.95），差異百分率為(0.99-0.95) /0.95=4.2%<5%的工程誤差。因此可認為在沒有新風的工況下兩系統的能耗基本無差別。

3.4 實際能耗費用折算比較

能耗費用與室外的氣象參數和室內使用情況緊密相關。本項目中，可認為室內使用情況基本穩定。因此為評價能耗費用的實際高低，本文通過單位理論能耗費用來考核。單位理論能耗費用=能耗費用/理論能耗（有新風或者無新風）。理論能耗是根據室外條件模擬計算出來的能耗，這樣，可以比較各個月份之間的能耗費用（表4）。

從表4可以看到，熱源塔系統的單位理論能耗費用高于鍋爐系統的單位理論能耗費用。在無新風的情況下，(1.71-0.86)/0.86=0.99，接近1倍。同時，熱源塔還有隱含的系統成本，即補充冷凍液的成本，及相應的人力管理成本。

綜合表3和表4，可以看到熱源塔系統的能源效率雖然和鍋爐差不多，但由于能源價格的原因，并不省錢。

4 結論

1）在常州地區使用熱源塔系統需要有低谷電價的支持。

2）熱源塔從能耗使用的角度上在冬季是基本可行的，但費用高。在夏季的使用效果需要工程數據進一步的驗證，來衡量全年的系統空調使用效果。

[1]中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施—暖通空調·動力(2009版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2009

[2]宋應乾,馬宏權,龍惟定.能源塔熱泵技術在空調工程中的應用與分析[J].暖通空調,2011,41(4):20-23

Ene rgy Tow e r in Tra in ing’s Hos te l o f Jiangsu Prov in c e

AN Qiu-xiang
ShanghaiTongji&C.R.ArchitecturalDesign Co.,Ltd.

This paper describes the design of air conditioning and ventilating system of Training’s Hostel in Jiangsu Province.Training’sHostel’senergy sourceused energy tower.Itintroduced the system ofenergy tower,and itanalyzed actual running data in threemonth.In Changzhou area the efficiency of Energy Tower system is close to boiler system, butexpensemore inw inter.

energy tower,energy source,energy efficiency

1003-0344（2014）03-094-3

2013-5-28

安秋香（1979～），女，碩士，工程師；上海國康路100號北裙樓二樓（200092）；021-25015867；E-mail:an_qx@tjshy.com.cn