水源熱泵中央空調系統在工程中的應用及經濟性分析

方博

摘 ?要：文章通過工程實例闡述了地下水源熱泵中央空調系統的特點，同時分析了經濟性和節能性，得出地下水水源熱泵空調系統在節能環保方面的顯著性。

關鍵詞：水源熱泵中央空調系統;工程;應用;經濟性

中圖分類號：TU831 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0033-03

1 ?工程應用

1.1 ?工程概況

本工程應用于南京市江寧區一商業辦公樓，辦公樓共十層，一層為停車場，二層為餐廳和多功能會議室，三層至十層為辦公室。辦公樓總建筑面積為26 000 m2，其中空調建筑面積為21 666 m2。空調系統采用清華同方SGHP 1 600水源熱泵機組兩臺，空調末端采用風機盤管加獨立新風的送行形式。

1.2 ?設計氣象參數

南京市氣象參數參照《采暖通風與空氣調節設計規范》，見表1、表2和表3。

1.3 ?水文地質概況

南京地處長江一級堆積階地中部，地下承壓水儲存豐富，具備使用水源熱泵的條件。場地土層分布和水層分布，見表4和5，土層和水層按自上而下分布。

2 ?空調系統設計

2.1 ?空調冷熱源設計

空調采用地下水作為冷熱源。本工程中抽水井和回灌井使用比例為1：2，共打抽水井三口，呈正三角形布置，井距100 m，單井日出水量為3 200 m3;打回灌井六口，呈環形布置，井距60 m，單井日回灌量為1 600 m3。經測定，場地的井外圍區域地下水位沉降值小于1.0 m，地表不均勻沉降小于0.1‰，處于安全值以下，不會引起地質災害。

采用穩定流方法對1#井進行抽水試驗，經測得地下靜止水位標高為25 m，涌水量達470 m3/h.當抽水量達到3 300 m3/d時，停止抽水5 min，水位下降1.3 m，抽水穩定時間為24 h，1#井抽水試驗曲線如圖1所示。

2.2 ?空調負荷及機組選型

本工程中的商業辦公樓的冷負荷主要有維護結構、日射、設備、人員、照明及新風等構成。空調總建筑面積為21 666 m2，夏季供冷指標取120 W/m2，冬季供熱指標取105 W/m2，則夏季空調冷負荷為2 600 kW，冬季空調熱負荷為2 200 kW。根據空調冷負荷，在本設計中采用清華同方SGHP 1 600水源熱泵機組兩臺，具體性能參數見表6。

2.3 ?空調取水量的計算

在夏季空調的取水量按式子計算，夏季取水量為：

m■=■×■

式中，mgw—制冷工況下的取水量（kg/s）;

tw1—進熱交換器的水溫（℃）;

tw2—出熱交換器的水溫（℃）;

Cp—水的定壓比熱，取4.2 KJ/（kg.℃）;

Qe—空調制冷量;

EER—熱泵機組的制冷系數。

在冬季空調的取水量按式子計算，冬季取水量為：

m■=■×■

mgw—制熱工況下的取水量（kg/s）;

tw1—進熱交換器的水溫（℃）;

tw2—出熱交換器的水溫（℃）;

Cp—水的定壓比熱，取4.2 KJ/（kg.℃）;

Qe—空調制熱量;

COP—熱泵機組的制熱系數。

空調總建筑面積為21 666 m2，夏季空調冷負荷為2 600 kW，冬季空調熱負荷為2 200 kW。夏季取水溫差按7 ℃計算，冬季取水溫差按10 ℃計算，則在夏季冷負荷為2 600 kW時，取水量約為520 m3/h，在冬季熱負荷為2 200 kW時，取水量為150 m3/h。空調取水量設計值應取最大值，因此空調取水量為520 m3/h。

3 ?機房設計

本工程以地下水作為工作介質，在冬季把井水中的熱量提取出來，向建筑物供暖;在夏季利用地下水作為空調系統的冷卻水，高效地帶走熱量，向建筑物供給冷量。機房原理圖，如圖2所示。

空調系統的主機采用兩臺清華同方SGHP 1 600水源熱泵機組，制冷量和制熱量分別為1 476 kW和1 630 kW。空調冷凍水水泵選用四臺ISW 125-200型冷凍水泵，流量為160 m3/h，揚程為50 m，電功率為37 kW，三用一備。

經權威部門檢測，井水中的水源水礦化度為360 mg/L，大于水源水礦化度上限指標值350 mg/L。因此為了杜絕管路系統的賭賽，防止機組結垢被腐蝕，在系統中安裝了可拆的不銹鋼M150B換熱器。雖然在系統中安裝板式換熱器會使得在傳熱過程中產生溫度梯度，機組的能效比會下降，但是能夠有效的提高機組的使用周期和機組穩定運行的可靠度。

空調系統設備詳見表7。

4 ?運行耗能和費用對比分析

現以地下水水源熱泵系統空調系統與燃煤鍋爐供熱加冷卻塔水冷機組供熱系統空調系統來對比分析運行耗能和費用。

.本工程中工程總造價費用見表8。

4.1 ?運行耗能對比分析

地下水水源熱泵系統空調系統耗能量與燃煤鍋爐供熱加冷卻塔水冷機組供熱系統空調系統耗能量對比分析結果，見表9。

由對比分析可知，地下水水源熱泵中央空調系統比傳統的中央空調系統每年節能5 900 000 kWh（21 400 000 MJ），折合730噸標準煤。

可以通過下式計算出本工程的費效比。

R=■

式中：

Y■—系統總投資，元;

Q■—總節省能量，kWh;

N—系統使用壽命，本工程中取15 a;

則可得出工程的費效比為0.045元/kWh，由此可見，地下水水源熱泵中央空調系統節能效果明顯。

4.2 ?運行費用對比分析

地下水水源熱泵中央空調系統比節燃煤鍋爐供熱加冷卻塔水冷機組供熱系統空調系統節省的費用通過下式來計算。

F=P（QSC0-YZW）- YZ

式中：

F—系統總節省費用，元;

P—折現系數，取14;

QS—總節省能量，kWh;

C0—常規能源的熱價，元/MJ;

YZ—系統總增投資，元;

W—系統維修費，取總投資的1%

則節省的費用為：

F=P（QSC0-YZW）-YZ=14（21 400 000×0.0425-5 000 000×1%）-5 000 000=7 000 000元

在15年的空調壽命周期內，每年可以省47萬元，經濟效果顯著。

5 ?結 ?論

水源熱泵中央空調系統的應用可以大大的節約運行成本，既經濟又實用，是現代新型節能環保空調的代表。當下國家高度重視節能環保問題，國家建設部出臺政策予以大力支持，凡是使用水源熱泵中央空調的建筑可享受140～200元/m2的補助。水源熱泵以其良好的節能性和環保性的優點受到市場的青睞，具有很大的發展空間。

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