地源熱泵水蓄能復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行分析

溫昌盛

摘 要：地源熱泵水蓄能復(fù)合空調(diào)是建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能的有效途徑。本文簡(jiǎn)要介紹了地源熱泵和水蓄能的優(yōu)勢(shì)、工作原理，并以天津市某辦公建筑為例，詳細(xì)探討了該復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；水蓄能；負(fù)荷空調(diào)系統(tǒng)

1 概述

一直以來(lái)建筑耗能在全社會(huì)耗能中都占有巨大比例，是發(fā)達(dá)國(guó)家的兩倍左右，在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，減少建筑耗能勢(shì)在必行。地源熱泵作為一種新型建筑節(jié)能系統(tǒng)具有便于維護(hù)、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前關(guān)于地源熱泵的研究已趨于成熟，但是仍然存在著一些問題尚未解決，比如電力峰谷差價(jià)不能有效利用，難以平衡取能和蓄能。水蓄能裝置能夠有效解決上述問題，但是由于各種原因?qū)е缕浯嬖谝欢ǖ膽?yīng)用局限。基于此，本文將地源熱泵和水蓄能結(jié)合到一起，形成一種新型復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)，下面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究。

2 地源熱泵和水蓄能的優(yōu)勢(shì)

2.1 地源熱泵

一般來(lái)說，熱泵可以分為兩種類型，一種是空氣源熱泵，另一種就是本文所說的地源熱泵。對(duì)地源熱泵來(lái)說，地?zé)岷退疅崾亲罴褵嵩矗粌H具有較大的熱容量，而且傳熱性能也非常好，地源熱泵的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于空氣源熱泵。它的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）污染小。與空氣源熱泵和電供暖相比，地源熱泵的污染物排放量分別減少了38%和70%左右，地源熱泵不存在任何廢物排放問題，屬于綠色空調(diào)。（2）節(jié)省空間。無(wú)附加設(shè)備，占地面積小，美化外部形象。（3）便于維護(hù)。地源熱泵的運(yùn)動(dòng)部件少，因此更便于維護(hù)，安裝在室內(nèi)，免受自然因素破壞，壽命較長(zhǎng)。

2.2 水蓄能

水蓄能的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：（1）效率高。與一般制冷設(shè)備相比，水蓄冷能夠節(jié)省10%左右的電力，并且夏季可以蓄冷，冬季可以蓄熱。（2）成本低、電費(fèi)低。水蓄能具有非常快的響應(yīng)速度，運(yùn)行成本低，真正實(shí)現(xiàn)了全削峰運(yùn)行。（3）適用性強(qiáng)。一般的制冷機(jī)組就可以應(yīng)用水蓄能，同時(shí)無(wú)論是在新建項(xiàng)目還是在改造項(xiàng)目上也都可以應(yīng)用。

3 地源熱泵水蓄能復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)

3.1 運(yùn)行原理

在電力低谷時(shí)段，利用地源熱泵機(jī)組向蓄能槽蓄冷（蓄熱），將冷量（熱量）儲(chǔ)存在蓄能槽中，電力高峰時(shí)段釋冷（釋熱）。若負(fù)荷需求較小，則僅由水蓄能裝置供冷（熱）；若負(fù)荷需求較大，則由地源熱泵機(jī)組和水蓄能裝置聯(lián)合供冷（熱）或僅由地源熱泵機(jī)組供冷（熱）。

3.2 優(yōu)勢(shì)

由于該系統(tǒng)結(jié)合了地源熱泵和水蓄能，因此也兼具了它們各自的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也形成了自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在運(yùn)行過程中可以根據(jù)較小的負(fù)荷選擇熱泵機(jī)組，當(dāng)負(fù)荷不足時(shí)，則由水蓄能裝置進(jìn)行制冷（供熱），這樣一來(lái)不僅使得裝機(jī)容量得以減小，而且造價(jià)也大大降低。

該系統(tǒng)減少了低效運(yùn)行時(shí)間，效率大大提高，由于實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的間歇運(yùn)行，因此在很大程度上減少了設(shè)備的損耗。最重要是，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力峰谷差的有效利用，可行性極高。這樣不僅符合用戶使用需求，同時(shí)也符合節(jié)能減排的要求。目前這一清潔技術(shù)已經(jīng)得到了政府的重視，成為空調(diào)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

天津市某辦公建筑為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排計(jì)劃應(yīng)用了地源熱泵水蓄能復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)。該辦公建筑面積為20000m2，空調(diào)夏季冷負(fù)荷和冬季熱負(fù)荷分別為2065kW和1666kW。

4.2 運(yùn)行方案

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察以及詢問負(fù)責(zé)人情況后，決定采取以下運(yùn)行方案：23：00～07：00為低谷時(shí)段，此時(shí)由地源熱泵向蓄能槽蓄冷（蓄熱）；07：00～11：00為峰值時(shí)段，此時(shí)由蓄能槽向空調(diào)末端供冷（供熱），地源熱泵機(jī)組尚不啟用；11：00～18：00為平谷時(shí)段，由地源熱泵機(jī)組和蓄能槽聯(lián)合向空調(diào)末端供冷（供熱）；18：00～23：00員工下班，關(guān)閉系統(tǒng)。

4.3 設(shè)備配置

（1）水源熱泵機(jī)組。該方案需要3臺(tái)熱泵機(jī)組，包括1臺(tái)大熱泵機(jī)組和2臺(tái)小熱泵機(jī)組。大熱泵機(jī)組由2臺(tái)水源熱泵組成，制冷和制熱功率分別為183kW和274kW；小熱泵機(jī)組由2臺(tái)水源熱泵機(jī)組組成，制冷和制熱功率分別為126.9kW和197kW。

（2）蓄能槽。蓄能槽設(shè)計(jì)以峰值時(shí)段為依據(jù)，容積為600m?，以串聯(lián)方式連接水源熱泵機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)制冷或供熱。夏季蓄冷溫度和平均出水溫度分別為4℃和12℃，蓄冷總量達(dá)到5587kW·h；冬季蓄熱溫度和平均出水溫度分別為50℃和40℃，蓄冷總量達(dá)到6983kW·h。

（3）控制系統(tǒng)。通過控制水源熱泵機(jī)組、輔助設(shè)備和閥門的啟停和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

5 結(jié)論

低谷時(shí)段電價(jià)按照0.35元/（kW·h）計(jì)，此時(shí)啟用大熱泵機(jī)組，運(yùn)行時(shí)間為8h；峰值時(shí)段電價(jià)按照1.50元/（kW·h）計(jì)，此時(shí)不啟用熱泵機(jī)組，單獨(dú)啟用蓄能裝置，實(shí)現(xiàn)制冷或供熱；平谷時(shí)段電價(jià)按照0.80元/（kW·h）計(jì)算，此時(shí)全部機(jī)組和裝置啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)制冷或供熱。該建筑制冷期為90天，供暖期為120天。由于篇幅限制在這里不列舉計(jì)算過程。據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，在該空調(diào)系統(tǒng)下制冷期總電費(fèi)為28×104，供暖期總電費(fèi)為56×104，合計(jì)為84×104。當(dāng)污水蓄能裝置運(yùn)行時(shí)，制冷和供暖費(fèi)用分別為46×104、93×104，合計(jì)為139×104。采用該系統(tǒng)共節(jié)省電費(fèi)55×104。由此可見，該系統(tǒng)能夠有效減少高峰用電量，節(jié)能效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇莘博，張林華.地源熱泵水蓄能復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行分析[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，（3）：249-254.

（作者單位：廣西鈞富凰建筑環(huán)境技術(shù)有限公司）