地源熱泵技術(shù)在廠房項目中的應用研究

郭成軍 孫建樂 辛 穎 孫洪飛

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

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地源熱泵技術(shù)在廠房項目中的應用研究

郭成軍 孫建樂 辛 穎 孫洪飛

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

闡述了西安市某工業(yè)廠房的地源熱泵方案，并從技術(shù)、造價、運行費用、初投資增量回收期等方面，對地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)作了比較，指出地源熱泵系統(tǒng)運行穩(wěn)定、成本較低且節(jié)能環(huán)保，應用前景十分廣闊。

工業(yè)廠房，地源熱泵，中央空調(diào)系統(tǒng)，運行費用

1 工程概況

西安市高新區(qū)某工業(yè)廠房位于西部大道西段，總占地190畝，總建筑面積109 805.64 m2，其中地上建筑面積97 973.66 m2，地下建筑面積11 831.98 m2，布置有一棟23層辦公樓及4棟單層工業(yè)廠房。項目建成后將成為大型煤礦類機械裝備制造基地，為煤炭地質(zhì)領(lǐng)域安全生產(chǎn)提供保障。

2 地源熱泵方案

2.1 氣候環(huán)境

西安氣候?qū)倥瘻貛О敫珊荡箨懶约撅L氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋時有陰雨天氣，年平均氣溫13.1 ℃～13.4 ℃。

2.2 冷熱負荷計算

該項目冷、熱負荷主要為建筑空調(diào)冬、夏季系統(tǒng)用冷、熱負荷。根據(jù)建筑設(shè)計指標并結(jié)合GB 50366—2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程、GB 50019—2003采暖通風及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范、GB 50015—2003建筑給排水設(shè)計規(guī)范等規(guī)范，夏季冷負荷指標辦公樓取值120 W/m2,廠房取值193 W/m2，冬季熱負荷指標辦公樓取值100 W/m2，廠房取值120 W/m2，通過計算，系統(tǒng)總冷負荷為15 319.59 kW，總熱負荷為10 773.46 kW。

2.3 空調(diào)工況

夏季：主機冷凍水進出水溫度12 ℃/7 ℃，地源側(cè)進出水溫度25 ℃/30 ℃。冬季：熱泵主機熱水40 ℃/45 ℃，地源側(cè)進出水溫度10 ℃/5 ℃。

2.4 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)方案

1)機房系統(tǒng)：本工程機房系統(tǒng)采用整體機房，統(tǒng)一控制，分區(qū)供給，根據(jù)工業(yè)廠房的實際情況，把空氣調(diào)節(jié)與其他業(yè)態(tài)的使用有所區(qū)別。冬季通過電驅(qū)動機組制熱提供空調(diào)所需熱量，空調(diào)水管中輸送45 ℃～50 ℃的熱水，夏季通過電驅(qū)動機組制冷提供空調(diào)所需冷量，空調(diào)水管中輸送7 ℃～12 ℃的冷凍水。選擇三臺制熱量約3 600 kW的熱泵機組，為了保證冬夏季地埋管取熱與釋放熱相當，還需配置兩臺約4 200 kW的冷水機組，用以滿足空調(diào)系統(tǒng)所需冷負荷。2)室外埋地系統(tǒng)：根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負荷和熱泵機組冬夏季COP值計算，按冬季熱負荷進行系統(tǒng)配置，依據(jù)測試井熱響應測試的試驗報告，最終確定打井數(shù)量為1 750口，采用單U型布管，打井深度120 m，井間距4 m，孔徑120 mm，埋管材料采用高密度聚乙烯PE100管。3)末端：采用組合式空調(diào)機組和吊頂式新風機組，將冷、熱水送入室內(nèi)，可使室內(nèi)溫度夏季達到26 ℃±2 ℃，冬季達到18 ℃±2 ℃。

3 地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)對比分析

將地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與離心式水冷機組+燃氣鍋爐系統(tǒng)進行對比分析，常規(guī)中央空調(diào)設(shè)有兩套系統(tǒng)，夏季制冷利用水冷機組作為冷源，制取冷凍水供空調(diào)末端使用，其冷卻水由冷卻塔冷卻以滿足水冷機組的運行。冬季制熱利用燃氣鍋爐作為熱源以滿足采暖要求。

3.1 技術(shù)特點比較

兩種系統(tǒng)的技術(shù)比較見表1。

表1 地源熱泵與傳統(tǒng)中央空調(diào)技術(shù)特點對比表

3.2 造價對比分析

對兩種系統(tǒng)的設(shè)備進行造價對比，由于兩種系統(tǒng)的末端設(shè)備一致，無需對比，表2僅對地源熱泵系統(tǒng)和常規(guī)離心式水冷機組+燃氣鍋爐系統(tǒng)的機房設(shè)備安裝造價予以對比。

表2 地源熱泵與傳統(tǒng)中央空調(diào)造價對比分析表 萬元

對于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，國家有可再生能源利用的財政補貼政策，陜西省陜建發(fā)[2013]154號文件中推廣對可再生能源建筑應用，并制定了財政補貼標準，對于地源熱泵技術(shù)，按照應用的建筑面積，城市每平方米25元，縣一級每平方米40元。本項目若能獲得可再生能源的補貼，補貼金額約274.5萬元，可減少初投資。

3.3 運行費用對比

運行費用按照地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與離心式冷水機組+燃氣鍋爐系統(tǒng)對比分析，其中燃氣鍋爐按模塊鍋爐18臺計算，總耗氣量為1 188 Nm3/h，天然氣價格按2.6 元/Nm3計算，以一個制冷季和一個采暖季計算，地源熱泵運行費用為226.36萬元，離心式冷水機組+燃氣鍋爐系統(tǒng)運行費用553.33萬元，地源熱泵系統(tǒng)年運行費可節(jié)約326.97萬元。

3.4 初投資增量回收期計算

采用地源熱泵系統(tǒng)初投資高出離心式冷水機組+燃氣鍋爐系統(tǒng)604萬元，扣除節(jié)能補貼274.5萬元，實際增加投資為329.5萬元，地源熱泵系統(tǒng)年運行費可節(jié)約326.97萬元，使用地源熱泵系統(tǒng)約1年即可收入初投資增量。

4 結(jié)語

地源熱泵系統(tǒng)充分利用地下淺層地熱資源，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的清潔能源技術(shù)，運行穩(wěn)定可靠，維護費用低，運行成本省，在建筑領(lǐng)域推廣應用，可取得良好經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 徐 偉,劉志堅.中國地源熱泵技術(shù)發(fā)展與展望[J].建筑科學，2013,29(10)：26-33.

[2] 王 勇.地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟分析[J].建筑熱能通風空調(diào)，2001(5)：12-13.

The application of ground-source heat pump technology in plant project

Guo Chengjun Sun Jianle Xin Ying Sun Hongfei

(Xi’anResearchInstitute,CCTEG,Xi’an710077，China)

The paper illustrates the ground source heat pump scheme in some industrial workship in Xi’an City, compares the system with the regular central air-conditioner system from the technology, cost, operation fee, and increment payback period of the initial cost, and points out the system is stable, energy-saving and environment-friendly with lower cost, so it can be further applied.

industrial workshop, ground source heat pump, central air-conditioner system, operation cost

1009-6825(2017)07-0204-02

2016-12-12

郭成軍(1984- )，男，工程師

TU833.3

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