可再生能源建筑在三峽花苑小區(qū)中的應(yīng)用

文/蔡廣氈 中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司 湖北宜昌 443000 張玲 武漢市城市建設(shè)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430000

1、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于宜昌市明朝陽路沙河和黃柏河交匯處，總用地面積85866.1平方米，總建筑面積332870.4平方米，地上建筑面積244394.4平方米，地下建筑面積88476平方米。由16棟高層（26F～32F）、2棟多層及-2F（局部-3F）地下室組成，共2261戶。

2、淺層地?zé)崮苜Y源概述

水源熱泵集中供冷、供暖是近二十年來歐美國家大力推廣的新技術(shù)。近年來，我國北方地區(qū)推廣水源熱泵集中供暖、供冷有了長足的發(fā)展，僅北京、重慶就有數(shù)千個(gè)水源熱泵集中供暖、供冷系統(tǒng)投入運(yùn)行，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

水源熱泵集中供冷、供暖系統(tǒng)是利用地球水所儲(chǔ)藏的太陽能資源作為冷、熱源，既制冷又制熱，還可以提供生活熱水的高新技術(shù)。

3、建設(shè)方案

建設(shè)水源熱泵系統(tǒng)的水源擬采用沙河與黃柏河交匯處（黃柏河庫區(qū)）的地表水。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，水體夏季最高溫度23.6℃，冬季最低溫度11.6℃。夏季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)冷卻水源，冬季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)低位熱源水。抽取的沙河與黃柏河交匯處的地表水經(jīng)機(jī)組換熱后100%退水至沙河。利用項(xiàng)目旁邊沙河與黃柏河交匯處水體溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過輸入少量的高品位電能，實(shí)現(xiàn)水體與建筑物內(nèi)部的熱量交換，使低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)變?yōu)槔洹⑴瘍捎每照{(diào)及太陽能集熱生活熱水系統(tǒng)的補(bǔ)充熱源。綜合考慮工程項(xiàng)目現(xiàn)場條件和經(jīng)濟(jì)合理因素，選擇在整個(gè)小區(qū)（包含住宅區(qū)和非住宅區(qū)）范圍內(nèi)建設(shè)水源熱泵集中供冷、供暖與，為其提供節(jié)能型的集中供冷、供暖支持。

3.1 方案遴選

本工程項(xiàng)目選擇水源熱泵集中供冷、供暖系統(tǒng)方案與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行比較，根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)，為合理利用能源，降低能耗，減少環(huán)境污染。本建筑供冷供熱系統(tǒng)推薦采用太陽能+水源熱泵系統(tǒng)，作為該項(xiàng)目集中供冷供暖系統(tǒng)的冷熱源。

水源熱泵集中供冷供暖系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)的比較（見下表）：

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）室外計(jì)算溫度：夏季TWG=35.8℃TWS=28.1℃ 冬季 TWK=-2℃

（2）室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)：

（3）最大取水量（以夏季總制冷量8000KW的空調(diào)機(jī)組計(jì)算）：

M=[Q+N/Δ t× 0.8 6]× 1 0 h/d×180d=[（8000+1360）KW/（28.6℃-23.6℃）×0.86]×10h/d×180d=1610m3/h×10h/d×180d/年=290萬m3/年。

室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

（4）取水、退水構(gòu)筑物：沙河與黃柏河交匯處（黃柏河庫區(qū)）常年水位65m左右，1#樓與檢察院大樓間的地面高程約69m，在此二棟樓之間設(shè)置一個(gè)底面高程60m的集水井，將沙河與黃柏河交匯處的河水通過一根DN800的地下管線，采用自流的形式引至集水井。退水采用小區(qū)的市政雨水管網(wǎng)排至沙河。

水源熱泵集中供冷供暖系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)的比較

本項(xiàng)目為宜昌市西陵區(qū)三峽花苑經(jīng)濟(jì)適用房住宅小區(qū)，太陽能+水源熱泵集中供冷、供暖及生活熱水系統(tǒng)使用面積約244000㎡、可覆蓋人數(shù)約8000人。

根據(jù)《冷熱水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》GB19577-2004要求，對(duì)于螺桿式/離心式冷水（熱泵）機(jī)組，當(dāng)額定制冷量小于528KW時(shí)，其COP不應(yīng)小于4.10；當(dāng)額定制冷量為528～1163KW時(shí)，其COP不應(yīng)小于4.30；當(dāng)額定制冷量大于1163KW時(shí)，其COP不應(yīng)小于4.60。

該項(xiàng)目抽取較大氣溫度相對(duì)穩(wěn)定的黃柏河河水，河水進(jìn)入機(jī)組水源側(cè)的進(jìn)/出水溫度，夏季23.6℃/28.6℃,冬季11.6℃/6.6℃。總冷負(fù)荷14806KW，總熱負(fù)荷9624KW，生活熱水負(fù)荷18000KW。選用水源熱泵主機(jī)如下（同步使用系數(shù)0.54）：

（1）選用3臺(tái)制冷量2000KW，輸入功率340KW；制熱量為2173KW，輸入功率443KW的地表水工況螺桿式水源熱泵機(jī)組；本機(jī)組的制熱性能指數(shù)2173KW/443KW=4.9，制冷性能指數(shù)2000KW/340KW=5.9；

（2 ）選用2臺(tái)制冷量1000KW，輸入功率170KW；制熱量為1093KW，輸入功率228KW的地表水工況螺桿式水源熱泵機(jī)組；本機(jī)組制熱性能指數(shù)1093KW/228KW=4.8，制冷性能指數(shù)1000KW/170KW=5.9;

項(xiàng)目臨近沙河與黃柏河交匯處，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，沙河與黃柏河交匯處底層水溫，夏季平均溫度23.6℃，冬季平均溫度11.6℃。夏季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)冷卻水源，冬季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)低位熱源水。項(xiàng)目現(xiàn)場有足夠的水源取水，退水條件也具備，有做水源熱泵系統(tǒng)的條件。

4、投資及效益

4.1 項(xiàng)目投資估算

4.2 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益

水源熱泵系統(tǒng)既能供暖又能供冷，既環(huán)保又節(jié)能，平均來說，可以節(jié)約用戶30-56%的供熱制冷的運(yùn)行費(fèi)用，水源熱泵系統(tǒng)方案盡管初投資比常規(guī)方案要多，但年運(yùn)行總費(fèi)用卻可以比常規(guī)系統(tǒng)方案節(jié)省超過一半，5年便可以通過節(jié)能的年運(yùn)行費(fèi)用收回投資。

（2）社會(huì)效益

在目前能源短缺的時(shí)代背景下，推廣和應(yīng)用水源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)具有歷史意義的開創(chuàng)性事業(yè)，項(xiàng)目實(shí)施能夠在中部地區(qū)特別是在夏熱冬冷的長江流域起到重要的示范作用。

（3）環(huán)保效益

項(xiàng)目投資估算

水源熱泵集中供冷供暖系統(tǒng)環(huán)境效益顯著，水源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少50%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少了70%以上。水源熱泵實(shí)質(zhì)上是一種能量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提升到高位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。

5、結(jié)論及建議

推廣應(yīng)用水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，是國家大力發(fā)展各種類型的可再生能源，是緩解能源緊缺的重要途徑，有利于實(shí)現(xiàn)國家推廣可再生能源在建筑中應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)，有利于改善居住、辦公環(huán)境和空氣污染問題。

本項(xiàng)目已獲得湖北省、宜昌市節(jié)能示范項(xiàng)目稱號(hào)，將為水源熱泵技術(shù)提供示范，從而可帶動(dòng)水源熱泵技術(shù)在集中供冷供暖領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)模化發(fā)展，不論從宏觀還是微觀上均有良好的推廣前景。