謝靜 陳睿智

摘?要：地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用淺層地溫能為室內(nèi)活動(dòng)場(chǎng)所提供冷熱源的清潔節(jié)能新型中央空調(diào)系統(tǒng)。該空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)利用水冷或者風(fēng)冷螺桿機(jī)搭配鍋爐的方式相比較，大大節(jié)省了能源的消耗。本文通過(guò)一個(gè)成都地區(qū)實(shí)例項(xiàng)目分析比較，以證明地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，在運(yùn)行費(fèi)用上與傳統(tǒng)中央空調(diào)相比優(yōu)勢(shì)明顯。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)將在未來(lái)的節(jié)能減排工作中發(fā)揮更大作用。

關(guān)鍵詞：地源熱泵?水源熱泵空調(diào)?傳統(tǒng)中央空調(diào)?運(yùn)行費(fèi)用?節(jié)能減排

中圖分類號(hào)：TU833.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0049-02

地源熱泵系統(tǒng)是以巖土體、地下水或地表水中的淺層地溫能資源作為建筑物冬季熱源和夏季冷源，由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生資源、既可供暖又可制冷、能夠“節(jié)能減排”的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由水源熱泵機(jī)組、淺層地溫能熱交換系統(tǒng)、建筑物內(nèi)部中央空調(diào)系統(tǒng)組成[1]。地源熱泵技術(shù)具有明顯減排溫室氣體的特點(diǎn)。由于地源熱泵供暖70%以上的能源來(lái)自于土壤中的能量，30%以下的能源來(lái)源于電能，所以用它替代冬季采暖鍋爐，至少可減排溫室氣體70%以上。另外，地源熱泵技術(shù)利用的能源是常溫土壤或水中的低位能量，并不需要特殊的地?zé)崽锘虻叵聼崴?。它只要有足夠進(jìn)行熱交換的淺層土壤就可滿足地源熱泵所要求的技術(shù)條件，同時(shí)它不消耗也不污染地下水。并且，地源熱泵空調(diào)具有高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。在供暖時(shí)，地源熱泵技術(shù)可將土壤中的能量“搬運(yùn)”至室內(nèi)，其能量70%以上來(lái)自土壤，制熱系數(shù)高達(dá)5.0，而鍋爐僅為0.7～0.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和40%～60%的運(yùn)行費(fèi)用；制冷時(shí)要比普通空調(diào)節(jié)能40～50%，運(yùn)行費(fèi)用降低40%以上。

本文將以成都地區(qū)某2萬(wàn)m2商業(yè)辦公樓項(xiàng)目為例，分析對(duì)比水源熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)（水冷螺桿式機(jī)+燃?xì)忮仩t）的節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益。

1基本參數(shù)

1.1空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)

冬季：干球溫度6.0℃；平均最冷月相對(duì)濕度：80%；夏季：干球溫度31.6℃；濕球溫度：26.7℃；平均最冷月相對(duì)濕度：85%；

1.2空調(diào)室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t=20～22℃，室內(nèi)相對(duì)濕度φ≤55%。夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t=24～28℃，室內(nèi)相對(duì)濕度φ≤60%

1.3設(shè)計(jì)負(fù)荷

整個(gè)空調(diào)面積約為20000m2，根據(jù)成都地區(qū)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，商業(yè)區(qū)經(jīng)驗(yàn)冷指標(biāo)為140W/m2，經(jīng)驗(yàn)熱指標(biāo)為120W/m2，估算得空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷為2800kW，熱負(fù)荷為2400kW。

2方案設(shè)計(jì)

2.1水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)

本方案擬建設(shè)一個(gè)熱源井沿建筑物周圍均勻布置，通過(guò)管網(wǎng)輸送給各末端采暖制冷用之熱（冷）媒即熱水或冷水，機(jī)組設(shè)置于地下室。室內(nèi)末端設(shè)備采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)用2臺(tái)水源熱泵機(jī)組（30HXC-400AH-HP1）滿足供熱制冷需求。根據(jù)所選擇的水源熱泵機(jī)組，所需的最大用水量為244m3。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料[2]，設(shè)計(jì)單井出水量40m3/h，共設(shè)計(jì)取水井6口；設(shè)計(jì)單井回灌量20～30m3/h，共設(shè)計(jì)回灌井12口。熱源井的單井初步設(shè)計(jì)深度為40m[3]。主要設(shè)備選型及技術(shù)參數(shù)如下：

30HXC 400AH-HP1水源熱泵機(jī)組性能參數(shù)：

制熱量1356KW，水源側(cè)溫度15/7℃；冷熱水溫度40/45℃；冷凍水流量263m3/h，水源側(cè)流量132m3/h，耗電量318KW。

制冷量1528kW，水源側(cè)溫度18/29℃，冷熱水溫度12/7℃；冷凍水流量234m3/h，水源側(cè)流量122m3/h，耗電量211kW。

2.2水冷螺桿式冷水機(jī)+燃?xì)忮仩t

本方案擬建設(shè)一個(gè)集中供冷站和一個(gè)集中供熱站，供冷站及供熱站設(shè)置于地下室，冷卻塔設(shè)置于空地上。通過(guò)管網(wǎng)輸送給各末端采暖制冷用之熱（冷）媒即熱水或冷水，制冷時(shí)管路切換至水冷螺桿機(jī)系統(tǒng)，制熱時(shí)切換至鍋爐系統(tǒng)。室內(nèi)末端設(shè)備采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)系統(tǒng)。

3經(jīng)濟(jì)性比較

3.1初投資比較

3.2年運(yùn)行費(fèi)用比較

制冷時(shí)間按120d，每天12h運(yùn)行計(jì)算；供熱時(shí)間按100d，每天12h計(jì)算。電費(fèi)按1.0元/度計(jì)，天然氣按2.2元/Nm3計(jì)。【運(yùn)行耗能=制冷量（制熱量）/EER（COP）×運(yùn)行時(shí)間】

根據(jù)每天環(huán)境溫度的變化情況以及《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189-2005）、《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134-2001）規(guī)定空調(diào)運(yùn)行時(shí)間：夏季為120d；冬季為100d；空調(diào)每天運(yùn)行12h，其中：

100%滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為2.3%，75%部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為41.5%

50%部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為46.1%，25%部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間為10.1%

水源熱泵系統(tǒng)夏季EER為4.8，冬季COP為3.6；水冷螺桿冷水機(jī)夏季EER為3.5，冬季燃?xì)忮仩tCOP為0.85，

通過(guò)計(jì)算，水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為：夏季耗電量495602kW·h，年運(yùn)行費(fèi)用為49.56萬(wàn)元；冬季耗電量485490kW·h，年運(yùn)行費(fèi)用為48.55萬(wàn)元，運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用包括人工費(fèi)及系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)等，為15萬(wàn)元，年運(yùn)行總費(fèi)用為113.11萬(wàn)元；傳統(tǒng)中央空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用為：夏季耗電量660798kW·h，年運(yùn)行費(fèi)用為49.56萬(wàn)元；冬季耗電量169920kW·h+耗氣量237948Nm3，年運(yùn)行費(fèi)用為48.55萬(wàn)元，運(yùn)行管理維護(hù)費(fèi)用18萬(wàn)元，年運(yùn)行總費(fèi)用為：153.43萬(wàn)元。每平米運(yùn)行費(fèi)用為水源熱泵中央空調(diào)56.56元，傳統(tǒng)中央空調(diào)76.72元。

4結(jié)語(yǔ)

由上述實(shí)例可以看出，雖然地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)修建的初投資費(fèi)用較高，為1000萬(wàn)元，比傳統(tǒng)中央空調(diào)（水冷螺桿式冷水機(jī)+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)）的修建費(fèi)用830萬(wàn)多出170萬(wàn)，增加的投資比例約為20%。但是在運(yùn)行費(fèi)用上，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)所節(jié)省的能耗及其所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的，節(jié)省能耗為26%。投資回收期僅需4.22年，運(yùn)行20年后的純收益為636.24萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，地源熱泵在節(jié)能減排方面，具有非常大的優(yōu)勢(shì)，并且有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。地源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)非常有發(fā)展前途和推廣價(jià)值的可再生能源利用技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)具備了城市級(jí)區(qū)域推廣的條件，必將在我國(guó)的節(jié)能工作中發(fā)揮更大的作用[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]周念滬.地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用實(shí)務(wù)全書(shū)[M].北京：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)出版社，2005：11-39.

[2]劉俊賢.成都市水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘察報(bào)告[R].四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1990.

[3]武曉峰，唐杰.地下水人工回灌與再利用[J].工程勘察，1998（4）：37-40.

[4]周道炯.地源熱泵技術(shù)在城市節(jié)能中將發(fā)揮更大作用[J].地源熱泵專欄.