方博
摘 ?要:文章通過(guò)工程實(shí)例闡述了地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn),同時(shí)分析了經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性,得出地下水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面的顯著性。
關(guān)鍵詞:水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng);工程;應(yīng)用;經(jīng)濟(jì)性
中圖分類(lèi)號(hào):TU831 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ?文章編號(hào):1006-8937(2015)35-0033-03
1 ?工程應(yīng)用
1.1 ?工程概況
本工程應(yīng)用于南京市江寧區(qū)一商業(yè)辦公樓,辦公樓共十層,一層為停車(chē)場(chǎng),二層為餐廳和多功能會(huì)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(diào)建筑面積為21 666 m2??照{(diào)系統(tǒng)采用清華同方SGHP 1 600水源熱泵機(jī)組兩臺(tái),空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加獨(dú)立新風(fēng)的送行形式。
1.2 ?設(shè)計(jì)氣象參數(shù)
南京市氣象參數(shù)參照《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》,見(jiàn)表1、表2和表3。
1.3 ?水文地質(zhì)概況
南京地處長(zhǎng)江一級(jí)堆積階地中部,地下承壓水儲(chǔ)存豐富,具備使用水源熱泵的條件。場(chǎng)地土層分布和水層分布,見(jiàn)表4和5,土層和水層按自上而下分布。
2 ?空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 ?空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)
空調(diào)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(huán)形布置,井距60 m,單井日回灌量為1 600 m3。經(jīng)測(cè)定,場(chǎng)地的井外圍區(qū)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(huì)引起地質(zhì)災(zāi)害。
采用穩(wěn)定流方法對(duì)1#井進(jìn)行抽水試驗(yàn),經(jīng)測(cè)得地下靜止水位標(biāo)高為25 m,涌水量達(dá)470 m3/h.當(dāng)抽水量達(dá)到3 300 m3/d時(shí),停止抽水5 min,水位下降1.3 m,抽水穩(wěn)定時(shí)間為24 h,1#井抽水試驗(yàn)曲線如圖1所示。
2.2 ?空調(diào)負(fù)荷及機(jī)組選型
本工程中的商業(yè)辦公樓的冷負(fù)荷主要有維護(hù)結(jié)構(gòu)、日射、設(shè)備、人員、照明及新風(fēng)等構(gòu)成。空調(diào)總建筑面積為21 666 m2,夏季供冷指標(biāo)取120 W/m2,冬季供熱指標(biāo)取105 W/m2,則夏季空調(diào)冷負(fù)荷為2 600 kW,冬季空調(diào)熱負(fù)荷為2 200 kW。根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷,在本設(shè)計(jì)中采用清華同方SGHP 1 600水源熱泵機(jī)組兩臺(tái),具體性能參數(shù)見(jiàn)表6。
2.3 ?空調(diào)取水量的計(jì)算
在夏季空調(diào)的取水量按式子計(jì)算,夏季取水量為:
m■=■×■
式中,mgw—制冷工況下的取水量(kg/s);
tw1—進(jìn)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(diào)制冷量;
EER—熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)。
在冬季空調(diào)的取水量按式子計(jì)算,冬季取水量為:
m■=■×■
mgw—制熱工況下的取水量(kg/s);
tw1—進(jìn)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(diào)制熱量;
COP—熱泵機(jī)組的制熱系數(shù)。
空調(diào)總建筑面積為21 666 m2,夏季空調(diào)冷負(fù)荷為2 600 kW,冬季空調(diào)熱負(fù)荷為2 200 kW。夏季取水溫差按7 ℃計(jì)算,冬季取水溫差按10 ℃計(jì)算,則在夏季冷負(fù)荷為2 600 kW時(shí),取水量約為520 m3/h,在冬季熱負(fù)荷為2 200 kW時(shí),取水量為150 m3/h??照{(diào)取水量設(shè)計(jì)值應(yīng)取最大值,因此空調(diào)取水量為520 m3/h。
3 ?機(jī)房設(shè)計(jì)
本工程以地下水作為工作介質(zhì),在冬季把井水中的熱量提取出來(lái),向建筑物供暖;在夏季利用地下水作為空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水,高效地帶走熱量,向建筑物供給冷量。機(jī)房原理圖,如圖2所示。
空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)采用兩臺(tái)清華同方SGHP 1 600水源熱泵機(jī)組,制冷量和制熱量分別為1 476 kW和1 630 kW。空調(diào)冷凍水水泵選用四臺(tái)ISW 125-200型冷凍水泵,流量為160 m3/h,揚(yáng)程為50 m,電功率為37 kW,三用一備。
經(jīng)權(quán)威部門(mén)檢測(cè),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(biāo)值350 mg/L。因此為了杜絕管路系統(tǒng)的賭賽,防止機(jī)組結(jié)垢被腐蝕,在系統(tǒng)中安裝了可拆的不銹鋼M150B換熱器。雖然在系統(tǒng)中安裝板式換熱器會(huì)使得在傳熱過(guò)程中產(chǎn)生溫度梯度,機(jī)組的能效比會(huì)下降,但是能夠有效的提高機(jī)組的使用周期和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的可靠度。
空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備詳見(jiàn)表7。
4 ?運(yùn)行耗能和費(fèi)用對(duì)比分析
現(xiàn)以地下水水源熱泵系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)與燃煤鍋爐供熱加冷卻塔水冷機(jī)組供熱系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)來(lái)對(duì)比分析運(yùn)行耗能和費(fèi)用。
.本工程中工程總造價(jià)費(fèi)用見(jiàn)表8。
4.1 ?運(yùn)行耗能對(duì)比分析
地下水水源熱泵系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)耗能量與燃煤鍋爐供熱加冷卻塔水冷機(jī)組供熱系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)耗能量對(duì)比分析結(jié)果,見(jiàn)表9。
由對(duì)比分析可知,地下水水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)每年節(jié)能5 900 000 kWh(21 400 000 MJ),折合730噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
可以通過(guò)下式計(jì)算出本工程的費(fèi)效比。
R=■
式中:
Y■—系統(tǒng)總投資,元;
Q■—總節(jié)省能量,kWh;
N—系統(tǒng)使用壽命,本工程中取15 a;
則可得出工程的費(fèi)效比為0.045元/kWh,由此可見(jiàn),地下水水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果明顯。
4.2 ?運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比分析
地下水水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)比節(jié)燃煤鍋爐供熱加冷卻塔水冷機(jī)組供熱系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省的費(fèi)用通過(guò)下式來(lái)計(jì)算。
F=P(QSC0-YZW)- YZ
式中:
F—系統(tǒng)總節(jié)省費(fèi)用,元;
P—折現(xiàn)系數(shù),取14;
QS—總節(jié)省能量,kWh;
C0—常規(guī)能源的熱價(jià),元/MJ;
YZ—系統(tǒng)總增投資,元;
W—系統(tǒng)維修費(fèi),取總投資的1%
則節(jié)省的費(fèi)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(diào)壽命周期內(nèi),每年可以省47萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效果顯著。
5 ?結(jié) ?論
水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大的節(jié)約運(yùn)行成本,既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用,是現(xiàn)代新型節(jié)能環(huán)??照{(diào)的代表。當(dāng)下國(guó)家高度重視節(jié)能環(huán)保問(wèn)題,國(guó)家建設(shè)部出臺(tái)政策予以大力支持,凡是使用水源熱泵中央空調(diào)的建筑可享受140~200元/m2的補(bǔ)助。水源熱泵以其良好的節(jié)能性和環(huán)保性的優(yōu)點(diǎn)受到市場(chǎng)的青睞,具有很大的發(fā)展空間。
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