水源熱泵中央空調節(jié)能改造

鄧文宗

（廣州市惠愛醫(yī)院 廣東廣州 510370）

水源熱泵中央空調節(jié)能改造

鄧文宗

（廣州市惠愛醫(yī)院 廣東廣州 510370）

社會經(jīng)濟發(fā)展，人類活動對能源需求的依賴度越來越大，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)是人類發(fā)展的重要課題。傳統(tǒng)中央空調系統(tǒng)主要為電力制冷，系統(tǒng)不但設計復雜，并且能源浪費嚴重；而水源熱泵中央空調系統(tǒng)，合理的利用水源熱泵的能源交換和變頻技術，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

水源熱泵；中央空調；節(jié)能環(huán)保

1 水源熱泵系統(tǒng)分析

水源熱泵系統(tǒng)的設計，主要是根據(jù)地球水源，通過吸收大量太陽輻射能量，將水源溫度維持在一定溫度內(nèi)的原理。通過系統(tǒng)的設計，以地下水作為降溫或者升溫的主要資源，即在夏季溫度較高時通過空調系統(tǒng)將建筑內(nèi)的熱量釋放到水源內(nèi)，因為水源溫度比較低，可以有效的將熱量吸收。如選用水源熱泵系統(tǒng)，一般情況下每消耗1kW的能量，用戶可以從中得到4kW以上的熱量或者制冷量，調節(jié)溫度的效果更好[1]。水源熱泵在中央空調系統(tǒng)設計中的應用，可以有效改變空調系統(tǒng)運行的傳統(tǒng)方式，在保證為人們提供所需功能的基礎上，降低能源的使用，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

2 水源熱泵中央空調節(jié)能設計實例分析

2.1 工程概述

廣州市惠愛醫(yī)院住院部大樓為例，住院部大樓共設800個病床位，共有12層，總建筑面積大約為16350m2。中央空調作用面積為整個住院部大樓，建筑主朝向向南，并且南與西兩個方向采取玻璃幕墻設計，外圍護結構保溫，外窗為斷熱鋁合金中控玻璃。

2.2 方案設計

2.2.1 系統(tǒng)設計

確定建筑空調系統(tǒng)方式為集中空調系統(tǒng)，其中水系統(tǒng)方式為一次泵定流量冷凍水系統(tǒng)以及一次泵變流量深井水系統(tǒng)兩種，而空調水管道系統(tǒng)方式雙管異程，其中8層以上為雙管同程[2]。建筑主要房間空調風系統(tǒng)形式為測送下回，末端系統(tǒng)方式為風機盤管加獨立新風系統(tǒng)48250m2。

2.2.2 熱冷負荷計算

建筑工程空調作用面積為16350m2，空調計算冷負荷為1825kW，熱負荷為1628kW，空調冷指標為60.2W/m2，空調熱指標為53.5W/m2，空調設備電氣安裝容量為1826.2kW，空調通風設備電氣安裝容量指標為20.3W/m2。

3 實施措施

經(jīng)實際檢測得出本地地下水溫情況：夏季為16℃，為滿足建筑使用實際需求，中央空調系統(tǒng)設計在夏季需要提供6～12℃冷凍水。夏季井水工礦制冷凍水，進出溫度分別為16與7℃，井水進出水溫分別為26與38℃，主要由2臺型號為LSBLGR-1400M滿液式半封閉螺桿水源熱泵機組。相關制冷量為2048kW，功率為512kW，EER=5.58；機組夏季2臺并聯(lián)運行，通過測試可以得出夏季地下水溫為9℃。

夏季釋放熱量：Qs=（2048+512）×2=4508（2臺機組）

夏季水量：Gs=4508×0.86/9=430.8m3/h

系統(tǒng)設計抽水泵3臺，其中單井出水量在125m3/h以上，能夠完全滿足回流，設計循環(huán)水泵為5臺。另外，空調循環(huán)水泵流量應該大于250m3/h，揚程為35m，功率為30kW，夏季2用1備。而深井潛水泵要求流量為160m3/h，揚程為40m，功率為30kW。全年制冷季節(jié)時間按照120d，全天12h計算，并且將季節(jié)調節(jié)系數(shù)定為0.6，使用系數(shù)同樣為0.6，市場電價確定為公益事業(yè)電價0.95元/kW·h。則全年費用為512×2×0.6kW×120d×12h×0.95=840499.2元。

4 節(jié)能改造

對系統(tǒng)進行變頻器節(jié)能改造，即在原工頻系統(tǒng)基礎上進行改裝，利用變頻器、PLC、人機界面、數(shù)模轉換模塊、溫度模塊以及人機界面等有機結合，形成溫差閉環(huán)自動化控制系統(tǒng)化，對水泵輸出流量進行調節(jié)控制，提高節(jié)能的有效性。系統(tǒng)原有5臺冷卻水泵，通過同一母管并聯(lián)循環(huán)向生產(chǎn)設備供水，夏季實際負荷運行較高時3用2備。對其進行變頻器改造，選擇用4個溫度變送器，2個PID溫差控制器與2臺變頻器組成兩套完整的溫差閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成對冷卻水出水、回水溫度的控制，保證冷卻水泵的水速可以隨著熱負載的變化而變化。其中系統(tǒng)中1#～3#冷卻水泵共用1臺變頻器并單獨裝柜，實現(xiàn)1拖3控制；4#～5#冷卻水泵共用一臺變頻器并單獨裝柜，實現(xiàn)1拖2控制。并在此基礎上對電路進行設計，保證每套系統(tǒng)控制都能夠實現(xiàn)手動、自動、變頻以及工頻之間的轉換，而兩套冷卻水系統(tǒng)則能夠單獨完成工頻與變頻運行。

進行變頻改造后，降低水泵、送風機能耗40%左右，并對主機運行環(huán)境進行了優(yōu)化，確保主機能夠保持較高的效率運行，降低主機能耗6%～12%，整體節(jié)能效果達到了13%～26%。水源熱泵中央空調系統(tǒng)較之傳統(tǒng)空調設計具有一定的優(yōu)勢，而對其進行變頻節(jié)能改造，可以在原有基礎上對整個機組進行完善，不斷提高設備的運行效率，降低主機能耗，能夠更有效的提升節(jié)約能源的應用。

5 結語

水源熱泵中央空調系統(tǒng)是空調設計中的比較節(jié)能的方案之一，可以通過對地下水能源交換的利用，滿足建筑內(nèi)供暖以及制冷的需求，真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

[1]田亞雷.地下水源熱泵采暖及與集中供熱采暖的比較[J].河北工業(yè)科技,2011(02):59-60.

[2]朱森.水源熱泵技術在供熱中央空調中的應用 [J].科技資訊, 2011(12):32-33.

[3]李芳,潘莉,張明圣.水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟運行及評價指標[J].制冷與空調,2011(05):21-22.

鄧文宗（1979-），男，廣東廣州，工程碩士，研究方向：電氣工程。