水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析

方博

摘 ?要：文章通過工程實(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》，見表1、表2和表3。

1.3 ?水文地質(zhì)概況

南京地處長江一級(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?？照{(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，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?？照{(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，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)用通過下式來計(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)保空調(diào)的代表。當(dāng)下國家高度重視節(jié)能環(huán)保問題，國家建設(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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