地源熱泵水蓄能復合空調系統(tǒng)運行分析

溫昌盛

摘 要：地源熱泵水蓄能復合空調是建筑實現(xiàn)節(jié)能的有效途徑。本文簡要介紹了地源熱泵和水蓄能的優(yōu)勢、工作原理，并以天津市某辦公建筑為例，詳細探討了該復合空調系統(tǒng)的運行效果。

關鍵詞：地源熱泵；水蓄能；負荷空調系統(tǒng)

1 概述

一直以來建筑耗能在全社會耗能中都占有巨大比例，是發(fā)達國家的兩倍左右，在環(huán)境污染日益嚴重的今天，減少建筑耗能勢在必行。地源熱泵作為一種新型建筑節(jié)能系統(tǒng)具有便于維護、節(jié)省空間等優(yōu)點，已經得到了廣泛應用。當前關于地源熱泵的研究已趨于成熟，但是仍然存在著一些問題尚未解決，比如電力峰谷差價不能有效利用，難以平衡取能和蓄能。水蓄能裝置能夠有效解決上述問題，但是由于各種原因導致其存在一定的應用局限?；诖?，本文將地源熱泵和水蓄能結合到一起，形成一種新型復合空調系統(tǒng)，下面對該系統(tǒng)進行研究。

2 地源熱泵和水蓄能的優(yōu)勢

2.1 地源熱泵

一般來說，熱泵可以分為兩種類型，一種是空氣源熱泵，另一種就是本文所說的地源熱泵。對地源熱泵來說，地熱和水熱是最佳熱源，不僅具有較大的熱容量，而且傳熱性能也非常好，地源熱泵的性能要遠遠優(yōu)于空氣源熱泵。它的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）污染小。與空氣源熱泵和電供暖相比，地源熱泵的污染物排放量分別減少了38%和70%左右，地源熱泵不存在任何廢物排放問題，屬于綠色空調。（2）節(jié)省空間。無附加設備，占地面積小，美化外部形象。（3）便于維護。地源熱泵的運動部件少，因此更便于維護，安裝在室內，免受自然因素破壞，壽命較長。

2.2 水蓄能

水蓄能的優(yōu)勢有以下幾點：（1）效率高。與一般制冷設備相比，水蓄冷能夠節(jié)省10%左右的電力，并且夏季可以蓄冷，冬季可以蓄熱。（2）成本低、電費低。水蓄能具有非?？斓捻憫俣?，運行成本低，真正實現(xiàn)了全削峰運行。（3）適用性強。一般的制冷機組就可以應用水蓄能，同時無論是在新建項目還是在改造項目上也都可以應用。

3 地源熱泵水蓄能復合空調系統(tǒng)

3.1 運行原理

在電力低谷時段，利用地源熱泵機組向蓄能槽蓄冷（蓄熱），將冷量（熱量）儲存在蓄能槽中，電力高峰時段釋冷（釋熱）。若負荷需求較小，則僅由水蓄能裝置供冷（熱）；若負荷需求較大，則由地源熱泵機組和水蓄能裝置聯(lián)合供冷（熱）或僅由地源熱泵機組供冷（熱）。

3.2 優(yōu)勢

由于該系統(tǒng)結合了地源熱泵和水蓄能，因此也兼具了它們各自的優(yōu)勢，同時也形成了自身的獨特優(yōu)勢。在運行過程中可以根據(jù)較小的負荷選擇熱泵機組，當負荷不足時，則由水蓄能裝置進行制冷（供熱），這樣一來不僅使得裝機容量得以減小，而且造價也大大降低。

該系統(tǒng)減少了低效運行時間，效率大大提高，由于實現(xiàn)了設備的間歇運行，因此在很大程度上減少了設備的損耗。最重要是，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對電力峰谷差的有效利用，可行性極高。這樣不僅符合用戶使用需求，同時也符合節(jié)能減排的要求。目前這一清潔技術已經得到了政府的重視，成為空調系統(tǒng)研究的熱點。

4 工程應用實例

4.1 工程概況

天津市某辦公建筑為響應國家節(jié)能減排計劃應用了地源熱泵水蓄能復合空調系統(tǒng)。該辦公建筑面積為20000m2，空調夏季冷負荷和冬季熱負荷分別為2065kW和1666kW。

4.2 運行方案

對現(xiàn)場進行考察以及詢問負責人情況后，決定采取以下運行方案：23：00～07：00為低谷時段，此時由地源熱泵向蓄能槽蓄冷（蓄熱）；07：00～11：00為峰值時段，此時由蓄能槽向空調末端供冷（供熱），地源熱泵機組尚不啟用；11：00～18：00為平谷時段，由地源熱泵機組和蓄能槽聯(lián)合向空調末端供冷（供熱）；18：00～23：00員工下班，關閉系統(tǒng)。

4.3 設備配置

（1）水源熱泵機組。該方案需要3臺熱泵機組，包括1臺大熱泵機組和2臺小熱泵機組。大熱泵機組由2臺水源熱泵組成，制冷和制熱功率分別為183kW和274kW；小熱泵機組由2臺水源熱泵機組組成，制冷和制熱功率分別為126.9kW和197kW。

（2）蓄能槽。蓄能槽設計以峰值時段為依據(jù)，容積為600m?，以串聯(lián)方式連接水源熱泵機組，從而實現(xiàn)制冷或供熱。夏季蓄冷溫度和平均出水溫度分別為4℃和12℃，蓄冷總量達到5587kW·h；冬季蓄熱溫度和平均出水溫度分別為50℃和40℃，蓄冷總量達到6983kW·h。

（3）控制系統(tǒng)。通過控制水源熱泵機組、輔助設備和閥門的啟停和調節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的轉換，同時對設備的狀態(tài)進行實時監(jiān)視。

5 結論

低谷時段電價按照0.35元/（kW·h）計，此時啟用大熱泵機組，運行時間為8h；峰值時段電價按照1.50元/（kW·h）計，此時不啟用熱泵機組，單獨啟用蓄能裝置，實現(xiàn)制冷或供熱；平谷時段電價按照0.80元/（kW·h）計算，此時全部機組和裝置啟動，實現(xiàn)制冷或供熱。該建筑制冷期為90天，供暖期為120天。由于篇幅限制在這里不列舉計算過程。據(jù)計算結果顯示，在該空調系統(tǒng)下制冷期總電費為28×104，供暖期總電費為56×104，合計為84×104。當污水蓄能裝置運行時，制冷和供暖費用分別為46×104、93×104，合計為139×104。采用該系統(tǒng)共節(jié)省電費55×104。由此可見，該系統(tǒng)能夠有效減少高峰用電量，節(jié)能效果顯著。

參考文獻

[1]蘇莘博，張林華.地源熱泵水蓄能復合空調系統(tǒng)運行分析[J].山東建筑大學學報，2015，（3）：249-254.

（作者單位：廣西鈞富凰建筑環(huán)境技術有限公司）