地源熱泵技術(shù)在廠房項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

郭成軍 孫建樂(lè) 辛 穎 孫洪飛

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

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地源熱泵技術(shù)在廠房項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

郭成軍 孫建樂(lè) 辛 穎 孫洪飛

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

闡述了西安市某工業(yè)廠房的地源熱泵方案，并從技術(shù)、造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用、初投資增量回收期等方面，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)作了比較，指出地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、成本較低且節(jié)能環(huán)保，應(yīng)用前景十分廣闊。

工業(yè)廠房，地源熱泵，中央空調(diào)系統(tǒng)，運(yùn)行費(fèi)用

1 工程概況

西安市高新區(qū)某工業(yè)廠房位于西部大道西段，總占地190畝，總建筑面積109 805.64 m2，其中地上建筑面積97 973.66 m2，地下建筑面積11 831.98 m2，布置有一棟23層辦公樓及4棟單層工業(yè)廠房。項(xiàng)目建成后將成為大型煤礦類機(jī)械裝備制造基地，為煤炭地質(zhì)領(lǐng)域安全生產(chǎn)提供保障。

2 地源熱泵方案

2.1 氣候環(huán)境

西安氣候?qū)倥瘻貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋時(shí)有陰雨天氣，年平均氣溫13.1 ℃～13.4 ℃。

2.2 冷熱負(fù)荷計(jì)算

該項(xiàng)目冷、熱負(fù)荷主要為建筑空調(diào)冬、夏季系統(tǒng)用冷、熱負(fù)荷。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)指標(biāo)并結(jié)合GB 50366—2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程、GB 50019—2003采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范、GB 50015—2003建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范等規(guī)范，夏季冷負(fù)荷指標(biāo)辦公樓取值120 W/m2,廠房取值193 W/m2，冬季熱負(fù)荷指標(biāo)辦公樓取值100 W/m2，廠房取值120 W/m2，通過(guò)計(jì)算，系統(tǒng)總冷負(fù)荷為15 319.59 kW，總熱負(fù)荷為10 773.46 kW。

2.3 空調(diào)工況

夏季：主機(jī)冷凍水進(jìn)出水溫度12 ℃/7 ℃，地源側(cè)進(jìn)出水溫度25 ℃/30 ℃。冬季：熱泵主機(jī)熱水40 ℃/45 ℃，地源側(cè)進(jìn)出水溫度10 ℃/5 ℃。

2.4 地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)方案

1)機(jī)房系統(tǒng)：本工程機(jī)房系統(tǒng)采用整體機(jī)房，統(tǒng)一控制，分區(qū)供給，根據(jù)工業(yè)廠房的實(shí)際情況，把空氣調(diào)節(jié)與其他業(yè)態(tài)的使用有所區(qū)別。冬季通過(guò)電驅(qū)動(dòng)機(jī)組制熱提供空調(diào)所需熱量，空調(diào)水管中輸送45 ℃～50 ℃的熱水，夏季通過(guò)電驅(qū)動(dòng)機(jī)組制冷提供空調(diào)所需冷量，空調(diào)水管中輸送7 ℃～12 ℃的冷凍水。選擇三臺(tái)制熱量約3 600 kW的熱泵機(jī)組，為了保證冬夏季地埋管取熱與釋放熱相當(dāng)，還需配置兩臺(tái)約4 200 kW的冷水機(jī)組，用以滿足空調(diào)系統(tǒng)所需冷負(fù)荷。2)室外埋地系統(tǒng)：根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷和熱泵機(jī)組冬夏季COP值計(jì)算，按冬季熱負(fù)荷進(jìn)行系統(tǒng)配置，依據(jù)測(cè)試井熱響應(yīng)測(cè)試的試驗(yàn)報(bào)告，最終確定打井?dāng)?shù)量為1 750口，采用單U型布管，打井深度120 m，井間距4 m，孔徑120 mm，埋管材料采用高密度聚乙烯PE100管。3)末端：采用組合式空調(diào)機(jī)組和吊頂式新風(fēng)機(jī)組，將冷、熱水送入室內(nèi)，可使室內(nèi)溫度夏季達(dá)到26 ℃±2 ℃，冬季達(dá)到18 ℃±2 ℃。

3 地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)對(duì)比分析

將地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與離心式水冷機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，常規(guī)中央空調(diào)設(shè)有兩套系統(tǒng)，夏季制冷利用水冷機(jī)組作為冷源，制取冷凍水供空調(diào)末端使用，其冷卻水由冷卻塔冷卻以滿足水冷機(jī)組的運(yùn)行。冬季制熱利用燃?xì)忮仩t作為熱源以滿足采暖要求。

3.1 技術(shù)特點(diǎn)比較

兩種系統(tǒng)的技術(shù)比較見(jiàn)表1。

表1 地源熱泵與傳統(tǒng)中央空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比表

3.2 造價(jià)對(duì)比分析

對(duì)兩種系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行造價(jià)對(duì)比，由于兩種系統(tǒng)的末端設(shè)備一致，無(wú)需對(duì)比，表2僅對(duì)地源熱泵系統(tǒng)和常規(guī)離心式水冷機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)的機(jī)房設(shè)備安裝造價(jià)予以對(duì)比。

表2 地源熱泵與傳統(tǒng)中央空調(diào)造價(jià)對(duì)比分析表 萬(wàn)元

對(duì)于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，國(guó)家有可再生能源利用的財(cái)政補(bǔ)貼政策，陜西省陜建發(fā)[2013]154號(hào)文件中推廣對(duì)可再生能源建筑應(yīng)用，并制定了財(cái)政補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于地源熱泵技術(shù)，按照應(yīng)用的建筑面積，城市每平方米25元，縣一級(jí)每平方米40元。本項(xiàng)目若能獲得可再生能源的補(bǔ)貼，補(bǔ)貼金額約274.5萬(wàn)元，可減少初投資。

3.3 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

運(yùn)行費(fèi)用按照地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與離心式冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)對(duì)比分析，其中燃?xì)忮仩t按模塊鍋爐18臺(tái)計(jì)算，總耗氣量為1 188 Nm3/h，天然氣價(jià)格按2.6 元/Nm3計(jì)算，以一個(gè)制冷季和一個(gè)采暖季計(jì)算，地源熱泵運(yùn)行費(fèi)用為226.36萬(wàn)元，離心式冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用553.33萬(wàn)元，地源熱泵系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)可節(jié)約326.97萬(wàn)元。

3.4 初投資增量回收期計(jì)算

采用地源熱泵系統(tǒng)初投資高出離心式冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)604萬(wàn)元，扣除節(jié)能補(bǔ)貼274.5萬(wàn)元，實(shí)際增加投資為329.5萬(wàn)元，地源熱泵系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)可節(jié)約326.97萬(wàn)元，使用地源熱泵系統(tǒng)約1年即可收入初投資增量。

4 結(jié)語(yǔ)

地源熱泵系統(tǒng)充分利用地下淺層地?zé)豳Y源，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的清潔能源技術(shù)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行成本省，在建筑領(lǐng)域推廣應(yīng)用，可取得良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 徐 偉,劉志堅(jiān).中國(guó)地源熱泵技術(shù)發(fā)展與展望[J].建筑科學(xué)，2013,29(10)：26-33.

[2] 王 勇.地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2001(5)：12-13.

The application of ground-source heat pump technology in plant project

Guo Chengjun Sun Jianle Xin Ying Sun Hongfei

(Xi’anResearchInstitute,CCTEG,Xi’an710077，China)

The paper illustrates the ground source heat pump scheme in some industrial workship in Xi’an City, compares the system with the regular central air-conditioner system from the technology, cost, operation fee, and increment payback period of the initial cost, and points out the system is stable, energy-saving and environment-friendly with lower cost, so it can be further applied.

industrial workshop, ground source heat pump, central air-conditioner system, operation cost

1009-6825(2017)07-0204-02

2016-12-12

郭成軍(1984- )，男，工程師

TU833.3

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