可再生能源建筑在三峽花苑小區(qū)中的應用

【摘要】開展可再生能源建筑應用，在三峽花苑小區(qū)中建設水源熱泵中央空調系統(tǒng)，其目標是為淺層地熱資源利用起到示范和推廣作用，為公用建筑或其他類似地區(qū)居民建筑淺層地熱能的綜合有效利用提供科學依據(jù)，提高地熱能的利用水平，減少常規(guī)空調系統(tǒng)對能源的消耗和對環(huán)境的污染，項目設計節(jié)能目標符合國家及省市要求的50-80%的節(jié)能設計標準。

【關鍵詞】可再生能源；水源熱泵；節(jié)能環(huán)保

1、項目概況

本項目位于宜昌市明朝陽路沙河和黃柏河交匯處，總用地面積85866.1平方米，總建筑面積332870.4平方米，地上建筑面積244394.4平方米，地下建筑面積88476平方米。由16棟高層（26F～32F）、2棟多層及-2F（局部-3F）地下室組成，共2261戶。

2、淺層地熱能資源概述

水源熱泵集中供冷、供暖是近二十年來歐美國家大力推廣的新技術。近年來，我國北方地區(qū)推廣水源熱泵集中供暖、供冷有了長足的發(fā)展，僅北京、重慶就有數(shù)千個水源熱泵集中供暖、供冷系統(tǒng)投入運行，取得了很好的經濟和社會效益。

水源熱泵集中供冷、供暖系統(tǒng)是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源，既制冷又制熱，還可以提供生活熱水的高新技術。

3、建設方案

建設水源熱泵系統(tǒng)的水源擬采用沙河與黃柏河交匯處（黃柏河庫區(qū)）的地表水。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，水體夏季最高溫度23.6℃，冬季最低溫度11.6℃。夏季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質冷卻水源，冬季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質低位熱源水。抽取的沙河與黃柏河交匯處的地表水經機組換熱后100%退水至沙河。利用項目旁邊沙河與黃柏河交匯處水體溫度相對穩(wěn)定的特性，通過輸入少量的高品位電能，實現(xiàn)水體與建筑物內部的熱量交換，使低品位熱能向高品位轉變?yōu)槔?、暖兩用空調及太陽能集熱生活熱水系統(tǒng)的補充熱源。綜合考慮工程項目現(xiàn)場條件和經濟合理因素，選擇在整個小區(qū)（包含住宅區(qū)和非住宅區(qū)）范圍內建設水源熱泵集中供冷、供暖與，為其提供節(jié)能型的集中供冷、供暖支持。

3.1方案遴選

本工程項目選擇水源熱泵集中供冷、供暖系統(tǒng)方案與常規(guī)空調系統(tǒng)進行比較，根據(jù)建筑物的使用性質，為合理利用能源，降低能耗，減少環(huán)境污染。本建筑供冷供熱系統(tǒng)推薦采用太陽能+水源熱泵系統(tǒng)，作為該項目集中供冷供暖系統(tǒng)的冷熱源。

水源熱泵集中供冷供暖系統(tǒng)與常規(guī)中央空調的比較（見下表）：

3.2設計參數(shù)

（1）室外計算溫度：夏季TWG=35.8℃ TWS=28.1℃ 冬季TWK=-2℃

（2）室內設計計算參數(shù)：

（3）最大取水量（以夏季總制冷量8000KW的空調機組計算）：

M=[Q+N/Δt×0.86]×10h/d×180d=[（8000+1360）KW/（28.6℃-23.6℃）×0.86]×10h/d×180d=1610m3/h×10h/d×180d/年=290萬m3/年。

（4）取水、退水構筑物：沙河與黃柏河交匯處（黃柏河庫區(qū)）常年水位65m左右，1#樓與檢察院大樓間的地面高程約69m，在此二棟樓之間設置一個底面高程60m的集水井，將沙河與黃柏河交匯處的河水通過一根DN800的地下管線，采用自流的形式引至集水井。退水采用小區(qū)的市政雨水管網(wǎng)排至沙河。

本項目為宜昌市西陵區(qū)三峽花苑經濟適用房住宅小區(qū)，太陽能+水源熱泵集中供冷、供暖及生活熱水系統(tǒng)使用面積約244000㎡、可覆蓋人數(shù)約8000人。

根據(jù)《冷熱水機組能效限定值及能源效率等級》GB19577-2004要求，對于螺桿式/離心式冷水（熱泵）機組，當額定制冷量小于528KW時，其COP不應小于4.10；當額定制冷量為528～1163KW時，其COP不應小于4.30；當額定制冷量大于1163KW時，其COP不應小于4.60。

該項目抽取較大氣溫度相對穩(wěn)定的黃柏河河水，河水進入機組水源側的進/出水溫度，夏季23.6℃/28.6℃，冬季11.6℃/6.6℃?？偫湄摵?4806KW，總熱負荷9624KW，生活熱水負荷18000KW。選用水源熱泵主機如下（同步使用系數(shù)0.54）：

（1）選用3臺制冷量2000KW，輸入功率340KW；制熱量為2173KW，輸入功率443KW的地表水工況螺桿式水源熱泵機組；本機組的制熱性能指數(shù)2173KW/443KW=4.9，制冷性能指數(shù)2000KW/340KW=5.9；

（2 ）選用2臺制冷量1000KW，輸入功率170KW；制熱量為1093KW，輸入功率228KW的地表水工況螺桿式水源熱泵機組；本機組制熱性能指數(shù)1093KW/228KW=4.8，制冷性能指數(shù)1000KW/170KW=5.9；

項目臨近沙河與黃柏河交匯處，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，沙河與黃柏河交匯處底層水溫，夏季平均溫度23.6℃，冬季平均溫度11.6℃。夏季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質冷卻水源，冬季是水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質低位熱源水。項目現(xiàn)場有足夠的水源取水，退水條件也具備，有做水源熱泵系統(tǒng)的條件。

4、投資及效益

4.1 項目投資估算

4.2效益分析

（1）經濟效益

水源熱泵系統(tǒng)既能供暖又能供冷，既環(huán)保又節(jié)能，平均來說，可以節(jié)約用戶30-56%的供熱制冷的運行費用，水源熱泵系統(tǒng)方案盡管初投資比常規(guī)方案要多，但年運行總費用卻可以比常規(guī)系統(tǒng)方案節(jié)省超過一半，5年便可以通過節(jié)能的年運行費用收回投資。

（2）社會效益

在目前能源短缺的時代背景下，推廣和應用水源熱泵技術是一項具有歷史意義的開創(chuàng)性事業(yè)，項目實施能夠在中部地區(qū)特別是在夏熱冬冷的長江流域起到重要的示范作用。

（3）環(huán)保效益

水源熱泵集中供冷供暖系統(tǒng)環(huán)境效益顯著，水源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少50%以上，與電供暖相比，相當于減少了70%以上。水源熱泵實質上是一種能量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量加以挖掘，提升到高位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點。

5、結論及建議

推廣應用水源熱泵中央空調系統(tǒng)，是國家大力發(fā)展各種類型的可再生能源，是緩解能源緊缺的重要途徑，有利于實現(xiàn)國家推廣可再生能源在建筑中應用的發(fā)展目標，有利于改善居住、辦公環(huán)境和空氣污染問題。

本項目已獲得湖北省、宜昌市節(jié)能示范項目稱號，將為水源熱泵技術提供示范，從而可帶動水源熱泵技術在集中供冷供暖領域內的規(guī)?；l(fā)展，不論從宏觀還是微觀上均有良好的推廣前景。

參考文獻：

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[8]供水水文地質勘察規(guī)范.GB50027-2001

[9]巖土工程勘察規(guī)范.GB50021-2001

[10]地下水質量標準.GB/T14848-1993

[11]地熱資源評價方法.DZ40-85

作者簡介：

蔡廣氈，男，漢族，1987.11，安徽潁上，畢業(yè)于三峽大學，研究方向為項目管理，工作單位為中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司；

張玲，女，漢族，1988.3，湖北石首，畢業(yè)于華中科技大學，研究方向為投融資管理，工作單位為武漢市城市建設投資開發(fā)集團有限公司。