水源熱泵系統(tǒng)的應用—婁水溫泉度假區(qū)游客中心暖通空調(diào)設計

田小婷

（北京市建筑設計研究院有限公司華南設計中心，廣州510060）

1 工程概況

該項目位于湖南省張家界市慈利縣江埡鎮(zhèn)，毗鄰張家界市世界遺產(chǎn)自然核心景區(qū)武陵源。用地面積31824.56平方米，總建筑面積32091.98平方米，地下1層，地上最高6層，建筑高度小于24米。地下1層主要功能包括配套汽車庫、設備用房、洗衣房、KTV包間、會議室、接待廳、室內(nèi)籃球場、宴會廳、VIP休息室及廚房，地上1層主要功能包括大堂、棋牌室、中、西餐廳、包廂區(qū)、客房及配套用房，2層及以上均為客房及配套用房?？偪头繑?shù)213間，其中山景別院2套，客房數(shù)6間。

2 負荷計算及冷、熱源系統(tǒng)設計

2.1 負荷計算

地上空間采用鴻業(yè)負荷計算軟件進行逐時逐項冷負荷計算及熱負荷計算，本項目夏季空調(diào)冷負荷約1500kW，冬季空調(diào)熱負荷約1050kW。

2.2 冷源系統(tǒng)設計

圖1 酒店鳥瞰透視圖

該工程采用集中供冷，制冷機房設置在地下一層，為了節(jié)約能源，減少運行費用，并且在考慮充分利用溫泉廢水制熱的情況下，按夏季冷負荷確定水源熱泵機組容量，該工程采用1臺名義制冷量為1086kW的螺桿式水源熱泵機組和1臺名義制冷量為503kW的帶全熱回收的螺桿式水源熱泵機組。冷水供回水溫度是7℃／12℃，冷卻水供回水溫度32℃／37℃。冷、熱源系統(tǒng)原理圖見圖2。

2.3 熱源系統(tǒng)設計

該工程采用2臺水源熱泵機組集中供熱，供熱系統(tǒng)包括采暖空調(diào)熱水系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)。冬季兩臺水源熱泵機組通過板換從溫泉廢水池取熱，其中名義制熱量為548kW的水源熱泵機組制備生活熱水，名義制熱量為1138kW的水源熱泵機組為酒店供暖?？紤]水源熱泵機組在冬季湖水水溫過低時，其制熱性能降低，甚至機組無法正常運行，不能保證酒店的供熱需求，需另設備用熱源。慈利縣江埡鎮(zhèn)屬于夏熱冬冷地區(qū)，此地沒有集中市政供熱

圖2 冷、熱源系統(tǒng)圖

表1 室內(nèi)設計參數(shù)

系統(tǒng)與燃氣源，用煤和油等燃料受到當?shù)丨h(huán)保和消防部分嚴格限制，但江埡鎮(zhèn)水、電供應比較充足，項目建成使用對當?shù)啬茉垂绊懖皇鞘置黠@，因此系統(tǒng)設置一臺1000kW的電鍋爐作為空調(diào)供暖和生活熱水的備用熱源，鍋爐房設置在地下一層，供暖熱水供回水溫度為50℃／45℃。

2.4 過渡季節(jié)供冷供熱

過渡季節(jié)系統(tǒng)可同時供冷和供暖，當供冷需求更大時，多余熱量由閉式冷卻塔帶走，當供暖需求更大時，多余的冷量由溫泉水帶走。

3 供暖與空調(diào)系統(tǒng)設計

3.1 室內(nèi)設計參數(shù) （見表1）

3.2 空調(diào)供暖水系統(tǒng)

酒店空調(diào)水系統(tǒng)采用一級泵兩管制異程式系統(tǒng)。通過設置在冷凍機房內(nèi)的分、集水器將系統(tǒng)按功能公共區(qū)和客房區(qū)分開設置兩個回路，水系統(tǒng)采用全面水力平衡措施，通過設置在各空調(diào)水管井內(nèi)的立管將空調(diào)冷熱水輸送至各層空調(diào)末端處，各層水平主管安裝壓差控制閥與靜態(tài)平衡閥保證各分區(qū)水力平衡，并在系統(tǒng)最高點設置排氣裝置。末端空調(diào)處理機組、新風機組回水管上均設置動態(tài)壓差平衡型電動調(diào)節(jié)閥，末端風機盤管機組回水管上設置動態(tài)平衡電動兩通閥?？照{(diào)末端水系統(tǒng)供回水溫度：夏季7℃／12℃，冬季50℃／45℃，地板輻射采暖熱水系統(tǒng)供回水溫度為50℃／45℃。

空調(diào)系統(tǒng)冷凝水采用間接排水，冷凝水就近接入空調(diào)機房地漏、衛(wèi)生間地漏、冷凝水立管排出。

3.3 空調(diào)風系統(tǒng)

酒店大堂、宴會廳、籃球場、休息廳等大空間區(qū)域設置一次回風全空氣定風量空調(diào)系統(tǒng)，氣流組織采用上送上回的方式，空氣處理機組選用帶有初效、混合、冷卻去濕、風機等功能段的臥式空氣處理機組，設置在專用空調(diào)機房內(nèi)，其中酒店大堂、宴會廳和休息廳冬季采用地板輻射采暖系統(tǒng)。

客房、餐廳包房、辦公室、會議室等小空間區(qū)域夏季空調(diào)采用風機盤管加新風系統(tǒng)，冬季供暖采用地板輻射采暖加新風系統(tǒng)，新風經(jīng)各層新風機處理后送至室內(nèi)。此外，客房部分還需要夜間提供冷負荷，因此，對所選的風機盤管的低檔冷量及噪聲進行校核，以滿足客人夜間睡眠的需要。餐飲的廚房區(qū)域設置排油煙系統(tǒng)，爐灶的排風系統(tǒng)中配置預過濾的靜電油煙凈化器，油煙通過處置管井至屋頂經(jīng)油煙凈化裝置處理后進入風機箱、消聲器排至室外。

4 水源熱泵機組系統(tǒng)

水源熱泵機組系統(tǒng)，是一種使用從水井、湖泊或河流中抽取冷 （熱）源，制取空調(diào)或生活用冷（熱）水的設備。

采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)時，應注意以下幾點：必須確保當?shù)氐乃馁Y料，如水源的水量、水溫、水質(zhì)等條件全部符合和滿足熱泵機組的使用要求；對取水構筑物和水源系統(tǒng)所增加的初投資和空調(diào)系統(tǒng)帶來的效益進行技術、經(jīng)濟比較，確定空調(diào)系統(tǒng)的合理性。應符合當?shù)氐乃Y源管理政策并經(jīng)水源主管部門批準。水源熱泵系統(tǒng)是可再生能源的一種利用方式，是一種具有節(jié)能、環(huán)保意義的綠色供熱空調(diào)系統(tǒng)。

該工程設計了2臺水源熱泵機組，考慮到機組的使用壽命周期，在地下一層設有溫泉廢水蓄水池，溫泉廢水經(jīng)過混合池、沉淀池、精過濾池到取水池，在取水口處設有超聲波除藻器和全程水處理器，對溫泉廢水進行有效的過濾、滅藻和清除。

4.1 江埡的氣候水文條件

慈利縣江埡鎮(zhèn)地處中緯度屬中亞熱帶過渡的季風濕潤氣候區(qū)，光熱充足，雨量充沛，無霜期長，嚴寒期短，四季分明，有利于農(nóng)、林、牧、副、漁的全面發(fā)展，但災害性天氣四季均有。全縣年平均氣溫16.8℃，全年以7月底最熱，1月最冷。氣溫變化從2月底逐月上升，到7月達最高值；從8月開始下降，到次年1月達最低值。全縣年平均降雨量為1465.2mm，保證率為75%，月降雨量以6月最多，5月次之，1月最少。年平均日照時數(shù)為1562.7小時。

4.2 夏季熱源側

夏季制冷，冷凝器為水源熱泵機組熱源側。夏季兩臺水源熱泵機組聯(lián)合供冷，在不影響制冷效率的情況下，其中名義制冷量為503kW的水源熱泵機組可同時制備生活熱水，機組冷凝器側多余熱量由閉式冷卻塔帶走。

4.3 冬季熱源側

冬季制熱，蒸發(fā)器為水源熱泵機組熱源側，水源熱泵機組利用溫泉廢水進行制熱。

水源熱泵形式主要有2種，間接式和直接式。該項目采用間接式水源熱泵系統(tǒng)，板式換熱器的換熱溫差為5℃。

由于該項目是利用溫泉廢水制熱，溫泉水中含有較高的氯離子及腐蝕性的酸根離子，因此為了防止藻類等堵塞換熱器，避免頻繁清洗，需采用換熱效率高、高通過性流道、結構緊湊、防腐蝕能力強、實現(xiàn)小溫差換熱的板式換熱器。

該項目采用1臺名義制熱量為1138kW水源熱泵機組為酒店供暖，機組設計進水溫度為13℃，出水溫度為8℃。此機組所需廢水量為196m3／h，24h需要的溫泉廢水量為4700 m3／h左右。溫泉中心每天能提供溫度為25～28℃左右的溫泉廢水1200～1500 t左右，為了保證機組安全連續(xù)的運行，需要加大溫泉廢水量，利用蓄水池將25～28℃左右的原溫泉廢水與換熱后的溫泉廢水混合，再經(jīng)過板式換熱器換熱，將溫泉水降至13℃后接進機組。

考慮熱泵機組的性能系數(shù)COP為4.3，則熱泵機組利用溫泉廢水所產(chǎn)生的熱量為113.5GJ，而溫泉中心和酒店供暖需要的熱量為91.02GJ。因此，1臺名義制熱量為1138kW的水源熱泵機組提供的制熱量完全可以滿足酒店每天的供暖要求。

4.4 節(jié)能效益分析

該工程利用了溫泉廢水的熱量，實現(xiàn)冬季供暖。下面分析該方案與 “冷水機組＋電鍋爐”方案相比的節(jié)能效益。

夏季制冷都是由冷卻泵將升溫后的冷卻水壓入冷卻水塔，使之與大氣進行熱交換，降低溫度后再送回主機冷凝器，因此，這2種方案的能耗和運行費用接近。

冬季運行時，2種方案使用的能源不同，假設溫泉中心和酒店每天的熱負荷不變，熱泵機組的制熱性能系數(shù) COP為4.3，電價為1.0元／（kW·h），熱泵機組每天的運行費用為6240元，電鍋爐的額定用電量是1000kW，每天的運行費用為24000元。由此可見，利用溫泉廢水制熱每天可以節(jié)省較多的運行費用。

5 結語

本項目具有豐富的溫泉水資源，結合投資成本等原因，通過全面的分析比較，并與有關職能部門溝通，根據(jù)湘建科 〔2016〕56號文、《張家界市大氣污染防治實施方案》和張建發(fā) ［2014］54號文，需加大對可再生能源的應有技術的推廣及應用。最終選用能耗低、投資省又環(huán)保的水源熱泵系統(tǒng)，利用溫泉廢水制熱不僅節(jié)能和節(jié)省運行費用，而且還達到了顯著的環(huán)保效益，對可再生能源進行充分利用，真正做到節(jié)能減排。

參考文獻：

［1］陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊 ［M］.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］GB 50366－2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范 ［S］.

［3］中國建筑科學研究院.GB3838－2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準 ［S］，2002.