水源熱泵冷熱源三聯(lián)供設(shè)計(jì)

黃云舟

（浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310028）

在進(jìn)行酒店的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，常采用冷水機(jī)組+鍋爐的組合作為酒店冷熱源來源，其中鍋爐在冬季同時(shí)為酒店的空調(diào)采暖和衛(wèi)生熱水供熱。本項(xiàng)目采用水源熱泵機(jī)組替代冷水機(jī)組+鍋爐的組合為空調(diào)提供冷熱源，同時(shí)利用熱回收裝置回收余熱來加熱衛(wèi)生熱水。本文將介紹嵊州賓館改擴(kuò)建工程的水源熱泵三聯(lián)供機(jī)組系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和聯(lián)合運(yùn)行方式，并與水冷機(jī)組+鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比。

1 工程概況

本工程位于浙江省嵊州市，主要功能為酒店，總建筑面積約為40369.17 m2。其中擴(kuò)建商務(wù)區(qū)面積為22261.51 m2，擴(kuò)建行政區(qū)面積為7718.92 m2。擴(kuò)建行政區(qū)因其獨(dú)立的地理位置條件使用VRF多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，不在本文討論之列；本文僅對(duì)擴(kuò)建商務(wù)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行討論。

嵊州賓館與嵊州的母親河剡溪一路之隔，最近距離僅200 m，擁有豐富的水資源環(huán)境。同時(shí)嵊州當(dāng)?shù)卣咭仓С掷每稍偕乃Y源來達(dá)到節(jié)能減排的目的，因此本項(xiàng)目選用水源熱泵機(jī)組作為酒店擴(kuò)建商務(wù)區(qū)的冷熱源來源。

2 負(fù)荷計(jì)算

2.1 嵊州市室外氣象參數(shù)

嵊州市室外氣象參數(shù)見表1。

表1 嵊州市室外氣象參數(shù)

2.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算

室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見表2。

表2 室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)［1］

2.3 空調(diào)冷熱負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

2.4 衛(wèi)生熱水負(fù)荷

衛(wèi)生熱水負(fù)荷由酒店方提供，每天的衛(wèi)生熱水負(fù)荷為15699 kW。

3 酒店冷熱源方案

3.1 水源來源及要求

本項(xiàng)目的水源熱泵機(jī)組，采用地表水，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水（地）源熱泵機(jī)組（GB／T 19409—2013）》的規(guī)定，機(jī)組正常工作的冷（熱）源溫度范圍為：制冷時(shí)10℃～40℃，制熱時(shí)5℃～30℃。水源熱泵系統(tǒng)源水根據(jù)業(yè)主方要求，通過輻射井方式取剡溪江江底砂卵石層滲集水，進(jìn)行水源熱泵貫流水應(yīng)用，具體取水方式不在本文的討論范圍。

3.2 水源熱泵機(jī)組選型

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目選用4臺(tái)水源熱泵機(jī)組，配置見表4。

表4 水源熱泵機(jī)組配置

同時(shí)設(shè)置冷凍水循環(huán)泵5臺(tái)，過渡季節(jié)循環(huán)泵2臺(tái)，取水井潛水泵2臺(tái)，生活熱水循環(huán)泵2臺(tái)，配置見表5。

表5 水泵主要參數(shù)配置

4臺(tái)主機(jī)總制冷量3407.8 kW，末端設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷3453.6 kW，系統(tǒng)配比率為0.987，4臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)滿足空調(diào)制冷設(shè)計(jì)要求；2號(hào)3號(hào)主機(jī)制熱量共1032.9×2＝2065.8 kW，冬季運(yùn)行2臺(tái)主機(jī)滿足空調(diào)制熱設(shè)計(jì)要求。

3.3 機(jī)組簡要系統(tǒng)

水源熱泵三聯(lián)供系統(tǒng)簡要水系統(tǒng)見圖1。

圖1 水源熱泵三聯(lián)供系統(tǒng)簡要水系統(tǒng)

4 冷熱源三聯(lián)供機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行功能介紹

1）在制冷工況時(shí)，依次優(yōu)先使用4號(hào)主機(jī)、3號(hào)主機(jī)、2號(hào)主機(jī)、1號(hào)主機(jī)，可在制冷的同時(shí)，通過余熱回收滿足衛(wèi)生熱水要求。在制冷季，余熱回收衛(wèi)生熱水只有循環(huán)水泵耗電，可有效節(jié)能；

2）在過渡季節(jié)和制熱季，優(yōu)先運(yùn)行2號(hào)、3號(hào)機(jī)組，同時(shí)可制55℃衛(wèi)生熱水；

3）過渡季節(jié)，公共區(qū)域空調(diào)需要制冷，但客房空調(diào)需要供熱時(shí)，通過閥門的切換，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組運(yùn)行制冷工況，1號(hào)機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行制熱工況，通過專門設(shè)置的過渡季節(jié)循環(huán)泵，給客房區(qū)單獨(dú)供熱；

4）在冷熱負(fù)荷用量少時(shí)，優(yōu)先使用4號(hào)主機(jī)，一側(cè)制冷一側(cè)全熱回收制衛(wèi)生熱水；

5）在末端冷熱負(fù)荷為零時(shí)，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組停用，通過閥門切換，只運(yùn)行4號(hào)機(jī)組制衛(wèi)生熱水工況；

6）冬季制熱工況時(shí)，優(yōu)先使用2號(hào)、3號(hào)主機(jī)，制熱量滿足空調(diào)供熱需求；

7）通過4臺(tái)機(jī)組的組合，可實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)夏季供冷、冬季供熱、過渡季節(jié)客房供熱的同時(shí)酒店局部供冷以及酒店全天候的衛(wèi)生熱水供應(yīng)等功能

5 系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

按照常規(guī)設(shè)計(jì)，酒店冬季采用真空冷凝鍋爐供熱，本項(xiàng)目需配置2臺(tái)1050 kW的真空鍋爐（配電功率3.7 kW，天然氣耗量為111.3 Nm3／h）用于空調(diào)供暖，1臺(tái)700 kW的真空鍋爐（配電功率2.2 kW，天然氣耗量為74.2 Nm3／h）用于供應(yīng)衛(wèi)生熱水，2臺(tái)流量440 t／h的冷卻塔（配電功率22 kW）用于夏季制冷機(jī)組換熱。同時(shí)考慮到節(jié)能，夏季和過渡季節(jié)設(shè)置6臺(tái)單臺(tái)制熱量226 kW的空氣源熱泵用于供應(yīng)酒店衛(wèi)生熱水。

本項(xiàng)目取水工程概算309萬元，水源熱泵機(jī)組及配套設(shè)備概算為550萬元，合計(jì)總概算為859萬元。在酒店冷熱水系統(tǒng)供應(yīng)流程不變的情況下，相比于水源熱泵系統(tǒng)，水冷機(jī)組+鍋爐方案不需要取水工程的投資，但需增加鍋爐、冷卻塔和冷卻水循環(huán)泵的費(fèi)用，費(fèi)用估算見表6。

表6 鍋爐與冷卻塔費(fèi)用估算

由此估算，水源熱泵系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)冷熱源設(shè)計(jì)，造價(jià)增加約188萬元。

我們分別取空調(diào)系統(tǒng)夏季和冬季各運(yùn)行90 d，每天運(yùn)行10 h來對(duì)比兩種方案全年的運(yùn)營費(fèi)用。根據(jù)嵊州市天然氣公示價(jià)格，非居民用天然氣基準(zhǔn)價(jià)格為4.20元／m3；根據(jù)浙江省電網(wǎng)銷售電價(jià)表，嵊州賓館的電度電價(jià)為0.6656元／kW·h。

5.1 水源熱泵機(jī)組全年運(yùn)營費(fèi)用分析

在本項(xiàng)目水源熱泵三聯(lián)供機(jī)組的設(shè)計(jì)中，一套主機(jī)系統(tǒng)解決了制冷、制熱和制衛(wèi)生熱水的需求，不用額外設(shè)計(jì)鍋爐系統(tǒng)。冬季2、3號(hào)水源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，只需開啟9 h便能滿足酒店衛(wèi)生熱水的需求。根據(jù)廠家樣本顯示，2、3號(hào)機(jī)組開啟全熱回收裝置時(shí)輸入功率為231.2 kW，全熱回收裝置關(guān)閉時(shí)輸入功率為186.8 kW。

水源熱泵機(jī)組夏季制冷工況時(shí)，主機(jī)和冷凍水循環(huán)泵、衛(wèi)生熱水循環(huán)泵及取水井循環(huán)泵的總耗電量為651753 kW·h，合計(jì)電費(fèi)43.38萬元。

水源熱泵機(jī)組冬季制熱工況時(shí)，主機(jī)和冷凍水循環(huán)泵、衛(wèi)生熱水循環(huán)泵及取水井循環(huán)泵的總耗電量為557542 kW·h，合計(jì)電費(fèi)37.11萬元。

水源熱泵機(jī)組過渡季節(jié)工況時(shí)，按照4號(hào)主機(jī)單獨(dú)供應(yīng)衛(wèi)生熱水考慮，機(jī)組與衛(wèi)生熱水循環(huán)泵總耗電量為274226 kW，合計(jì)電費(fèi)18.25萬元。

由上述可知，水源熱泵機(jī)組全年耗電量約為1483521 kW·h，全年運(yùn)行費(fèi)用約為98.74萬元。

5.2 冷水機(jī)組+鍋爐方案全年運(yùn)營費(fèi)用分析

制冷季，酒店空調(diào)冷負(fù)荷由四臺(tái)制冷機(jī)組承擔(dān)，制冷季總耗電量為397890 kW·h，合計(jì)費(fèi)用為26.48萬元，制冷機(jī)組配套的冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵和冷卻塔運(yùn)行總耗電量為273600 kW·h，合計(jì)總費(fèi)用約為18.21萬元；衛(wèi)生熱水負(fù)荷由空氣源熱泵承擔(dān)，制冷季空氣源熱泵耗電總費(fèi)用為17.25萬元，配套的衛(wèi)生熱水循環(huán)泵的運(yùn)行費(fèi)用為1.82萬元。制冷季酒店的空調(diào)和衛(wèi)生熱水總運(yùn)營費(fèi)用約為63.76萬元。

制熱季，酒店空調(diào)熱負(fù)荷由2臺(tái)1050 kW的真空鍋爐提供，制熱季費(fèi)用為85.60萬元，配套的熱水循環(huán)泵運(yùn)行費(fèi)用為8.40萬元；衛(wèi)生熱水負(fù)荷由700 kW的真空鍋爐承擔(dān)，制熱季燃?xì)夂秃碾娍傎M(fèi)用為67.63萬元，配套的衛(wèi)生熱水循環(huán)泵運(yùn)行費(fèi)用為1.82萬元。制熱季酒店的空調(diào)和衛(wèi)生熱水總運(yùn)營費(fèi)用約為163.45萬元。

過渡季節(jié)，僅由空氣源熱泵供應(yīng)衛(wèi)生熱水，空氣源熱泵和衛(wèi)生熱水循環(huán)泵總運(yùn)行費(fèi)用約為38.14萬元。

由上述可知，冷水鍋爐+鍋爐方案的全年運(yùn)營費(fèi)用約為265.35萬元。

通過兩者的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用水源熱泵三聯(lián)供機(jī)組每年可以比水冷機(jī)組+鍋爐方案節(jié)省運(yùn)營費(fèi)用約為166.61萬元，在滿足酒店正常的空調(diào)和衛(wèi)生熱水用量的情況下，水源熱泵三聯(lián)供機(jī)組能夠節(jié)省酒店的運(yùn)營開支。

6 結(jié)語

采用螺桿式水源熱泵全熱回收三聯(lián)供機(jī)組作為酒店的冷熱源來源，可以使用一套系統(tǒng)解決酒店的空調(diào)制冷、采暖和熱水的冷熱源需求，相對(duì)于傳統(tǒng)的水冷機(jī)組+鍋爐方案，初期投資相對(duì)較高，但是每年的運(yùn)營費(fèi)用卻相對(duì)較低，對(duì)酒店的長期運(yùn)營十分有利。在有豐富水資源條件的地區(qū)，該方案能替代傳統(tǒng)的水冷機(jī)組+鍋爐的設(shè)計(jì)方案。