水源热泵机组空调系统的运用和选择

丰秀桂

1 应用目标

根据国家节能的要求，水源热泵机组越来越被广泛的应用。

2 冷热负荷估算

假设为办公楼，按照办公楼的相关职能，进行了冷热负荷的估算，由于要考虑机组的备用情况，根据设计院的参数，我们暂先选择两台小型号相应的水源热泵机组，单台制冷量为523 kW;制热量为549 kW。

这样做的优点是两台机组同时使用，一旦一台机组出现问题，不影响另一台机组的正常运行，可以负担整个末端负荷的70%以上，同时在夜间可以启动1台机组低频率运行，以达到节省的目的。

3 应用技术设计方案

3.1 方案论述

1)空调冷热源的选用。

空调冷热源的选择，对于一个现代化建筑而言，是至关重要的，因为它一次性投入大，运行时间长，影响也是长远的;它对空调系统的初投资、运行效果、运行及维护管理起着决定性的作用。

对于有丰富的自来水资源的业主，需要采用水源热泵机组的方式运行，冬季制热，夏季制冷，而不用打深井，节省一定的费用。同时一般水源水温度恒定约为13℃，因此可利用这一有利条件，选用水源热泵机组，既响应国家环保、节能政策，又节省初投资和运行费用。

使用水源热泵机组具有以下优点:

a.主机体积小、重量轻，受外部条件限制少。

b.节能、节水:不使用冷却水系统，避免了冷却塔的漂水损失，节约水源。

c.环保:自来水封闭使用，无水源污染;避免了锅炉的排烟污染，对环境无危害;避免了冷却塔的噪声与水污染。

d.节省投资:一套系统满足两种要求(供冷和供热)，初投资低，且无冷却塔系统的投资。

e.操作简单，易于维护。

2)空调方式的确定。

a.根据建筑的使用功能，为了运行、管理和调节的经济方便，建议使用风机盘管系统。风机盘管可采用卧式暗装，不占用有效空间。

b.根据房间的具体情况，利用中央空调系统，调整风量或冷/热量的大小，使空调区域达到舒适的标准，发挥出完善的制冷、采暖效果。

c.中央空调系统能保证全年的空调效果，充分满足各不同空调区域的使用要求，制冷与采暖兼顾。

d.根据各房间的使用要求，可以分区域、分房间控制，以便日常的维护与管理。

e.中央空调系统易于集中管理，方便维护，运行安全可靠，冷、热量均能满足日常负荷的变化要求，节电、省能。

3.2 空调水系统

空调水系统为两管制，机械循环同程式。

空调水系统管材:当管径小于150 mm时选用镀锌钢管(GB 3092-87);当管径不小于200 mm时，用螺旋钢管(GB 8163-87)。其连接方式为:管径小于32 mm时用螺纹连接;管径大于40 mm时，用焊接或法兰连接，对接法兰盘间垫3 mm厚的石棉橡胶垫圈。

管道弯头的做法应符合国标 GBJ 242-82第2.0.15条之规定。为节省空间，阀门尽量采用蝶阀，当小于40 mm时采用闸板阀，其余采用蝶阀。

承压能力均采用1.0 MPa型。

空调冷/热水的软化处理采用全自动软水器，冷却水的处理采用电子水处理仪;节省机房面积;采用落地式膨胀水箱对系统进行补水、定压。

空调管道在安装后为了美观、适用，通常采用橡塑海绵保温。其中DN100以上管道保温厚度50 mm，DN100以下管道保温厚度30 mm。

3.3 空调的控制

水源热泵机组除本身的自动控制及安全保护装置外，管路系统上设置压力表、温度表等测控仪表。

3.4 换热器的设置

为了使整个系统更加安全，应该在水源与热泵机组进行换热前，在中间增加一个板式换热器，这样做的目的是防止一旦水源热泵机组出现问题，我们可以在换热器的换热侧有效控制，有效避免污染水源，同时通过换热器能提取水源的温度，达到对末端盘管的制冷与制热效果。

4 系统能效计算分析及技术经济分析

假设新建办公楼建筑面积为8 000 m2，根据该项目的使用功能及空调设计要求，空调可选用如下方案:

方案一:螺杆式冷水机组+热力管网:制冷采用制冷量为46.3万大卡/h的RHSBW150J螺杆式冷水机组两台，采暖采用热力管网。

方案二:螺杆式热泵机组:采用制冷量为45万大卡/h，制热量为47.2万大卡/h的RHSBW135HJ螺杆式热泵机组两台。现就该项目两种空调方案初投资及运行费用做一比较。

4.1 初投资(万元)

两方案的初投资比较见表1。

表1 初投资比较

4.2 运行费用比较

能源情况:电均价0.74元/kWh，热力管网5.8元/m2，入网费60元/m2，地下水免费利用。

运行条件:制冷年运行天数90 d，日平均开机时间8 h/d，制热年运行天数150 d，日平均开机时间8 h/d。

负荷系数:0.7。

方案一:螺杆式冷水机组+热力管网。

1)制冷期间运行费用。

制冷期间运行费用=电耗量(kW)×电单价(元/kWh)×运行天数(d)×负荷系数×日运行时间(h)×机组台数=97.4×0.74×90×0.7×8×2=72 652.61元。

2)采暖期间运行费用。

采暖期间运行费用=建筑面积(m2)×热力管网单价(元/(月·m2))×5个月=8 000×5.8×5=232 000元。

全年运行费用为:72 652.61+232 000=304 652.61元。

方案二:螺杆式热泵机组年运行费用。

1)制冷期间运行费用。

制冷期间运行费用=电耗量(kW)×电单价(元/kWh)×运行天数(d)×负荷系数×日运行时间(h)×机组台数=83.1×0.74×90×0.7×8×2=61 985.95元。

2)采暖期间运行费用。

采暖期间运行费用=电耗量(kW)×电单价(元/kWh)×运行天数(d)×负荷系数×日运行时间(h)×机组台数=112.6×0.74×150×0.7×8×2=139 984.32元。

全年运行费用为:61 985.95+139 984.32=201 970.27 元。

4.3 小结

两方案的综合比较见表2。

通过以上初投资、运行费用比较可以看出，选用方案二螺杆式热泵机组运行费用最为经济、合理。采用方案二每年可节省费用10余万元。

5 效益及风险分析

5.1 环境影响分析

使用该生产技术可以达到:环保无污染。省去了锅炉系统，没有燃烧过程，不生产CO2等有害气体，避免了排烟污染;省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪声及霉菌污染，使环境更加洁净优美。

表2 两方案综合比较结果

5.2 应用项目推广前景进行分析

1)应用项目的优点。

a.环保无污染。

b.节省投资寿命长。

一套系统解决冷、暖、浴的供应，安装简单、节省投资费用，运行寿命达到20年以上。

c.高效节能。

无论冬季还是夏季，每投入1 kW电能均可得到5 kW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。

d.应用范围广。

除了从土壤或地下水提取能量，水源热泵机组还可以从工业废水、污水、中水、湖水、海水中提取能量，广泛地应用在民用建筑采暖、冷暖空调、工业企业冷冻、冷藏、冷却、加热等领域，从而节约了大量采暖、供热、供冷能量。

e.运行稳定安全。

水源热泵从温度相对恒定的水源中提取能量，相当于汽车以经济时速在高速公路上行驶，平稳而安全，故障率较低。

f.节省运行费用。本系统最大特点是节能减排，利用可再生能源。无论冬季还是夏季，运行费用只有传统供冷供暖方式的1/2～1/3。

2)综上所述，采用水源热泵在今后会大量的使用。目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会，清华大学经过多年的研究在多工况水源热泵领域已经形成产业化的成果，建成数个示范工程。

5.3 风险分析

采用水源热泵调节室内的温度，操作技术简单、使用方便，基本没有任何风险。

[1]胡丽华.热回收水源热泵的设计与节能分析[J］.山西建筑，2010，36(11):196-197.

[2]韩 君.浅谈河水源热泵在山西太原市应用的展望[J］.山西建筑，2011，37(9):133-134.