热源塔在江苏某培训大楼的应用

安秋香

上海同济华润建筑设计研究院有限公司

热源塔在江苏某培训大楼的应用

安秋香

上海同济华润建筑设计研究院有限公司

本文介绍了江苏某培训大楼的暖通设计，培训大楼采用了热源塔作为冷热源。介绍了热源塔系统的工作原理，分析了3个月的实际运行数据，指出在常州地区热源塔系统的冬季能耗效率和锅炉系统接近，但是费用相比并不节省。

热源塔冷热源能耗效率

1 工程概况

本培训大楼位于江苏常州地区，为专项的全国性的体育比赛训练的配套建筑，主要承担住宿餐饮建筑功能，属于宾馆类建筑。建筑面积为19058m2，地下1层，地上7层，地上高度31.65m，为二类高层民用建筑。地下一层为停车库、设备用房。一至三层是裙房，主要功能为餐饮，多功能厅，健身，大堂等。主楼3～7层为宿舍。由于本项目为一个综合项目其中的一个子项，功能相对简单，负荷需求特点比较明显。本项目餐饮和宿舍都有热水需求，空调负荷为24小时负荷。

2 空调冷热源

2.1 负荷计算

室内设计参数见表1[1]。

经采用华电源暖通空调负荷计算软件分析计算，得出负荷如下：空调系统夏季冷负荷1154.3kW，冷负荷指标为113W/m2（空调面积负荷指标）。空调系统冬季热负荷845.4kW，热负荷指标为82W/m2（空调面积负荷指标）。给排水专业热水需求的峰值负荷需热量为900kW，考虑蓄热水箱的移峰作用按300～400kW考虑。

2.2 冷热源及水系统配置简介

综合空调冷热负荷及给排水专业的需求，选用二台热源塔热泵机组，夏季供冷每台名义工况制冷量1125kW。配冷却水泵三台（二用一备），冷冻水泵三台（二用一备）。冷水机组及冷冻、冷却水泵设在地下一层制冷机房内。选用205m3/h热源塔（三台一组）二组，设在三层裙楼顶屋面上。夏季使用一台热泵机组，热回收供应生活热水，必要时两台机组部分负荷运行。冬季使用两台热泵机组，热源塔作为热泵的热源，吸取大气中的潜热，供应空调热水和生活热水。水系统定压补水采用膨胀水箱定压补水装置，膨胀水箱置于主楼屋顶。空调冷冻水管路采用循环水微晶旁流处理器，进行水处理。空调水系统采用两管制定水量系统。空调水系统每层水平干管采用同程式（风机盘管水管路），立管采用异程式。夏季冷水供回水温度7/12℃。冷却水进出水温度31/37℃。冬季空调供水温度45/41℃。

2.3 热源塔系统的应用

热源塔系统通过热源塔与大气的热交换和热泵机组的作用，能实现供暖、制冷、蓄冰（暖通专业空调需求）以及提供热水（给排水生活热水的需求）等功能（图1）[2]。对于本项目典型的宾馆类项目，既有空调需求，也有生活热水需求，使用该系统是比较合适的。该系统与风冷热泵相比，冬季不存在结霜现象，不需要融霜就能正常工作。夏季，有特殊结构设计的热源塔能够起到高效冷却塔的作用。该系统与地源热泵相比，不需要室外场地埋管。该系统与冷水机组加锅炉系统相比不需要设置锅炉，就能满足冬季用热需求。

热源塔系统的设计需注意以下几个方面：

1）该系统冬季原理一是吸收空气的显热，使空气温度降低，二是吸收空气中水蒸汽变为液体的潜热，使空气变干，与室外的空气湿度参数是比较密切相关的。因此，在出现干冷的天气，供暖效果不好，而且运行效率较低。另外在环境湿球温度较低时（低于-6℃），能提供的生活热水温度最高为50℃，因此该系统仅适用于室外湿球温度高于-9℃以上长江以南地区。常州地区的冬季湿度设计参数为77%，基本可以满足热源塔的运行条件。

2）日常运行维护麻烦。该系统为开式系统，与大气有直接的热质交换，必须做好日常运行维护，避免杂质进入系统。该系统冬季运行吸收空气凝结潜热时，防冻液由于不断吸收空气中的水汽浓度变小，系统内设置一套补液装置，不断添加防冻液，需要精确控制防冻液的正常浓度，系统才能保证不冻。而且在夏季制冷工况时防冻液要全部稀释排空换自来水。冬季供暖工况时系统要重新换上防冻液。

3）系统冬夏模式切换。由于热源塔夏季作为冷却塔，冬季作为热源侧，系统管路在冬夏制冷制热模式必须有一个管路切换，实现热源塔热泵机组的蒸发侧和冷却侧的互换。系统中保证冬夏切换时不串水的保证措施：a）冬季转换的时候在蒸发器相连接的转换阀门上增加盲板；b）所有切换管路的阀门采用双阀门控制。

4）热源塔侧的防腐措施。该系统载冷剂为防冻液，本项目采用的载冷剂为符合HG/T2327-2004《工业氯化钙》标准要求的Ⅰ型氯化钙，管载冷剂管道采用衬塑钢管或PE管。a）热源塔应采取防载冷剂飘溢措施，工作过程中飘水率控制在0.001%，因此盐溶液不会对周边环境造成影响。B）热源塔侧的水泵应采用化工水泵，内部必须衬氟，耐腐蚀，载冷剂管路上的阀门及管件采用内部全衬氟的防腐阀件。

3 热源塔系统运行能耗分析

3.1 建筑理论能耗

通过HDY-SMAD空调负荷计算及分析软件4.0（能耗分析版本）作为能耗分析模型，比较建筑11月份及12，1月份的建筑理论能耗。宾馆主要服务于全国各省曲棍球员的训练住宿，从11月份到次年的3，4月份入住率稳定在75%，因此在能耗模型中，客房部分调整了时间表，峰值设置在75%。这是与负荷计算模型中不同的地方。餐厅的能耗根据实际使用的时间调整了时间表。

3.2 建筑实际能耗

该建筑在2013年10月常州花博会期间已开始投入了使用，满足了使用要求。管理公司为确保热源系统的稳定性，增加了一台1163kW燃气热水锅炉作为备用热源，热水通过锅炉的循环泵接入制冷机房内的空调系统。本项目11月份使用了热源塔作为热源，12月份及1月份采用一台燃气锅炉作为热源。本文通过对11月～1月三个月份的理论与实际能耗分析，来考察热源塔冬季使用的能耗效率。

由于本项目计量的原因，水泵能耗，包括冷冻水泵，冷却水泵，供应生活热水循环泵（不包括生活热水系统的循环泵），以及防冻液补液泵，包括锅炉的循环泵的电量全部统计计量为一个值。本项目主要服务于曲棍球运动员的住宿，可以认为本项目中的生活热水能耗为一个稳定值（30t），自来水初始温度按照月平均最高温度减去5℃计算，则10.21～11.20的热水能耗为1256 kW/天（使用热源塔）；11.21～12.15的热水能耗为1500 kW/天（使用锅炉），12.16～1.20的热水能耗为1570kW/天（使用锅炉）。因此，水泵能耗+主机能耗（热源塔或者锅炉）扣除生活热水能耗即可得到。为方便和理论能耗的比较，天然气能耗全部折算为kWh进行对比。在实际日能耗中仅统计了主机（热源塔，主机，锅炉）和水泵部分。

3.3 热源塔与锅炉系统的能源效率

本文定义一个能耗率，能耗率=热源能耗/理论热能耗=（实际电能耗+锅炉能耗-生活热水能耗）/理论热能耗有新风（或者无新风），其中，实际电能耗包括了机组和泵，热源用设备的电耗。能耗率了反映实际能耗与理论能耗的偏移，能耗率越低，表明系统越节能。

表2为热源系统能耗率计算表，从表中可以看出，实际能耗不到理论能耗的一半。实际能耗小于理论能耗的主要原因在于实际能耗中新风系统能耗占的比例很小。从表2中可以看到热源塔系统略高于锅炉系统的能耗率（0.36>0.31），差异百分率为（0.36-0.31）/0.31=16%>5%的工程误差。

由于新风系统在实际很多情况下没有开启运行，因此对不包含新风能耗的两系统能耗率进行分析，具体见表3。从表3中可以看到热源塔系统略高于锅炉系统的能耗率（0.99>0.95），差异百分率为(0.99-0.95) /0.95=4.2%<5%的工程误差。因此可认为在没有新风的工况下两系统的能耗基本无差别。

3.4 实际能耗费用折算比较

能耗费用与室外的气象参数和室内使用情况紧密相关。本项目中，可认为室内使用情况基本稳定。因此为评价能耗费用的实际高低，本文通过单位理论能耗费用来考核。单位理论能耗费用=能耗费用/理论能耗（有新风或者无新风）。理论能耗是根据室外条件模拟计算出来的能耗，这样，可以比较各个月份之间的能耗费用（表4）。

从表4可以看到，热源塔系统的单位理论能耗费用高于锅炉系统的单位理论能耗费用。在无新风的情况下，(1.71-0.86)/0.86=0.99，接近1倍。同时，热源塔还有隐含的系统成本，即补充冷冻液的成本，及相应的人力管理成本。

综合表3和表4，可以看到热源塔系统的能源效率虽然和锅炉差不多，但由于能源价格的原因，并不省钱。

4 结论

1）在常州地区使用热源塔系统需要有低谷电价的支持。

2）热源塔从能耗使用的角度上在冬季是基本可行的，但费用高。在夏季的使用效果需要工程数据进一步的验证，来衡量全年的系统空调使用效果。

[1]中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力(2009版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2009

[2]宋应乾,马宏权,龙惟定.能源塔热泵技术在空调工程中的应用与分析[J].暖通空调,2011,41(4):20-23

Ene rgy Tow e r in Tra in ing’s Hos te l o f Jiangsu Prov in c e

AN Qiu-xiang
ShanghaiTongji&C.R.ArchitecturalDesign Co.,Ltd.

This paper describes the design of air conditioning and ventilating system of Training’s Hostel in Jiangsu Province.Training’sHostel’senergy sourceused energy tower.Itintroduced the system ofenergy tower,and itanalyzed actual running data in threemonth.In Changzhou area the efficiency of Energy Tower system is close to boiler system, butexpensemore inw inter.

energy tower,energy source,energy efficiency

1003-0344（2014）03-094-3

2013-5-28

安秋香（1979～），女，硕士，工程师；上海国康路100号北裙楼二楼（200092）；021-25015867；E-mail:an_qx@tjshy.com.cn