地源热泵技术在厂房项目中的应用研究

郭成军 孙建乐 辛 颖 孙洪飞

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)



地源热泵技术在厂房项目中的应用研究

郭成军 孙建乐 辛 颖 孙洪飞

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

阐述了西安市某工业厂房的地源热泵方案，并从技术、造价、运行费用、初投资增量回收期等方面，对地源热泵系统与常规中央空调系统作了比较，指出地源热泵系统运行稳定、成本较低且节能环保，应用前景十分广阔。

工业厂房，地源热泵，中央空调系统，运行费用

1 工程概况

西安市高新区某工业厂房位于西部大道西段，总占地190亩，总建筑面积109 805.64 m2，其中地上建筑面积97 973.66 m2，地下建筑面积11 831.98 m2，布置有一栋23层办公楼及4栋单层工业厂房。项目建成后将成为大型煤矿类机械装备制造基地，为煤炭地质领域安全生产提供保障。

2 地源热泵方案

2.1 气候环境

西安气候属暖温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋时有阴雨天气，年平均气温13.1 ℃～13.4 ℃。

2.2 冷热负荷计算

该项目冷、热负荷主要为建筑空调冬、夏季系统用冷、热负荷。根据建筑设计指标并结合GB 50366—2005地源热泵系统工程技术规程、GB 50019—2003采暖通风及空气调节设计规范、GB 50015—2003建筑给排水设计规范等规范，夏季冷负荷指标办公楼取值120 W/m2,厂房取值193 W/m2，冬季热负荷指标办公楼取值100 W/m2，厂房取值120 W/m2，通过计算，系统总冷负荷为15 319.59 kW，总热负荷为10 773.46 kW。

2.3 空调工况

夏季：主机冷冻水进出水温度12 ℃/7 ℃，地源侧进出水温度25 ℃/30 ℃。冬季：热泵主机热水40 ℃/45 ℃，地源侧进出水温度10 ℃/5 ℃。

2.4 地源热泵中央空调系统方案

1)机房系统：本工程机房系统采用整体机房，统一控制，分区供给，根据工业厂房的实际情况，把空气调节与其他业态的使用有所区别。冬季通过电驱动机组制热提供空调所需热量，空调水管中输送45 ℃～50 ℃的热水，夏季通过电驱动机组制冷提供空调所需冷量，空调水管中输送7 ℃～12 ℃的冷冻水。选择三台制热量约3 600 kW的热泵机组，为了保证冬夏季地埋管取热与释放热相当，还需配置两台约4 200 kW的冷水机组，用以满足空调系统所需冷负荷。2)室外埋地系统：根据空调系统冷热负荷和热泵机组冬夏季COP值计算，按冬季热负荷进行系统配置，依据测试井热响应测试的试验报告，最终确定打井数量为1 750口，采用单U型布管，打井深度120 m，井间距4 m，孔径120 mm，埋管材料采用高密度聚乙烯PE100管。3)末端：采用组合式空调机组和吊顶式新风机组，将冷、热水送入室内，可使室内温度夏季达到26 ℃±2 ℃，冬季达到18 ℃±2 ℃。

3 地源热泵系统与常规中央空调系统对比分析

将地源热泵中央空调系统与离心式水冷机组+燃气锅炉系统进行对比分析，常规中央空调设有两套系统，夏季制冷利用水冷机组作为冷源，制取冷冻水供空调末端使用，其冷却水由冷却塔冷却以满足水冷机组的运行。冬季制热利用燃气锅炉作为热源以满足采暖要求。

3.1 技术特点比较

两种系统的技术比较见表1。

表1 地源热泵与传统中央空调技术特点对比表

3.2 造价对比分析

对两种系统的设备进行造价对比，由于两种系统的末端设备一致，无需对比，表2仅对地源热泵系统和常规离心式水冷机组+燃气锅炉系统的机房设备安装造价予以对比。

表2 地源热泵与传统中央空调造价对比分析表 万元

对于地源热泵空调系统，国家有可再生能源利用的财政补贴政策，陕西省陕建发[2013]154号文件中推广对可再生能源建筑应用，并制定了财政补贴标准，对于地源热泵技术，按照应用的建筑面积，城市每平方米25元，县一级每平方米40元。本项目若能获得可再生能源的补贴，补贴金额约274.5万元，可减少初投资。

3.3 运行费用对比

运行费用按照地源热泵空调系统与离心式冷水机组+燃气锅炉系统对比分析，其中燃气锅炉按模块锅炉18台计算，总耗气量为1 188 Nm3/h，天然气价格按2.6 元/Nm3计算，以一个制冷季和一个采暖季计算，地源热泵运行费用为226.36万元，离心式冷水机组+燃气锅炉系统运行费用553.33万元，地源热泵系统年运行费可节约326.97万元。

3.4 初投资增量回收期计算

采用地源热泵系统初投资高出离心式冷水机组+燃气锅炉系统604万元，扣除节能补贴274.5万元，实际增加投资为329.5万元，地源热泵系统年运行费可节约326.97万元，使用地源热泵系统约1年即可收入初投资增量。

4 结语

地源热泵系统充分利用地下浅层地热资源，是一种高效、节能、环保的清洁能源技术，运行稳定可靠，维护费用低，运行成本省，在建筑领域推广应用，可取得良好经济效益和社会效益。

[1] 徐 伟,刘志坚.中国地源热泵技术发展与展望[J].建筑科学，2013,29(10)：26-33.

[2] 王 勇.地源热泵的技术经济分析[J].建筑热能通风空调，2001(5)：12-13.

The application of ground-source heat pump technology in plant project

Guo Chengjun Sun Jianle Xin Ying Sun Hongfei

(Xi’anResearchInstitute,CCTEG,Xi’an710077，China)

The paper illustrates the ground source heat pump scheme in some industrial workship in Xi’an City, compares the system with the regular central air-conditioner system from the technology, cost, operation fee, and increment payback period of the initial cost, and points out the system is stable, energy-saving and environment-friendly with lower cost, so it can be further applied.

industrial workshop, ground source heat pump, central air-conditioner system, operation cost

1009-6825(2017)07-0204-02

2016-12-12

郭成军(1984- )，男，工程师

TU833.3

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