水源热泵冷热源三联供设计

黄云舟

（浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028）

在进行酒店的空调系统设计时，常采用冷水机组+锅炉的组合作为酒店冷热源来源，其中锅炉在冬季同时为酒店的空调采暖和卫生热水供热。本项目采用水源热泵机组替代冷水机组+锅炉的组合为空调提供冷热源，同时利用热回收装置回收余热来加热卫生热水。本文将介绍嵊州宾馆改扩建工程的水源热泵三联供机组系统的设计和联合运行方式，并与水冷机组+锅炉系统的运行费用进行对比。

1 工程概况

本工程位于浙江省嵊州市，主要功能为酒店，总建筑面积约为40369.17 m2。其中扩建商务区面积为22261.51 m2，扩建行政区面积为7718.92 m2。扩建行政区因其独立的地理位置条件使用VRF多联机系统，不在本文讨论之列；本文仅对扩建商务区空调系统进行讨论。

嵊州宾馆与嵊州的母亲河剡溪一路之隔，最近距离仅200 m，拥有丰富的水资源环境。同时嵊州当地政策也支持利用可再生的水资源来达到节能减排的目的，因此本项目选用水源热泵机组作为酒店扩建商务区的冷热源来源。

2 负荷计算

2.1 嵊州市室外气象参数

嵊州市室外气象参数见表1。

表1 嵊州市室外气象参数

2.2 室内设计计算

室内设计计算参数见表2。

表2 室内设计计算参数［1］

2.3 空调冷热负荷计算

空调冷热负荷计算结果见表3。

表3 负荷计算结果

2.4 卫生热水负荷

卫生热水负荷由酒店方提供，每天的卫生热水负荷为15699 kW。

3 酒店冷热源方案

3.1 水源来源及要求

本项目的水源热泵机组，采用地表水，根据国家标准《水（地）源热泵机组（GB／T 19409—2013）》的规定，机组正常工作的冷（热）源温度范围为：制冷时10℃～40℃，制热时5℃～30℃。水源热泵系统源水根据业主方要求，通过辐射井方式取剡溪江江底砂卵石层渗集水，进行水源热泵贯流水应用，具体取水方式不在本文的讨论范围。

3.2 水源热泵机组选型

根据负荷计算结果，本项目选用4台水源热泵机组，配置见表4。

表4 水源热泵机组配置

同时设置冷冻水循环泵5台，过渡季节循环泵2台，取水井潜水泵2台，生活热水循环泵2台，配置见表5。

表5 水泵主要参数配置

4台主机总制冷量3407.8 kW，末端设计总冷负荷3453.6 kW，系统配比率为0.987，4台机组同时运行时满足空调制冷设计要求；2号3号主机制热量共1032.9×2＝2065.8 kW，冬季运行2台主机满足空调制热设计要求。

3.3 机组简要系统

水源热泵三联供系统简要水系统见图1。

图1 水源热泵三联供系统简要水系统

4 冷热源三联供机组联合运行功能介绍

1）在制冷工况时，依次优先使用4号主机、3号主机、2号主机、1号主机，可在制冷的同时，通过余热回收满足卫生热水要求。在制冷季，余热回收卫生热水只有循环水泵耗电，可有效节能；

2）在过渡季节和制热季，优先运行2号、3号机组，同时可制55℃卫生热水；

3）过渡季节，公共区域空调需要制冷，但客房空调需要供热时，通过阀门的切换，2号、3号、4号机组运行制冷工况，1号机组单独运行制热工况，通过专门设置的过渡季节循环泵，给客房区单独供热；

4）在冷热负荷用量少时，优先使用4号主机，一侧制冷一侧全热回收制卫生热水；

5）在末端冷热负荷为零时，1号、2号、3号机组停用，通过阀门切换，只运行4号机组制卫生热水工况；

6）冬季制热工况时，优先使用2号、3号主机，制热量满足空调供热需求；

7）通过4台机组的组合，可实现空调系统夏季供冷、冬季供热、过渡季节客房供热的同时酒店局部供冷以及酒店全天候的卫生热水供应等功能

5 系统运行经济性分析

按照常规设计，酒店冬季采用真空冷凝锅炉供热，本项目需配置2台1050 kW的真空锅炉（配电功率3.7 kW，天然气耗量为111.3 Nm3／h）用于空调供暖，1台700 kW的真空锅炉（配电功率2.2 kW，天然气耗量为74.2 Nm3／h）用于供应卫生热水，2台流量440 t／h的冷却塔（配电功率22 kW）用于夏季制冷机组换热。同时考虑到节能，夏季和过渡季节设置6台单台制热量226 kW的空气源热泵用于供应酒店卫生热水。

本项目取水工程概算309万元，水源热泵机组及配套设备概算为550万元，合计总概算为859万元。在酒店冷热水系统供应流程不变的情况下，相比于水源热泵系统，水冷机组+锅炉方案不需要取水工程的投资，但需增加锅炉、冷却塔和冷却水循环泵的费用，费用估算见表6。

表6 锅炉与冷却塔费用估算

由此估算，水源热泵系统相对于常规冷热源设计，造价增加约188万元。

我们分别取空调系统夏季和冬季各运行90 d，每天运行10 h来对比两种方案全年的运营费用。根据嵊州市天然气公示价格，非居民用天然气基准价格为4.20元／m3；根据浙江省电网销售电价表，嵊州宾馆的电度电价为0.6656元／kW·h。

5.1 水源热泵机组全年运营费用分析

在本项目水源热泵三联供机组的设计中，一套主机系统解决了制冷、制热和制卫生热水的需求，不用额外设计锅炉系统。冬季2、3号水源热泵机组运行时，只需开启9 h便能满足酒店卫生热水的需求。根据厂家样本显示，2、3号机组开启全热回收装置时输入功率为231.2 kW，全热回收装置关闭时输入功率为186.8 kW。

水源热泵机组夏季制冷工况时，主机和冷冻水循环泵、卫生热水循环泵及取水井循环泵的总耗电量为651753 kW·h，合计电费43.38万元。

水源热泵机组冬季制热工况时，主机和冷冻水循环泵、卫生热水循环泵及取水井循环泵的总耗电量为557542 kW·h，合计电费37.11万元。

水源热泵机组过渡季节工况时，按照4号主机单独供应卫生热水考虑，机组与卫生热水循环泵总耗电量为274226 kW，合计电费18.25万元。

由上述可知，水源热泵机组全年耗电量约为1483521 kW·h，全年运行费用约为98.74万元。

5.2 冷水机组+锅炉方案全年运营费用分析

制冷季，酒店空调冷负荷由四台制冷机组承担，制冷季总耗电量为397890 kW·h，合计费用为26.48万元，制冷机组配套的冷冻水循环泵、冷却水循环泵和冷却塔运行总耗电量为273600 kW·h，合计总费用约为18.21万元；卫生热水负荷由空气源热泵承担，制冷季空气源热泵耗电总费用为17.25万元，配套的卫生热水循环泵的运行费用为1.82万元。制冷季酒店的空调和卫生热水总运营费用约为63.76万元。

制热季，酒店空调热负荷由2台1050 kW的真空锅炉提供，制热季费用为85.60万元，配套的热水循环泵运行费用为8.40万元；卫生热水负荷由700 kW的真空锅炉承担，制热季燃气和耗电总费用为67.63万元，配套的卫生热水循环泵运行费用为1.82万元。制热季酒店的空调和卫生热水总运营费用约为163.45万元。

过渡季节，仅由空气源热泵供应卫生热水，空气源热泵和卫生热水循环泵总运行费用约为38.14万元。

由上述可知，冷水锅炉+锅炉方案的全年运营费用约为265.35万元。

通过两者的对比发现，采用水源热泵三联供机组每年可以比水冷机组+锅炉方案节省运营费用约为166.61万元，在满足酒店正常的空调和卫生热水用量的情况下，水源热泵三联供机组能够节省酒店的运营开支。

6 结语

采用螺杆式水源热泵全热回收三联供机组作为酒店的冷热源来源，可以使用一套系统解决酒店的空调制冷、采暖和热水的冷热源需求，相对于传统的水冷机组+锅炉方案，初期投资相对较高，但是每年的运营费用却相对较低，对酒店的长期运营十分有利。在有丰富水资源条件的地区，该方案能替代传统的水冷机组+锅炉的设计方案。