淺談地源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)方案比較

劉建華

（中鐵建工集團(tuán)安裝工程有限公司 116600）

0 引言

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)過國內(nèi)多年的發(fā)展，在2009年達(dá)到最高峰，地源項(xiàng)目越來越大，從事地源熱泵行業(yè)的人員越來越多。國家早在2005年就出臺(tái)了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50366-2005地源熱泵技術(shù)規(guī)程，2009年又進(jìn)行了改版和補(bǔ)充。本文列舉某工程方案選取，通過初投資和運(yùn)行費(fèi)用比較，讓大家對(duì)地源熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

1 工程概況

該項(xiàng)目就位于某省某市，中央會(huì)所（包含文化中心、健身中心、生活服務(wù)中心）建筑總面積約為13000m2，生活用熱水量統(tǒng)計(jì)量見附表1。

統(tǒng)計(jì)得出，淋浴日用水量約為7000L，水池日用熱水量約為33m3，泳池容積為421m3。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）夏季空調(diào)計(jì)算干球溫度34.6℃，（2）夏季空調(diào)通風(fēng)計(jì)算溫度 32℃，（3）冬季空調(diào)計(jì)算干球溫度-3℃，（4）冬季空調(diào)計(jì)算濕球溫度 -5℃，（5）最大凍土厚度 8CM，（6）夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度 24～28℃，（7）冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度 18～22℃，（8）游泳池容積： 421m3，面積為 312m2，池水溫度 26～28℃，設(shè)定平均溫度27℃，室溫28℃，（9）淋浴等日用熱水量和溫度：7000升（50℃），（10）洗浴中心水池總?cè)沼脽崴亢蜏囟龋?3m3，40℃。

3 設(shè)計(jì)負(fù)荷

3.1 建筑負(fù)荷

該項(xiàng)目采用指標(biāo)法冷負(fù)荷120w/m2的指標(biāo)，熱指標(biāo)80w/m2進(jìn)行計(jì)算。建筑總冷熱負(fù)荷見附表2。

3.2 生活熱水負(fù)荷

（1）泳池用水負(fù)荷：

1）一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水）

以冬季的工況計(jì)算，自來水溫度取最低值：6℃；換水周期24-48小時(shí)，本項(xiàng)目取24小時(shí)（即使用或換水時(shí)提前一天開啟機(jī)組進(jìn)行加熱）。則：Ph=1.15×V×（t2-t1）×1000/（860×40）=1.15×421×（28-6）×1000/860×24=511.05kw。

2）日經(jīng)常負(fù)荷：

彌補(bǔ)散熱損失負(fù)荷：當(dāng)池水水溫為27℃，室溫為28℃時(shí)，查手冊表1得每平方米的池水散熱量為 372W/m2；小時(shí)散熱負(fù)荷 Ph1=312.5×372/1000=116kW；日散熱負(fù)荷為Qh1=116×24=2784kW。

3）補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷：以每日補(bǔ)水量為 5%的池容積計(jì)，冬季工況冷水溫度為 6℃時(shí)，小時(shí)補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷 Ph2=[V×B×1000/24×（t2-t1）/860×0.95]=421×0.05×1000×（28-6）/（24×860×0.95）=23.62kW，日補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷Qh2=Ph2×24=23.62×24=567kw

該游泳池日使用熱負(fù)荷為：∑Qh1=Qh1+Qh2=2784+567= 3351kW。

（2）洗浴中心用熱水負(fù)荷：

1）淋浴等用水量及日用熱負(fù)荷Qh3：淋浴日用熱水量7000升/日（50℃），設(shè)小時(shí)最大流量為1/3的日用熱水量（每場次用水量），Wh=V/3=7000/3=2333升/小時(shí)。日用熱負(fù)荷Qh3=V×（50-6）/（860×0.95）=7000×44/817=377kw；

2）洗浴中心用熱水負(fù)荷Qh4：日用水量33000升/日（40℃），初始水溫設(shè)定為最低溫度6℃，一日換水一次：日用熱負(fù)荷Qh4=V×（40-6）/（860×0.95）=33000×34/817=1373kw；

3）該洗浴中心日使用熱負(fù)荷為：∑Qh2=Qh3+Qh4=377+1373= 1750kw。

（3）本項(xiàng)目總?cè)沼脽崴?fù)荷為：∑Qh=∑Qh1+∑Qh2=3351+1750= 5101kW，按8小時(shí)加熱，平均每小時(shí)負(fù)荷：5101/8=637.6kw。

（4）水箱選取：選取10m3水箱一個(gè)用于泳池水溫平衡和洗浴中心與更衣室淋浴設(shè)施，選取20m3水箱一個(gè)用于洗浴中心水池用水。

4 方案配備

4.1 地源熱泵系統(tǒng)

（1）地埋管換熱量選?。?xiàng)目的熱響應(yīng)測試結(jié)果見附表3）

根據(jù)本項(xiàng)目的測試報(bào)告選取單 UDe32，夏季排熱量取 52w/m，冬季取熱量取42w/m。埋管深度100m，孔徑150mm，孔間距暫按4m進(jìn)行計(jì)算。

（2）地埋管個(gè)數(shù)：

夏季總冷負(fù)荷：1560kw。

冬季總熱負(fù)荷：1677.6kw。

地源熱泵機(jī)組夏季性能系數(shù)為：6.4，冬季性能系數(shù)為：5.1。

最大釋熱量：Q1=夏季總冷負(fù)荷×（1+1/6.4）=1560×1.156 =1803kw。

最大吸熱量：Q2=冬季總熱負(fù)荷×（1-1/5.1）=1677.6×0.8 =1342kw。

按夏季最大釋熱量計(jì)算鉆孔個(gè)數(shù)：1803×1000/100×52=346個(gè)。

按冬季最大釋熱量計(jì)算鉆孔個(gè)數(shù)：1342×1000/100×42=320個(gè)。

以滿足最大鉆孔個(gè)數(shù)，按夏季鉆孔個(gè)數(shù)進(jìn)行布孔，本項(xiàng)目鉆孔個(gè)數(shù)需要 346個(gè)。

4.2 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)

（1）機(jī)組選型（見附表6）

主機(jī)選用螺桿式風(fēng)冷熱泵機(jī)組，全熱回收型機(jī)組，機(jī)組冬季輔助加熱裝置，單獨(dú)輔助加熱功率2kw。

（2）水泵選型（見附表7）

5 初投資比較（地源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)比較見附表8）

6 運(yùn)行費(fèi)用比較（地源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)見附表9）

由上表可以看出，平均一年每平方約23.8元（含熱水），使用地源熱泵跟風(fēng)冷熱泵每年的運(yùn)行費(fèi)節(jié)約為16萬元。地源熱泵的初投資比風(fēng)冷熱泵高出90萬元。如果使用地源熱泵的話：90÷16=5.6年，大約5.6年就能把多投資的部分節(jié)省下來，往后使用就能比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)省16多萬元。（每天使用時(shí)間越長越節(jié)省費(fèi)用，如果全天候使用空調(diào)的話，不到兩年即可把多投入的收回。）

7 優(yōu)缺點(diǎn)的比較

7.1 地源熱泵

優(yōu)點(diǎn)：①由于地源熱泵是以土壤作為換熱介質(zhì)，換熱效果優(yōu)良，且供暖無需化霜處理，不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問題。所以運(yùn)行使用效果極佳。②主機(jī)體積小，不用考慮排氣順暢等問題，主機(jī)安裝有利于環(huán)境美觀設(shè)計(jì)。③不論制冷制熱能效比都高于其它空調(diào)，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不隨室溫變化而變化，比風(fēng)冷熱泵節(jié)能30%以上。

缺點(diǎn)：①受建筑物周邊場地與土壤情況因素制約。②初投資成本相對(duì)較高。

7.2 風(fēng)冷熱泵

優(yōu)點(diǎn)：①利用屋頂空地放置風(fēng)冷熱泵機(jī)組，既減少了土地使用。②技術(shù)成熟，維護(hù)簡單，造價(jià)相對(duì)地源熱泵便宜。

缺點(diǎn)：①風(fēng)冷熱泵會(huì)因環(huán)境溫度變化，制熱或制冷的效率及能力均不同不夠穩(wěn)定。如冬季氣溫寒冷需要增加電輔熱功能，運(yùn)行成本增加，有熱導(dǎo)污染，不利于環(huán)保。②屋頂設(shè)置機(jī)組的話需要考慮樓層的承重，土建投資相對(duì)增加。

8 結(jié)語

通過分析比較，風(fēng)冷機(jī)組和地源熱泵機(jī)組在夏季運(yùn)行時(shí)都可以通過熱回收功能免費(fèi)制取在50℃左右的生活熱水，運(yùn)行季節(jié)時(shí)機(jī)組免費(fèi)制取生活熱水，冬季采暖季節(jié)及過度季節(jié)時(shí)，打到供熱狀態(tài)，但是由于地源熱泵的能效比高于風(fēng)冷熱泵，加上地源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于風(fēng)冷熱泵（在極端天氣下風(fēng)冷熱泵制取熱水還需開啟電輔助加熱，更增加風(fēng)冷熱泵的運(yùn)行費(fèi)用），所以顯而易見：在相同天氣條件下制取相同溫度和體積的熱水，地源熱泵的費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于風(fēng)冷熱泵。

[1]GB 50366-2005.地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]GB 50019-2003.采曖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]GB 50189-2005.公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].