【中國(guó)制冷網(wǎng)】冷(熱)源來(lái)源經(jīng)濟(jì)與否直接關(guān)系建筑物空調(diào)的初投資與綜合運(yùn)行費(fèi)用。本文以實(shí)際設(shè)計(jì)方案為例，對(duì)不同制冷機(jī)冷源與熱泵熱源來(lái)源方案進(jìn)行了綜合性經(jīng)濟(jì)分析、比較，從而得出結(jié)論：用“熱源塔熱泵”系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)冷暖空調(diào)衛(wèi)生熱水三聯(lián)供，的確是一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方案。

    關(guān)鍵字：熱源塔、冷(熱)源、熱源塔熱泵

    1.工程概況

　　桐廬大酒店位于城市發(fā)展的商業(yè)中心――杭州市桐廬縣城區(qū)。桐廬大酒店是按四星級(jí)酒店標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的集客房、餐飲、娛樂(lè)、休閑、會(huì)議、辦公及商場(chǎng)為一體的多功能綜合性項(xiàng)目。地上建筑面積：34210m²。地下建筑面積：3160m²。夏季制冷負(fù)荷為2500KW，冬季供熱負(fù)荷為2000KW。單位面積冷指標(biāo)為70.4W/m²。單位面積熱指標(biāo)為58.5W/m²。熱水負(fù)荷為5000KW/天。

    2.不同冷(熱)源熱泵方案初投資比較

    2.1混合源地源熱泵冷(熱)源與初投資

    系統(tǒng)性能南方地區(qū)制冷負(fù)荷大于供暖+熱水負(fù)荷的20%左右，為維持地下土壤溫度場(chǎng)的平衡，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的，設(shè)計(jì)采用混合源(地埋管+冷卻塔)地源熱泵。地下土壤源溫度場(chǎng)可維持在16～22℃之間變化，熱泵熱源溫度平均保持12～6℃之間變化，。熱泵是以15℃熱源作為供熱量指標(biāo)，在熱源溫度12～6℃條件下運(yùn)行供熱雖有衰減，但仍能滿足2500KW供暖和熱水負(fù)荷的需求量。熱泵供熱性能系數(shù)COP值可達(dá)3.5以上，主要是依靠昂貴造價(jià)的地源埋管系統(tǒng)作陪襯，才能實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的高效。

    系統(tǒng)初投資近期原薩斯特地源埋管鉆井施工隊(duì)在為瀏陽(yáng)市一座別墅做地源埋管，巖層鉆孔單井深度35米，鉆機(jī)日進(jìn)尺深度只有10米，井深造價(jià)超過(guò)100元/米。在大型建筑物中用地緊張，單井深度可達(dá)到80～100米，隨著井深增加巖層硬度會(huì)更高，井深造價(jià)為120～200元/米之間(四川地源熱泵示范工程)。采用混合源地源熱泵機(jī)組及冷(熱)源地源埋管系統(tǒng)的初投資為710.00萬(wàn)元左右(詳見(jiàn)表1)。

    2.2空氣源熱泵冷(熱)源與初投資

    系統(tǒng)性能酷暑制冷，空氣源熱泵的制冷效率與室外氣候有直接的關(guān)系，隨室外溫度的升高而降低，機(jī)組消耗功率隨室外環(huán)境溫度的升高而增加?？諝鉁囟?5℃，出水溫度7℃，空氣源熱泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供熱，南方地區(qū)受特定地質(zhì)與氣候條件因素影響，成為冷暖氣流對(duì)峙區(qū)“低溫高濕”，空氣中低品位“潛熱”含量高，空氣源熱泵因構(gòu)造缺陷，不能有效地利用低品位熱源，持續(xù)期累計(jì)約50天左右(-5～2℃溫度有近10天左右，2～5℃溫度有近40天左右)。當(dāng)空氣源熱泵迎面風(fēng)速為2M/S時(shí)，室外空氣干球溫度在0～5℃，相對(duì)濕度>80%時(shí)結(jié)霜z*為嚴(yán)重，此時(shí)平均每小時(shí)化一次霜，按現(xiàn)代技術(shù)不停機(jī)旁通換向化霜程序，一次化霜的時(shí)間不少于8分鐘左右(包括室內(nèi)反向取熱)?？諝庠礋岜迷?～5℃條件下處于無(wú)霜至結(jié)滿霜與半結(jié)霜狀態(tài)下運(yùn)行，供熱性能下降35～40%；化霜減少的供熱量達(dá)15～20%左右。因此，在z*惡劣工況條件下空氣源熱泵機(jī)組的實(shí)際供熱輸出量，只有標(biāo)準(zhǔn)工況供熱量的50%左右，供熱性能系數(shù)COP平均只有1.5左右。

    系統(tǒng)初投資冬季酒店供熱需求量為2500KW，選擇空氣源熱泵方案，容量應(yīng)按實(shí)際供熱能力確定為：

    Q=Q0?δ+RQ0為設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)供熱量、δ為實(shí)際供熱系數(shù)、R為輔助熱源；

    Q0=3800KWδ=0.53R=500KWQ=Q0?δ+R=3800*0.53+500=2514KW

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    設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)制冷量為3800KW空氣源熱泵機(jī)組加500KW輔助電加熱裝置，能夠滿足制熱z*不利工況下供熱。根據(jù)渦旋壓縮機(jī)構(gòu)造不適應(yīng)空氣源熱泵結(jié)霜后，長(zhǎng)期處在高壓差下運(yùn)行，容易損壞等因素，應(yīng)采用螺桿壓縮機(jī)組，空氣源熱泵主機(jī)方案初投資為716.00萬(wàn)元左右(詳見(jiàn)表1)。

    2.3熱源塔熱泵冷(熱)源與初投資

    2.3.1熱源塔熱泵原理

    熱源塔熱泵定義為：夏季為高效水蒸發(fā)冷卻制冷機(jī)，冬季為高效寬帶無(wú)霜空氣源熱泵。

    熱泵所提升的低品位能來(lái)自熱源塔，熱泵必需是在較小的傳熱溫差下運(yùn)行，才能獲得較高的供熱性能系數(shù)，需要按熱源塔實(shí)際使用工況設(shè)計(jì)熱泵工況，所以定位為熱源塔熱泵。

    熱源塔熱泵工作原理：由熱源塔旋流風(fēng)機(jī)擾動(dòng)環(huán)境中“低溫高濕”空氣從塔體底部進(jìn)入，經(jīng)低溫寬帶換熱器底部迎風(fēng)面逆向流通，形成傳熱面與環(huán)境空氣之間的顯熱與潛熱的交換。寬帶換熱器將來(lái)自熱泵小溫差蒸發(fā)器的低溫循環(huán)溶液(乙二醇稀釋溶液)從寬帶換熱器上部進(jìn)液底部出液，獲得低于環(huán)境溫度2～3℃的溶液作為熱源塔熱泵的低溫位熱源(見(jiàn)圖1)。

熱源塔熱泵工作原理

    自然無(wú)霜運(yùn)行期：南方冬季，環(huán)境溫度為2～5℃的持續(xù)時(shí)間為40天左右，占冬季低溫高濕天氣85%以上，是傳統(tǒng)窄帶空氣源熱泵結(jié)霜率較頻繁期。閉式熱源塔由于設(shè)計(jì)上采用了冷庫(kù)-15℃的低溫寬帶小溫差傳熱技術(shù)，比傳統(tǒng)窄帶空氣源熱泵結(jié)霜溫度下降了5～6℃，減少了85%的結(jié)霜機(jī)率。環(huán)境空氣溫度高于2.0℃以上時(shí)，空氣相對(duì)濕度較大潛熱含量高，寬帶換熱器在進(jìn)行熱交換時(shí)凝結(jié)水量大，凝結(jié)水分離系統(tǒng)自動(dòng)排出凝結(jié)水份。

    人工無(wú)霜運(yùn)行期：南方冬季，環(huán)境空氣溫度低于1.0℃以下時(shí)的累計(jì)時(shí)間約10天左右，為防止負(fù)溫度濕空氣遇冷(低溫寬帶換熱器)結(jié)霜，負(fù)溫度噴淋裝置根據(jù)智能控制要求，自動(dòng)噴淋環(huán)保防凍溶液(選用食品行業(yè)用無(wú)毒、無(wú)腐蝕、環(huán)保的防凍液)降低換熱器表面冰點(diǎn)，待低溫期過(guò)后采用濃縮裝置分離水份。

    2.3.2閉式熱源塔熱泵應(yīng)用案例與性能

    湖南吉s*市金煌賓館，地處湘西山區(qū)，冬季低溫高濕，夏季高溫酷暑?？照{(diào)面積2300平方米，其中客房80間，大堂150平方米，茶藝中心95平方米。生活熱水需求量15噸/日，供暖溫度要求28℃。系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用“熱源塔熱泵冷暖空調(diào)熱水三聯(lián)供”系統(tǒng)，熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)容量，按夏季標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量采用160KW機(jī)組二臺(tái)。在廠家交貨前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)每臺(tái)只有120KW/臺(tái)。比原設(shè)計(jì)配置減少了160*2-120*2=80KW，相當(dāng)于25%的設(shè)備容量配置。2008年南方遭受了50年一遇的-1～-4℃冰凍期，這個(gè)先天性不足的容量配置系統(tǒng)，經(jīng)受了嚴(yán)峻的實(shí)際考驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量為120*2=240KW的機(jī)組在低溫位熱源進(jìn)水溫度為-5℃情況下，壓縮機(jī)自然衰竭要大于標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量的25%，實(shí)際工況供熱量為90*2=180KW。在冰凍期期間，由于熱源塔熱泵低溫位熱源來(lái)源穩(wěn)定，無(wú)霜運(yùn)行效率高滿足要求，平均日輸出45℃生活熱水15噸，客房供暖溫度達(dá)到28～33℃(見(jiàn)圖2)，大堂供暖溫度達(dá)到24～26℃。熱源塔熱泵性能，在“低溫高濕冰凍期”就閉式熱源塔而言，只要保障溶液冰點(diǎn)濃度，在-5℃低溫位熱源，輸出熱水45℃情況下，機(jī)組的供熱性能系數(shù)COP不低于3.0(實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，傳統(tǒng)干式熱泵螺桿機(jī)組在給定-5℃低溫位熱源，輸出熱水52℃條件下，供熱性能系數(shù)COP不低于2.6)。圖2吉s*市金煌大酒店熱源塔熱泵

吉s*市金煌大酒店熱源塔熱泵

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