华北地区某生态园区区域供冷供热系统优化设计研究

摘要：本文以华北地区某生态园区为例，首先对适用于本项目的锅炉位置进行优化分析，其次提出五种能源中心系统形式，并对其分析不同方案初投资及年运行费用，最后采用动态费用年值法比较分析不同方案的经济效益。结果表明，复合暖通空调系统，相比单一系统，不仅可以实现节能，又可降低初投资，并减少年运行费用。

   关键词：地源热泵 优化设计 系统性能 经济分析

   0概述

   从建筑节能的角度看，在选择建筑物暖通空调系统的冷热源时，应从高效节能、环保以及经济性等方面加以考虑。根据建筑物使用功能的不同，选择不同的暖通空调系统，这就需要对所选系统方案进行经济性分析。本文通过分析华北地区某生态园区暖通空调系统能源消耗、初投资与年运行费用，给出一种系统设计的选择依据。

   生态谷项目总占地约17200亩，其中农业科技示范中心位于生态谷园区中部，总占地1892亩。农业科技示范中心项目有设施农业控制中心、都市垂直农业中心、蘑菇工厂、都市农业体验区等8栋建筑，建筑面积共计33945㎡。

   1系统冷、热负荷确定

   能源中心系统计算分析是以夏季室内温度27℃，冬季室内16℃（部分18℃），渗风0.6次/h。冬季以24h空调逐时负荷，夏季以间歇空调（9:00-19:00)+夜间通风（20:00-6:00，2次/h)逐时负荷为分析依据，经计算示范中心全年最大空调热负荷为4213kW，热负荷指标为142W/㎡；全年最大空调冷负荷为3846kW，冷负荷指标为259W/㎡。

  2性能参数确定

  2.1设备性能参数确定

   本项目总负荷较大，所配置的主机单机容量也较大。结合某品牌的热泵机组性能，其制热性能系数达到5.0，制冷性能系数达到7.0。但结合实际运行测试经验，常规的热泵机组的一般的夏季性能系数在6.0左右，冬季的性能系数在4.0左右，很难达到样本的7.0/5.0的夏/冬性能系数。本次研究分析中冷机与其他主要设备的性能参数按表1执行。

   2.2土壤换热器参数的确定

   根据《岩土体热响应试验报告》中的结果，土壤换热器系统采用双U型换热器，单个土壤换热器孔深定为100m，孔间距为5m，夏季单位延米排热量参考值取68W/m，冬季单位延米取热量参考值取34 W/m。

   3冷热源系统设计

   对于大型项目，与常规空调系统相比，单一采用地源热泵空调系统满足全部的冷热负荷会使系统初投资大大提升，同时，仅采用地源热泵系统长期运行有可能造成的地下温度场的不平衡而且难以调节，往往大型项目多采用地源热泵结合常规空调系统调峰的复合式系统。复合式系统可以将纯地源热泵系统的初投资费用降低，同时运行费用又较常规空调系统低，而且可以对系统长期运行有可能造成的地下温度场不平衡现象进行实时调节[1]，图2为本项目能源方案设计思路。

   图3是本项目冬季与夏季典型日的负荷曲线与能源价格分布，从本项目典型日负荷分布上看，冬季热负荷主要分布在夜间，此时电价处于“谷段”，白天负荷较低；夏季间歇运行，冷负荷主要分布在昼间，电价处于“高峰段”和“平段”。综合负荷分布与电力电价，冬季地源热泵利用具有很大优势。为了得到本项目比较适合的空调系统形式，考虑周围能源资源仅有电力资源，分别进行方案一（单一地源热泵空调系统）；方案二（地源热泵承担夏季全部负荷，承担冬季热负荷的62%）；方案三（地源热泵承担1#、2#与4#建筑的冷负荷，冬季热负荷的50%）（8#建筑距能源中心较远，输送距离长，建议采用夏季风冷冷水机组或多联机）；方案四（地源热泵承担冬季热负荷的30%）；以及方案五（不采用地源热泵技术的常规空调系统）五种方案的设计。