风冷热泵与水源热泵制冷供暖方案比较

风冷热泵与水源热泵制冷供暖方案比较
马凯文


一、 项目概况
　　北京某办公楼位于城南，该办公楼为改造项目，地上五层，地下一层，总建筑面积约8000平米。需解决夏季空调制冷，冬季供暖问题，全年保持室温在18℃-25℃。

二、 制冷供暖解决方案

1、 风冷热泵加辅助电加热方案
　　利用风冷热泵实现夏季制冷，冬季供暖考虑到风冷热泵机组在室外温度-8℃时启动困难，需增加辅助电加热。

2、 水源热泵方案
　　该方案要求在建筑物附近打三口井，井深80-100米，一口抽水，出水量为100M3/h，两口井回灌，保持地下水资源稳定，利用井水作为冷热源，水源热泵机组夏季制冷，冬季供暖满足办公楼要求。

三、 负荷计算及机组

1. 设计依据、范围及原则
　　本方案包含某办公楼的空调制冷供暖系统，包括冷热源、设备选型及末端系统方案。能够独立实现夏季制冷，冬季供暖。保证大楼的正常使用。

2. 空调冷热负荷计算
　　考虑到该建筑主要为办公室，根据国家标准单位建筑面积制冷负荷选取100W/M2, 建筑总冷负荷约为800KW。单位建筑面积供暖热负荷选取60W/M2, 建筑总热负荷约为480KW。

3. 机组设备选型及技术参数
　　选择方案时应该考虑节省投资和保障该建筑正常制冷供暖要求。风冷热泵机组设计装机容量为835.2KW，配置风冷热泵机组MTD-80SH叁台。水源热泵机组设计装机容量为930KW，配置水源热泵机组MSRB80壹台。

表一 　　　　　　　　　　　　　　　　 机组选型

项目 风冷热泵 水源热泵
设备名称 风冷冷（热）水机组 水源热泵机组
设备型号 MTD-80SH MSRB80
数量 3台 1台
单台制冷量 278.4KW 930KW
单台制热量 304KW 1116KW
总制冷量 835.2KW 930KW
总制热量 912KW 1116KW
总耗电量 262.2KW 178.8KW
单台外形尺寸 长 4320mm 3640mm
宽 2110mm 1300mm
高 2130mm 2200mm

　　表中机组的设计装机容量基本满足大楼的需求。

4．风冷热泵机组由于存在在室外温度-8℃时启动困难，需增加功率为480KW的辅助电加热设备，解决在严寒情况下供暖问题。

5．水源热泵机组对水资源要求严格，需要井水温度、流量稳定。必要时，应设置独立换热站，把井水与机组隔离。


四、 风冷热泵机组与水源热泵机组的特点

1、 风冷热泵机组的特点
（1） 风冷冷（热）水机组采用模块化设计，完全不必设置备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境的实际利用率相协调。
（2） 模块化机组的可靠性高，该机组由数个模块组成，任何模块的临时检修停运都不会影响整机的正常运行，大大提高了整个空调系统的合理性和可靠性。
（3） 机组可任意放置屋顶或地面，没有机房设施和冷却水塔系统，不占用有效使用面积。同时安装施工工作大为简便。
（4） 由于机组在运行过程中是全电脑自动控制，所以日常不需要专业技术人员管理维护。
（5） 风冷热泵有不足之处，由于在室外温度-8℃时启动困难，需增加辅助电加热。

2、 水源热泵的特点
　　水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。该机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可靠等优点。由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：
（1）环保效益显著
　　水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。
（2） 高效节能
　　水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
（3）运行稳定可靠
　　水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
（4）一机多用，应用范围广
　　水源热泵系统可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
（5） 自动运行
　　水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。
当然，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。
⑴ 可利用的水源条件限制
　　水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。
⑵ 水层的地理结构的限制
　　对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。
⑶ 投资的经济性
　　由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

五、 制冷供暖设备工程初投资

表二 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 初投资表（万元）

项目 风冷热泵 水源热泵
机组设备 100 100
辅助电加热设备 30 /
打井 / 40
施工费用 120 120
总计 250 260
单位造价 321.5元/平米 325元/平米