中央空调热泵冷热源工程案例解析

　　一、工程概况
　　桐庐大酒店位于城市发展的贸易中心——杭州市桐庐县城区。桐庐大酒店是按四星级酒店标准设计的集客房、餐饮、娱乐、休闲、会议、办公及商场为一体的多功能综合性项目。地上建筑面积：34210m2。地下建筑面积：3160m2。夏季制冷负荷为2500KW，冬季供热负荷为2000KW。单位面积冷指标为70.4W/m2。单位面积热指标为58.5W/m2。热水负荷为5000KW/天。
　　二、不同冷(热)源热泵方案初投资比较
　　2.1混合源地源热泵冷(热)源与初投资
　　系统性能南方地区制冷负荷大于供热+热水负荷的20%左右，为维持地下土壤温度场的平衡，实现经济运行目的，设计采用混合源(地埋管+冷却塔)地源热泵。地下土壤源温度场可维持在16～22℃之间变化，热泵热源温度均匀保持12～6℃之间变化，。热泵是以15℃热源作为供热量指标，在热源温度12～6℃条件下运行供热虽有衰减，但仍能满足2500KW供热和热水负荷的需求量。热泵供热性能系数COP值可达3.5以上，主要是依靠昂贵造价的地源埋管系统作陪衬，才能实现单项运行经济指标的高效。
　　系统初投资近期原萨斯特地源埋管钻井施工队在为浏阳市一座别墅做地源埋管，岩层钻孔单井深度35米，钻机日进尺深度只有10米，井深造价超过100元/米。在大型建筑物中用地紧张，单井深度可达到80～100米，随着井深增加岩层硬度会更高，井深造价为120～200元/米之间(四川地源热泵示范工程)。采用混合源地源热泵机组及冷(热)源地源埋管系统的初投资为710.00万元左右(详见表1)。
　　2.2空气源热泵冷(热)源与初投资
　　系统性能酷暑制冷，空气源热泵的制冷效率与室外天气有直接的关系，随室外温度的升高而降低，机组消耗功率随室外环境温度的升高而增加。空气温度35℃，出水温度7℃，空气源热泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供热，南方地区受特定地质与天气条件因素影响，成为冷热气流对峙区“低温高湿”，空气中低品位“潜热”含量高，空气源热泵因构造缺陷，不能有效地利用低品位热源，持续期累计约50天左右(-5～2℃温度有近10天左右，2～5℃温度有近40天左右)。当空气源热泵迎面风速为2M/S时，室外空气干球温度在0～5℃，相对湿度>80%时结霜最为严重，此时均匀每小时化一次霜，按现代技术不停机旁通换向化霜程序，一次化霜的时间不少于8分钟左右(包括室内反向取热)。空气源热泵在0～5℃条件下处于无霜至结满霜与半结霜状态下运行，供热性能下降35～40%;化霜减少的供热量达15～20%左右。
　　系统初投资冬季酒店供热需求量为2500KW，选择空气源热泵方案，容量应按实际供热能力确定为：
　　Q=Q0·δ+RQ0为设定的标准供热量、δ为实际供热系数、R为辅助热源;
　　Q0=3800KWδ=0.53R=500KWQ=Q0·δ+R=3800*0.53+500=2514KW
　　设计采用标准制冷量为3800KW空气源热泵机组加500KW辅助电加热装置，能够满足制热最不利工况下供热。根据涡旋压缩机构造不适应空气源热泵结霜后，长期处在高压差下运行，轻易损坏等因素，应采用螺杆压缩机组，空气源热泵主机方案初投资为716.00万元左右(详见表1)。
　　2.3热源塔热泵冷(热)源与初投资
　　2.3.1热源塔热泵原理
　　热源塔热泵定义为：夏季为高效水蒸发冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热泵。
　　热泵所提升的低品位能来自热源塔，热泵必须是在较小的传热温差下运行，才能获得较高的供热性能系数，需要按热源塔实际使用工况设计热泵工况，所以定位为热源塔热泵。　　


　　2.3.2闭式热源塔热泵应用案例与性能
　　湖南吉首市金煌宾馆，地处湘西山区，冬季低温高湿，夏季高温酷暑。空调面积2300平方米，其中客房80间，大堂150平方米，茶艺中心95平方米。生活热水需求量15吨/日，供热温度要求28℃。系统设计，采用“热源塔热泵冷热空调热水三联供”系统，热泵机组设计容量，按夏季标准工况制冷量采用160KW机组二台。在厂家交货前进行标准工况制冷量测试时发现每台只有120KW/台。比原设计配置减少了160*2-120*2=80KW，相当于25%的设备容量配置。2008年南方遭受了50年一遇的-1～-4℃冰冻期，这个先天性不足的容量配置系统，经受了严重的实际考验。标准工况制冷量为120*2=240KW的机组在低温位热源进水温度为-5℃情况下，压缩机自然衰竭要大于标准工况制冷量的25%，实际工况供热量为90*2=180KW。在冰冻期期间，由于热源塔热泵低温位热源来源稳定，无霜运行效率高满足要求，均匀日输出45℃生活热水15吨，客房供热温度达到28～33℃，大堂供热温度达到24～26℃。
　　系统初投资冬季酒店供热需求量为2500KW，选择热源塔热泵方案，容量应按实际供热能力确定为：
　　Q=Q0·δ+RQ0为设定的标准制冷量、δ为实际供热系数、R为辅助热源;
　　Q0=3450KWδ=0.75R=0KWQ=Q0·δ+R=3450*0.75+0=2587KW
　　设计采用标准供热量为3450KW热泵热水机组，能够满足制热最不利工况下供热。系统应采用满液式螺杆压缩机组，热源塔热泵及冷(热)源初投资方案为445万元左右(详见表1)。
　　2.4不同冷(热)源及机组配置初投资分析表
　　不同冷(热)源及机组配置初投资表单位万


　　不同冷(热)源及机组配置初投资表
　　小结：混合源地源热泵冷(热)源与初投资710.00万元左右;空气源热泵方案初投资为716.00万元左右;热源塔热泵及冷(热)源初投资方案为445.00万元左右，是三个空调方案中最低的。
　　三、不同冷(热)源热泵方案能耗比较
　　在对方案进行综合经济性比较时，首先应留意比较基准的基本一致。应用相同设备档次、能源价格等基准条件进行比较，才能保证比较结果的科学性和公道性。对比方案全部采用满液式螺杆机组。
　　小结：酒店均匀电价为0.815元/kwh，酒店为度假旅游服务，冬季为服务淡季。具体能耗如下：
　　①混合源热泵方案系统耗电为2249330kwh，能耗为2249330×0.815=1833203元(183.32万元);
　　②空气源热泵方案系统耗电为3195532kwh，能耗为3195532×0.815=2604358元(260.44万元);
　　③热源塔热泵方案系统耗电为2321101kwh，能耗为2321101×0.815=1891697元(189.17万元)。
　　四、不同冷(热)源热泵方案选择与确定
　　4.1混合源地源热泵方案最初的设计方案是采用地下水源热泵机组，由于项目建筑红线建筑范围内，场地基础地质岩体广布，地质构造复杂，经水文地质勘测找不到足够的地下水源来作为热泵系统的冷(热)源，而地源土壤源打孔用度和机组造价高达710.00万元左右，对比热源塔热泵节能空调系统增加初投资265.35万元，年支付贷款利息为27.76万元，全年节能回报只有5.85万元左右。且本项目又处在市中心，没有足够可利用的空地打孔。
　　4.2空气源热泵方案在地源热泵方案被否定后，考虑采用空气源来作为来作为热泵系统的冷(热)源方案。夏季，空气源热泵的冷源来自空气冷却，空气源动力风机的噪声也会对周边环境及酒店自身产生影响，冷却效果受“高温酷暑”环境温度影响，最恶劣工况时能效比只有EER=2.5左右，比水蒸发冷却增加了近一倍的能耗。冬季，空气中低位“潜热”含量高，空气源热泵因构造缺陷不能有效地利用低位热源，结霜降低机组换热效率，而除霜既要耗能又影响连续供热能力;当室外温度过低，会使机组保护停机不能正常工作，即使可以工作，其效率也很低，影响酒店的正常经营。而其空气源热泵螺杆机组造价高达716.00万元左右，对比热源塔热泵节能空调系统增加初投资271.65万元，年支付贷款利息为28.4万元，全年能耗对比其它节能空调系统增加71.27万元左右。
　　4.3热源塔热泵方案经慎重考虑科学论证后，最后提出一种介于水冷却制冷机节能与无霜空气源热泵之间的组合制冷与热泵系统。经多方面研究与网上市场调查了解到，热源塔热泵可有效地解决了地下水源热泵无水源，地源土壤源热泵造价高，传统风冷热泵夏季制冷能耗高、冬季供热翅片换热器易结霜降低换热效率、化霜耗能等题目，造成供热能耗高。热源塔热泵夏季为高效水蒸发冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热泵，经受住南方五十年一遇的冰冻期考验，客房供热温度达到30℃、热水45℃以上。热源塔热泵冷、热空调和热水三联供一机三用，无需辅助热源，节能环保、高效，且初投资公道，热源塔热泵冷(热)源系统造价为445.00万元左右，与其它热泵方案对比如下：
　　①对比混合源地源热泵方案减少初投资265.35万元，减少年还贷利息27.76万元，能耗增加5.85万元，实际比混合源地源热泵方案年减少21.91万元的用度。
　　②对比空气源热泵方案减少初投资271.65万元。减少年还贷利息28.41万元，年节能耗减少71.27万元左右，实际比空气源热泵方案年减少99.68万元的用度。