案例赏析|江水源热泵应用杭州奥体主体育场案例分析

一、引言

水地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）即可供热又可制冷的高效节能空调系统。它通过输入少量的高品位能源（如电能），实现能量从低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来释放到地能中去。

利用江水来为建筑进行冷却的技术应用历史悠久，早在1978年巴黎世界博览会（Exposition Universally de Paris 1978）上，巴黎人就以五月广场为中心，充分利用塞纳河的供水之便，由4座水泵，将塞纳河水抽上来，经过23公里长的管道将水输送到博览会的每个角落。他们还利用水来操纵电梯和喷泉，并让水流入工业宫的底板下面来降低室内温度。法国人水流控制技术大大造福了参观者，成为博览会上的一大亮点。

为体现节能环保的建筑理念，杭州奥体主体育场利用坐落于钱塘江边的这一独特的地理优势，夏季供冷采用“江水源热泵”，冬季供热采用“江水源热泵+燃气锅炉辅助供热的节能技术”。通过江水源热泵的合理利用，大幅降低了冷却塔的使用量，缓解了城市局部区域的“热岛”效应，避免或减少温室气体的排放。

二、江水源热泵的原理和优点

1、热泵技术按热源对象可分为空气源热泵、地源热泵和水源热泵三种形式。只需输入少量的高位电能，通过热泵机组即可把空气、大地或水中所储存不能直接使用的低品位能源转化成有用的热能。水源热泵一般使用江、河、湖、海的地表水和地下水资源作为热泵机组的冷热源，由于地表水温度与空气之间的温差天然存在且可更新，这种温差能是高效节能清洁环保的可再生能源。由于夏季江水温度低于空气温度，冬季江水温度高于空气温度，且江水温度变化相对稳定，全年变化范围为6~30℃，因此，在热泵的各运行期间相比与空气温度更利于做热泵的冷热源。

2、江水源热泵的能源利用效率要高于传统的空调冷热源系统，这是由于以下几点：

（1）夏季江水源热泵的冷却效率较高。江水温度最不利情况在28~30℃，但大多数情况低于26℃，比传统的冷却塔水温低6-8℃。由于冷却温度每降低1℃机组效率约可提高1.5%，因此热泵机组制冷效率和能源利用率均高于传统冷却塔冷却的冷水机组。

（2）冬季大型水源热泵机组制热效率和能源利用效率均远高于空气源热泵，更比单纯的天燃气锅炉能源利用效率高。

（3）大型江水源热泵系统可以方便的利用热回收技术全年提供生活热水.

3、江水源热泵不但能源利用效率要高于传统的空调冷热源系统，而且节约化石能源并更为清洁环保。具体体现在：

（1）江水源热泵在本项目中采用钱塘江水源，可以避免常规空调使用冷却塔造成的飘水、噪音、滋生细菌。另外冬季供暖和生活热水也可以同时由水源热泵提供，避免了在该区域设置大量锅炉房，避免了烟囱和烟尘排放。

（2）利用钱塘江水源热泵将空调排热利用江水带走，可以避免常规空调系统冷却塔想空气散热造成场馆周围局部高温，从整体上降低场馆内和城市下风侧区域内的空气温度，从而缓解院内非空调区的酷热和城市的“热岛”效应。

（3）优化了场馆能源结构，减少了对化石燃料供应的压力。江水源热泵不需要锅炉等燃烧设备，提取江水中的自然能源可以视为可再生能源，应对能源危机和能源价格商场效果显著。

三、杭州奥体主体育场中江水源热泵的应用情况

杭州奥体主体育场区位于钱塘江与七甲河交汇处南侧，主体育场紧邻钱塘江东侧，体育场江水源热泵机房距离钱塘江岸仅320m左右，距离七甲河岸仅40米，这得天独厚的地理位置为江水源热泵系统在此运用起到了决定性的作用。

杭州奥体主体育场分四大区块：主体育场区、群文中心、印学博物馆和商业区。杭州奥体主体育场总建筑面积212310㎡，其中含群文中心面积56002㎡，含印学博物馆面积21318㎡，含商业面积19382㎡，主体育场区面积115608㎡（其中空调面积29521㎡）。根据杭州奥体博览城主体育场区总体规划，结合主体育场、商业和网球中心的各自建筑功能特点，考虑到体育建筑和商业建筑不同的运行模式和运行时间，杭州奥体博览城主体育场采用空调冷源分设，热源合用的冷热源模式。主体育场区体育场空调冷热源采用江水源热泵系统，江水源热泵系统承担体育场全部空调冷热负荷。在地下一层制冷供热机房内设置3台江水源热泵机组;制冷量1522KW（433RT）,制热量1130KW；制冷剂HFC-134a；输入功率231.8KW（冷）/308.5KW（热）。

采用钱塘江江水源热泵，应以江水水文水质参数作为设计依据，地表水温度受气候的影响较大，同事还受到钱塘江水汛期、取水点水深等因素影响。本工程采用闭式循环系统，通过换热器与水体进行换热，二次介质将水体的热量输送至热泵机组，避免因水质不良引起热泵机组结垢和腐蚀等问题（系统原理图见图01、02）。

为使系统运行良好，取水口应尽量选择江水较深的位置。设置取水头部装置（格栏式），对江水进行初级过滤处理，再经过旋流除砂器和综合处理器，进行除砂等处理过程，降低江水含沙量、悬浮物等，减少江水对板式换热器腐蚀，提高换热效率，保障系统高效运行。

四、杭州奥体项目在江水源热泵系统施工中应当注意以下几点

1、在实际工程中，空调工程水系统的管道存在有局部埋地或隐蔽铺设时，在为其实施覆土、浇捣混凝土或其他隐蔽施工之前，必须进行水压试验并合格。室外冷却水循环系统需做保温和防腐，所以应当完成防腐与绝热施工后，并经过现场监理工程师认可和签字，办完手续后，方可进行下道隐蔽工程的施工。这是强制性的规定，必须遵守。

2、管道与制冷空调设备的连接，应在设备定位和管道冲洗合格后进行。一是可以保证接管的质量，二是可以防止管路内的垃圾堵塞设备。

3、空调水系统的设备与附属设备、管道、管道部件和阀门的材质、型号和规格必须符合设计的基本规定。在材料、构配件订货前，由施工单位提出产品资料，经专业监理工程师审查后才可订货进场，材料进场后必须出具出厂合格证，材料试验单等资料，并报我单位，经项目专业监理工程师审查并抽查复验合格后，方可用于本建设工程。新材料的购置必须有实验报告和推广证书，符合试验要求。

五、水地源热泵系统技术的发展前景

由于水地源热泵技术拥有传统空调和热水系统无法比拟的优势，所以这将会在以后的节能技术发展中必定会用巨大的发展潜力。但是我们目前掌握的技术并不能完全的发挥这种节能方式的水平，在管材的选择和介质的选择上面还存在一定的缺陷。因此在这方便面的研究还应当继续进行，从而进一步提高整个系统的效率。

水地源热泵技术的发展势必会对建筑节能工作起到非常巨大的影响，合理有效的运用和开发这项技术能够为室内温控和水源加热带来巨大的变革，同时进一步减少温室气体的排放和对传统能源的浪费。这一正在发展的技术应当得到更多研究机构和社会的重视。

来源：地源热泵