水源热泵--一种经济、节能、可靠的空调能源方式(一)

1、水源热泵-一种经济、节能、可靠的空调能源方式一摘要：近几年来，水源热泵得以开展的主要推动力是它能够以量大面广的低位热能，如井水、地下水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源，而且具有热回收功 能，即可利用供冷空调房间排放的冷凝热来加热供热空调房间，从而提高了建筑物内部的能源利用系数。关键词：水源热泵节能水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它具有中央空调合理利用能源，设备能效系数高，运行本钱低和平安、可靠等优点。又具有分散空调调节灵活、方 便，便于管理和收费等优点。因此，从我国南方的深圳、广州到过渡地区的上海、南京直到 北方采暖地区的北京、大连等城市的公

2、共建筑办公楼、商住楼、商场等，住宅建筑上得到了广泛的应用。近几年来，水源热泵得以开展的主要推动力是它能够以量大面广的低位热能，如井水、地下水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源，而且具有热回收功能， 即可利用供冷空调房间排放的冷凝热来加热供热空调房间，从而提高了建筑物内部的能源利用系数。一、水源热泵系统的节能性以采暖运行为例，目前采暖方式有集中锅炉房供热方式、热电厂供热方式、分户燃气采暖方式，水源热泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工业余热的形式；也有利用自来水的冬季 要辅助加热的方式。它们的耗能量见表1。耗能量的比拟表1采暖方式现有住宅建筑节能建筑耗能量折算至标准煤耗能量

3、折算至标准煤集中锅炉房 25.08Kg/m2.年 25.08Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年热电厂 13.96Kg/m2.年 13.96Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年分户燃气采暖 10.6Nm3/m2.年 13.02Km3/m2.年 6.86Nm3/m2.年 8.43Kg/m2.年水源热泵井水、河、湖水22.46kwh/m2.年 9.16Kg/m2.年 14.54kwh/m2.年 5.93Kg/m2.年水源 热泵加辅助热源22.46kwh/m2.年 4.34Kg/m2.年 13.5Kg/m2.年 14.54kwh/m2.年 2.

4、81Kg/m2.年 8.74Kg/m2.年表1的计算依据： 住宅建筑为北京市多层住宅，现有建筑耗热量指标为31.82W/m2，设计热负荷指标为q为43.82W/m2，节能建筑q H为20.6W/m2，q为28.37W/m2。采暖全年需热量： 现有建筑为 95.46kwh/m2年，节能建筑为 61.80kwh/m2年。 集中锅炉房：现有供热系统热网输配效率H 1为0.85，锅炉效率耳2为0.55，节能供热系统q 1为0.9，n 2为0.68， 热电厂供电标准煤耗为0.408Kg/kwh，供热标准煤耗为 40.7Kg/GJ。 水源热泵采暖COP=4.25。从表1可知，水源热泵采暖方式全年耗能量均低

5、于集中锅炉房和热电厂，节能效益比拟明显。利用井水、江、河水或工业余热为热源的水源热泵的节能性十清楚显，当水源热泵的能效系数4.0时，与热电联产供热方式比，采暖的节能性率约为40%。当采用辅助加热热源时，水源热泵的节能性是有条件的，主要的影响因素是：水源热泵的能效系数；辅助热源的加热容 量。 水源热泵能效系数的影响见表2制热容量为4KW时的能耗*表2/COP=4COP=4.5节能率%辅助加热量耗能kg 标煤3 X 860/7000 X 0.9=0.4093 X 860/7000 X 0.9=0.40缩机耗能kg 标煤1 X 0.408=0.4080.88 X 0.408=0合计*辅助加热容量为总

6、供热量的75%。从表 2 可知， COP 从 4 提高到 4.5 后，节能率约为 5.6%，相当于减少加热容量 0.3296KW， 即约相当于减少热负荷 10%。 辅助加热器加热容量的影响见表 3制热容量为4KW时的能耗*表3/辅助加热容量/总供热量0.75辅助加热容量/总供热量0.5节 能率辅助加热量耗能kg标煤0.4092 X 860/7000 X 0.9=0.273压缩机耗能kg标 煤0.4081 X 0.408=0.408合计 *COP=4从表 3可知，当辅助加热容量为总供热量的比从 0.75降到 0.5时，节能率约为 16.6%。 节能的条件制热容量为4KW的热电联产的能耗为：4 X

7、 860/7000 X 0.83 X 0.85=0.697kg/4kwh由此可知：当COP=4.Q辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，它的节能率约为2%。当COP=4.5辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，水源热泵的节能率约为 8%。但当COP=4.0,辅助加热容量为0.75总供热量时，热电联产将比水源热泵节能，节能效率约为15%。当COP=4.5时，其节能率约为 10%。节能的主要因素如下： 水源热泵机组直接安放在户内，热网输配损失可忽略不计。 水源热泵机组采暖能效系数COP大于4,局部负荷时，COP值仍很稳定。 以井水，江、河、湖水及工业余热的低温热

8、作为热泵热源的水源热泵系统，采暖耗热量 仅为全年需热量的 1/4。 以自来水为热源的冬季需加辅助热源的水源热泵系统，由于考虑压缩机发热量，住宅同时使用系数及夜间调节温度等措施后辅助加热容量约为热负荷的1/21/3 ,加热量约为全年需热量的1/21/3。二、水源热泵系统的经济性经济性指的是各种空调采暖方式的初投资、运行费和热价。 目前国内外已采用的采暖空调联供方案有： 热电冷三联供：夏季，热电厂抽汽+蒸汽吸收式制冷冬季，热电厂抽汽 +汽水换热器供热 热电冷三联供：夏季，热电厂热水+热水吸收式制冷冬季，热电厂热水 +汽水换热器供热 直燃式冷热水机组：夏季、冬季，直燃式冷热水机组制冷、供热 燃气 -

9、蒸汽联合循不 电制冷 +燃气油锅炉采暖 电动水源热泵。这类机组运行性能稳定，性能系数COP值较高，理论计算可达7,实际运行时约为 5，且由于可充分利用江河、湖、海水等自然能源，冬季供暖耗能少，是一种节 能性好的冷热源设备。 空气源热泵。冷热源兼用，整体性好，安装方便，可露天安装，采用风冷，省却了冷却塔及冷却水系统，缺点是当室外温度较低时，需增加辅助热源。各种方案的投资和本钱不包括户内系统 见表 4。各方案的投资和本钱比拟 *表4工程热电冷蒸汽热电冷 热水直燃式电制冷锅炉供热集中式电动水源热泵分体式空气源热泵燃气-蒸汽 联合循环投资 万元 /KW0.197/0.223含源网 0.275/0.30

10、2含源网 0.2070.2060.3350.1990.436 本钱 元 /KWH0.1390.1510.2140.2070.1670.2200.081 *为?住宅区三联供系统的研究?中提供的数据，本钱为年运行本钱。 下面以兴降矿十八层单身职工宿舍为例，说明水源热泵采暖空调联供方案的经济性。十八层单身宿舍建筑形状为 Y形，总采暖空调建筑面积为 9564m2 , 218层为标准层，标 准层面积为562.6m2，设计冷热负荷为 573.84KW。表5为采暖空调联供方案，表 6为各方 案初投资的比，表 7 为各方案运行费的比拟，表 8 为各方案的综合比拟。采暖空调方案表 5 序号方案采暖空调方式备注方

11、案 1 以地下水为冷热源水源热泵 水-空气 冬天：热泵产生热风送至户内夏天： 热泵产生冷风送至户内每户设热泵一台将风送至各房间 方案 2 以地下水为冷热源水源热泵水-水 冬天：热泵产生热水送至风机盘管夏天：热泵产生冷水送至风机盘管热 冷源集中、每户设风机盘管方案3 电制冷 +热电厂采暖冬天：热电厂蒸气 +汽水换热器夏天：中央空调机送冷水至风机盘管热冷源集中、每户设风机盘管比照方案分体空调 +锅炉房采暖冬天：锅炉房 热电厂 供热，户内散热器夏天：每户安装分体空 调机热源集中、冷源分散空调品质较差各方案初投资的比拟表6方案 1进口方案 2 方案 3比照方案进口国产初投资*万元237.4305.82

12、38.2236.6267.15 单位建筑 面积投资元 /m2*计算时包括安装费 15%，运行调试费 5%，税及管理 5%，设计费 2%和利润 10%。各方案运行费的比拟元/m2表7方案1方案2方案3比照方案采暖空调采暖空调采暖空调 采暖空调不考虑同时使用系数，热回收系数 19.2519.259.56.29.57.2 合计 19.2519.2515.716.7 考虑修正系数 10.7810.789.54.349.57.2 合计 BGF兴隆矿地处兖州市，根据兖州市气象资料，该地区冬季采暖期天数106天，延时小时数 2544小时，最大负荷小时数 2544*20-0.4/20-17=1847小时。夏季

13、空调期天数 90 天，延时小时数 2160小时，根据济南、淄博三联供实际测试资料，取夏季最大负荷小时数 为 720 小时。那么单位建筑面积，采暖期需供热量 60W/m2*1847=110.5kwh, 空调期需冷量 60W/m2*720=43.2kwh 。各方案综合比拟表 8 方案单位供热 冷量能耗 kg 标煤 /kwh 单位供热 冷量系统投资 万元 /KW单位供热冷量设备全年运行费元/kwh方案进口 0.07方案 进口 /0.415国产0.07 方案 30.1330.4120.12 比照方案 0.1480.4650.11 从表 6、表 7、表 8 的比照可知，兴隆矿实施采暖空调，以方案 1 为

14、佳。前面提到的方案 1 水源热泵 水-空气，方案 2水源热泵 水-水在技术与经济上都是可采用的 方案。但方案 2 中大型水源热泵是一种集中冷热源的方式，目前，国内尚无大型水源热泵厂家， 进口设备较贵，而国产水源热泵系列不全， 单台容量较小， 只有将多台设备集中放置 在机房时，才能形成集中冷热源形式，投资较大，安装运行维护不便。无论是从单位供热 冷量所需能耗，还是从投资和运行费上看方案1 都具有明显的优越性。其中进口热泵机组的价格与方案 2中国产设备的投资相近， 但比方案 2进口设备价格低得多， 且不要另建机房。因此，十八层楼单身宿舍拟采用方案 1 为实施方案。 水源热泵采暖空调联供方案投资偏低的主要原因： 不设专用机房。中央空调的机房面积包括空调装置、电气及其它约为空调建筑面积的58%，其中空调装置约占 45%，以 10 层建筑物为例，其中机房约占一层。水源热泵将 空调装置分散设在每户， 不仅减少了机房的建设费用， 在寸土寸金的地区， 增加的办公面积， 营业面积的作用就更大了。 封闭水管不要保温，对竖井没有特殊要求。中央空调系统的竖井占有较多建筑物的有效 面积， 全空气系统的竖井面积更大。 竖井布置的是否恰当，不仅会影响空调系统的效率，而 且对空调的投资有较大的影响。 不占有房间的有效面积，中央空调系统的户内装置风机盘管有时放置在窗