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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

某工程位于太原市西礦街，包括3棟主樓，以公共建筑為主，總建筑面積(不含地下面積)43 000m2。分別為1棟18層20 000m2的綜合樓，1棟12層11 000m2的綜合樓(在建)以及1棟16層12 000m2的賓館。根據(jù)建設(shè)單位的要求，需對該工程進(jìn)行供熱及供冷。

常規(guī)的采暖方式有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t等。常規(guī)的制冷方式有大型冷水機(jī)組、戶用分體式空調(diào)等。燃油、燃?xì)忮仩t一般用于油氣豐富的地區(qū)，而山西省煤炭資源豐富，油氣資源相對緊張，如選用鍋爐建議采用燃煤鍋爐。小型戶用空調(diào)的能效比較低，公共建筑如整體制冷不建議采用戶用空調(diào)，采用大型冷水機(jī)組較經(jīng)濟(jì)。

本文以該工程冷熱源系統(tǒng)的方案比選為例，對常規(guī)冷熱源與地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

1 設(shè)計參數(shù)

1.1 氣象參數(shù)

(1)夏季：室外干球溫度33.1 ℃；室外濕球溫度24.9 ℃；大氣壓力95 160Pa；室外平均風(fēng)速1.80m/s。

(2)冬季：空調(diào)計算溫度-10 ℃；供暖計算溫度-7 ℃；大氣壓力96 940Pa；室外平均風(fēng)速1.70m/s。

1.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

該工程室內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：室內(nèi)制冷24～26 ℃；室內(nèi)制熱18～20 ℃；相對濕度40%～55%。

1.3 冷熱負(fù)荷估算統(tǒng)計

按節(jié)能建筑估算的冷熱負(fù)荷見表1。

1.4 供熱現(xiàn)狀

場地內(nèi)現(xiàn)有1臺3t的熱水鍋爐供暖，實際供回水溫度為70 ℃/50 ℃，已使用5年，現(xiàn)損壞嚴(yán)重。另外現(xiàn)有鍋爐房占用規(guī)劃路，需在院內(nèi)重新選址設(shè)鍋爐房。

表1 冷熱負(fù)荷估算

2 常規(guī)供熱(冷)方案

2.1 方案一：型煤鍋爐+大型冷水機(jī)組

2.1.1 初投資估算

熱源選用型煤鍋爐，因原有鍋爐房占用規(guī)劃路，需在院內(nèi)重新選址設(shè)鍋爐房。冷源各個樓分別選用大型冷水機(jī)組，并在樓頂分別設(shè)立空調(diào)機(jī)房。冷熱源選型見表2，工程初投資估算費用見表3。

表2 方案一的冷熱源選型

2.1.2 年運(yùn)行費用估算

冬季采暖按150d計，夏季供冷按105d計。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，冬季運(yùn)行費用5.86元/(月·m2)，夏季運(yùn)行費用7.65元/(月·m2)。冬季運(yùn)行費用共計126萬元，夏季運(yùn)行費用共計115萬元，每年運(yùn)行費用合計254萬元。

表3 方案一的工程初投資估算費用1)

2.2 方案二：集中供熱+大型冷水機(jī)組

2.2.1 初投資估算

熱源選用集中供熱并在院內(nèi)設(shè)換熱站。冷源各個樓分別選用大型冷水機(jī)組，并在樓頂分別設(shè)立空調(diào)機(jī)房。冷熱源選型見表4，工程初投資估算費用見表5。

表4 方案二的冷熱源選型

表5 方案二的工程初投資估算費用1)

2.2.2 年運(yùn)行費用估算

冬季采暖按5個月計，夏季供冷按3.5個月計。根據(jù)太原市集中供熱采暖費收費標(biāo)準(zhǔn)，冬季運(yùn)行費用5.8元/(月·m2)，夏季運(yùn)行費用7.65元/(月·m2)。冬季運(yùn)行費用共計124.7萬元，夏季運(yùn)行費用共計115萬元，每年運(yùn)行費用合計239.7萬元。

3 地源熱泵系統(tǒng)方案

3.1 地源熱泵簡介

地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等)進(jìn)行供熱制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

與鍋爐(燃料)供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱能將90%以上的電能或70%～90%的燃料能轉(zhuǎn)化為熱量供用戶使用。地源熱泵可比燃?xì)忮仩t節(jié)省1/2以上的能量；地源熱泵的熱源溫度一般為13～18 ℃，其制冷、制熱系統(tǒng)的性能系數(shù)COP值可達(dá)3.5～5.5，傳統(tǒng)的空氣源熱泵的相應(yīng)數(shù)值是3～4，地源熱泵的制冷性能要高出很多，而其運(yùn)行費用僅為普通中央空調(diào)的40%～60%。

3.2 方案范圍及系統(tǒng)形式

(1)方案范圍：地源側(cè)系統(tǒng)、機(jī)房系統(tǒng)、末端系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)形式：土壤源熱泵系統(tǒng)(以封閉的水為循環(huán)介質(zhì))。

3.3 方案具體說明及相關(guān)配置介紹

根據(jù)該工程的具體情況，推薦采用地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)。主要出于以下考慮：

(1)該系統(tǒng)消耗的能量為電能，利用能量為電能和淺層水所蘊(yùn)含的熱能，系統(tǒng)運(yùn)行安全，無燃煤、油、氣裝置及相關(guān)的儲存設(shè)施，70%以上的能量來自于地下巖土，節(jié)能環(huán)保。

(2)該系統(tǒng)為整體式冷暖空調(diào)系統(tǒng)，一套系統(tǒng)完成空調(diào)、采暖兩種功能，節(jié)省投資，減少占地，而且維護(hù)簡便，使用壽命長。

(3)該系統(tǒng)為全電控系統(tǒng)，操作簡便，人性化程度高?？照{(diào)、采暖運(yùn)行通過閥門切換。

因該項目尚未做熱物性測試，地埋孔深度暫時按150m計算，每延米換熱器的綜合換熱量按40W/延米計算，換熱系統(tǒng)主管采用大管徑雙U型設(shè)計，以減小系統(tǒng)阻力。垂直埋管管徑為DN32，既保障管徑足夠大，大到可以滿足換熱系統(tǒng)水的流量；也保障管徑足夠小，小到循環(huán)水在垂直埋管處于紊流狀態(tài)，以增加換熱效率。

3.4 方案設(shè)計

3.4.1 地埋管計算

該工程以采暖為主，故以冬季采暖來進(jìn)行地埋管設(shè)計。

冬季需從地下提取的熱量為：1 935kW；冬季地埋管換熱器長度為：38 700m。

地埋管換熱器井?dāng)?shù)為360口井，地埋管采取矩形布置，間距以3.5m計，預(yù)計占地面積4 410m2。

3.4.2 主機(jī)選型

地源熱泵主機(jī)選型見表6。

表6 地源熱泵主機(jī)選型

選用兩臺GSHP1020Ⅱ地源熱泵主機(jī)，互為備用。主機(jī)、循環(huán)泵、水處理設(shè)備等均置于機(jī)房內(nèi)。

空調(diào)水水溫夏季為7 ℃/12 ℃，冬季為40 ℃/45 ℃。

以上設(shè)計均是依據(jù)工程經(jīng)驗，待初步設(shè)計時會根據(jù)試驗井的熱物性測試結(jié)果，進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，詳細(xì)的設(shè)計計算將在施工設(shè)計階段完成。

3.4.3 機(jī)房設(shè)備估價

地源熱泵機(jī)房設(shè)備估價見表7。

表7 地源熱泵機(jī)房設(shè)備估價表

3.5 工程總投資估算

地源熱泵系統(tǒng)工程總投資估算見表8。

表8 地源熱泵系統(tǒng)工程初投資估算表1)

另外，根據(jù)山西省人民政府辦公廳《關(guān)于加快既有建筑節(jié)能改造工作的意見》(晉政辦發(fā)[2008] 10號)，采用地源熱泵系統(tǒng)可按50元/m2的標(biāo)準(zhǔn)獲得政府補(bǔ)貼，即43 000m2共獲補(bǔ)貼資金215萬元。

3.6 運(yùn)行費用估算

冬季采暖按150d計，夏季供冷按105d計。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，冬季運(yùn)行費用4.2元/(月·m2)，夏季運(yùn)行費用4.35元/(月·m2)。冬季運(yùn)行費用共計90.3萬元，夏季運(yùn)行費用共計65.5萬元，每年運(yùn)行費用合計155.8萬元。

3.7 地源熱泵系統(tǒng)的特點

(1)主機(jī)房小，安排靈活方便。

(2)減少了相應(yīng)的鍋爐房建設(shè)費用，省去了爐渣、煤場等的占地。

(3)沒有冷卻塔等龐大笨重的附屬設(shè)施，不影響建筑外觀。

(4)不需要支付昂貴的燃?xì)饨涌谫M用和龐大的燃?xì)赓M用。

(5)運(yùn)行費用穩(wěn)定，易測算。

(6)系統(tǒng)維護(hù)方便，維修量小。

3.8 地源熱泵系統(tǒng)的環(huán)境效益

該工程采用地源熱泵技術(shù)的節(jié)能減排量見表9。

表9 地源熱泵技術(shù)的節(jié)能減排量

4 結(jié)語

經(jīng)過對幾種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，該工程的冷熱源系統(tǒng)決定采用地源熱泵系統(tǒng)。項目的實施不僅改善了小區(qū)周邊的環(huán)境，避免了排煙對環(huán)境的影響，同時減少了“三廢”的排放，具有明顯的社會效益、環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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