文/陳非　建設綜合勘察研究設計院有限公司　100081

熱泵技術在某項目設計中的應用

文/陳非建設綜合勘察研究設計院有限公司100081

隨著全球環(huán)境的不斷惡劣，節(jié)能、環(huán)保問題已成為全人類必須面對并加以解決的重大課題。暖通系統(tǒng)的節(jié)能也成為了人們關注的重點。本文通過對三亞某酒店項目中利用空調(diào)冷回水為熱源的空調(diào)兼生活熱水系統(tǒng)的熱泵技術的應用及分析，旨在暖通設計過程中不斷完善優(yōu)化設計，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

節(jié)能，變頻，空氣源熱泵，熱回收型水源熱泵

引言：

經(jīng)濟建設快速發(fā)展的背景下，人們的生活質(zhì)量獲得了明顯的提升。相關調(diào)查數(shù)據(jù)中顯示，我國建筑暖通空調(diào)的使用率正處于逐年的上升態(tài)勢，隨之而來則產(chǎn)生了一系列的能源消耗問題。公共建筑暖通能耗特別高，節(jié)能潛力也巨大。熱泵技術是回收和利用低位熱能的有效手段之一，在工程領域已得到日益廣泛的應用，在節(jié)能工作中發(fā)揮了重要的作用。

1、水源熱泵熱回收及能量綜合利用

水源熱泵技術是利用地表淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能的輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的技術。利用熱泵技術，可以充分利用空調(diào)的余熱，制造出即產(chǎn)“冷”又產(chǎn)“熱”的兩用機組。夏季利用空調(diào)用熱泵機組的冷凝熱，可以做到制取空調(diào)冷水的同時，又很方便的得到生活熱水。本工程即利用空調(diào)冷回水為熱源，采用熱水熱泵機組，實現(xiàn)了對低位熱能的回收，在空調(diào)系統(tǒng)制冷的同時，也得到了生活熱水這個副產(chǎn)品。一機多用，使能量綜合利用效益最大化。

2 工程概況

本項目為三亞某酒店，包括豪華地標酒店、公寓式酒店、會展酒店、會展中心、商業(yè)中心、電影院、水上樂園等功能的70多萬平方米超級酒店群。項目分三期建設，本工程為該項目中的6#～8#樓，總空調(diào)面積約6.26萬m2 ，主體建筑高度82m，經(jīng)負荷計算，夏季空調(diào)總冷負荷為8338KW，建筑面積冷負荷指標為123w/m2。生活熱水總熱負荷為2400kW。

2.1空調(diào)、熱水冷熱源

在空調(diào)系統(tǒng)中，冷熱源設備初投資大，運行能耗中所占比例高，因此冷熱源設備選擇至關重要。針對本項目二層以下為商業(yè)，三層以上為酒店的建筑布局特點，結合三亞當?shù)氐姆骞入妰r差異政策，空調(diào)冷源采用了部分蓄冰方式的冰蓄冷系統(tǒng)，基載機組負擔夜間負荷，雙工況機組夜間滿負荷開啟進行蓄冰，白天根據(jù)空調(diào)負荷及電價情況調(diào)整冷機開啟臺數(shù)，并配合閥門及水泵變頻來調(diào)整蓄冰槽供冷量。

根據(jù)三亞的氣象特點，一年中2～11月份均為制冷季，12～1月份為過渡季，經(jīng)征詢該項目酒店管理公司意見，不提供空調(diào)供熱。根據(jù)負荷計算結果，結合熱泵的工作特點，生活熱水系統(tǒng)采用熱回收式熱泵系統(tǒng)（空調(diào)水源熱泵+空氣源熱泵），制冷季時，利用空調(diào)水源熱泵在空調(diào)系統(tǒng)制冷的同時，向生活熱水提供熱量；非制冷季時，生活熱水系統(tǒng)切換至屋頂空氣源風冷熱泵系統(tǒng)。上述冷熱源配置方式即考慮了降低運行費用，又平衡了城市能源供應結構。工程冷源選用了650USRT的基載機組2臺，650USRT的雙工況機組1臺，機組置于地下二層能源中心，冷水供回水溫度7/12℃；熱源選用制熱量1199KW的高溫型熱水熱泵機組2臺，置于能源中心，制熱量772KW的高溫風冷熱泵機組3臺，置于屋頂，熱水供回水溫度55/50℃。

冷熱源系統(tǒng)圖如下：

2.2熱水系統(tǒng)運行策略

2.2.1判斷水源熱泵、風冷熱泵制取熱水的依據(jù)：

（1）當水源熱泵蒸發(fā)器進水溫度低于10度時，熱水由風冷熱泵制取。

（2）當水源熱泵蒸發(fā)器進水溫度高于10度時，熱水由水源熱泵制取。

2.2.2熱泵熱水循環(huán)泵與熱泵的對照比例

熱泵熱水循環(huán)泵與水源熱泵、風冷熱泵的對照比例為1臺水泵對應1臺熱泵機組。熱水循環(huán)泵為變頻泵，根據(jù)工況調(diào)整水泵運行頻率。

2.2.3熱泵熱水循環(huán)泵變頻

（1）當熱源為水源熱泵時，熱水循環(huán)泵的運行頻率為40hz左右，現(xiàn)場調(diào)試確定。

（2）當熱源為風冷熱泵時，熱水循環(huán)泵的運行頻率為50hz左右，現(xiàn)場調(diào)試確定。

（3）水泵運行頻率在調(diào)試完成后，頻率不再隨某個信號變動頻率，定頻運行。

2.2.4熱泵的啟動臺數(shù)根據(jù)熱泵熱水總管上供回水溫差確定。

2.2.5熱水系統(tǒng)出水溫度控制：根據(jù)熱水出水溫度調(diào)節(jié)各自熱源三通調(diào)節(jié)閥。

2.2.6熱水溫度由熱泵設定好出口溫度后自行控制，確定熱泵出口溫度（可自由設定）。

2.3熱水系統(tǒng)和空調(diào)冷水系統(tǒng)的啟動關系

（1）無論在何種電價時段，用熱泵制取熱水，在制取熱水的同時向空調(diào)系統(tǒng)提供冷負荷。

（2）制取熱水同時制取的冷負荷能夠滿足空調(diào)需求，則空調(diào)系統(tǒng)（包括蓄冰系統(tǒng)+基載主機）不再開啟。

（3）如果熱水熱泵蒸發(fā)器出口溫度低于4度，表明制取熱水時制取的冷負荷已經(jīng)超過空調(diào)使用需求冷負荷，則熱泵系統(tǒng)切換至風冷熱泵制取熱水。

（4）如果熱泵制取熱水的同時不能滿足空調(diào)冷負荷的需求時，冰蓄冷+基載冷機啟動。

（5）空調(diào)冷水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)在不同負荷段的啟動描述如下：

設計日（100％負荷）負荷分配策略：由于空調(diào)系統(tǒng)設計日的逐時冷負荷較大，為了充分利用蓄冰槽和制冷機的供冷能力，最大限度降低系統(tǒng)運行電費，空調(diào)冷負荷由基載冷機和蓄冰槽共同承擔。雙工況制冷機夜間制冰，白天峰值負荷時參與制冷，此時段內(nèi)，系統(tǒng)負荷均大于熱泵熱水主機所制取冷量，熱水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)匹配良好。

75％、50％負荷段負荷分配策略：該負荷段在三亞的整個空調(diào)期出現(xiàn)的時間比較長，合理的分配空調(diào)負荷，調(diào)整好雙工況冷機、基載冷機、蓄冰槽的供冷，是決定該時段能源站空調(diào)及熱水系統(tǒng)運行費用節(jié)省多少的關鍵。在此時段內(nèi)，系統(tǒng)負荷均大于熱泵熱水主機所制取冷量，熱水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)匹配良好。

25％負荷段負荷分配策略：25％負荷段的空調(diào)日總冷負荷較小，日間大部分冷負荷可由冰槽負擔。此時需要把熱泵熱水系統(tǒng)切換至風冷熱泵系統(tǒng)，熱泵主機切換通過蒸發(fā)器出口溫度確定。

2.4熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟型分析

2.4.1計算用能源價格依據(jù)

燃氣：熱值，8000 KCAL/NM3，3.00元/NM3

電：0.80元/kwh

2.4.2生活熱水日耗水量

2.4.5當?shù)氐纳虡I(yè)燃氣價格是3 元/NM3，平均電價是0.8元的情況下，熱泵熱水系統(tǒng)年運行費用比燃氣系統(tǒng)運行費用低2275988元，節(jié)省的運行費用相當可觀。

3 結束語

熱泵系統(tǒng)在節(jié)能性、環(huán)保性方面都有較大優(yōu)勢，特別是在建筑供暖、供冷中能更加明顯的得以體現(xiàn)。應用熱泵技術進行空調(diào)余熱回收和冷熱量綜合利用是建筑節(jié)能的一個有效措施。該項目已于2013年投入使用，得益于復雜自控系統(tǒng)的實現(xiàn)，該系統(tǒng)供冷、供熱運行良好。達到了環(huán)保、節(jié)能的目的，對于供冷供熱都有需求的場所和建筑，節(jié)能優(yōu)勢比較明顯。

【1】陸耀慶《實用供熱空調(diào)設計手冊》 第二版.2007

【2】蔣能照 《空調(diào)用熱泵技術及應用》 第一版.1997

【3】林康立 《有關利用空調(diào)余熱，發(fā)展熱泵三用機組的探討》 2003.12

【4】丁衛(wèi)東，袁魯濱《水源熱泵技術在供熱空調(diào)工程中的應用》 節(jié)能2002（5）