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        熱泵技術(shù)在某項目設(shè)計中的應(yīng)用

        2016-12-27 08:59:08陳非
        關(guān)鍵詞:空氣源熱泵節(jié)能變頻

        陳非

        【摘要】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(guān)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(shù)的應(yīng)用及分析,旨在暖通設(shè)計過程中不斷完善優(yōu)化設(shè)計,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

        【關(guān)鍵詞】節(jié)能;變頻;空氣源熱泵;熱回收型水源熱泵

        引言:

        經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(guān)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(shù)是回收和利用低位熱能的有效手段之一,在工程領(lǐng)域已得到日益廣泛的應(yīng)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(shù)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?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y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(shù)。利用熱泵技術(shù),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(jī)組。夏季利用空調(diào)用熱泵機(jī)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(jī)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(jī)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(biāo)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(shè),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(fù)荷計算,夏季空調(diào)總冷負(fù)荷為8338KW,建筑面積冷負(fù)荷指標(biāo)為123w/m2。生活熱水總熱負(fù)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(shè)備初投資大,運行能耗中所占比例高,因此冷熱源設(shè)備選擇至關(guān)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(jié)合三亞當(dāng)?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(jī)組負(fù)擔(dān)夜間負(fù)荷,雙工況機(jī)組夜間滿負(fù)荷開啟進(jìn)行蓄冰,白天根據(jù)空調(diào)負(fù)荷及電價情況調(diào)整冷機(jī)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(fù)荷計算結(jié)果,結(jié)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(fēng)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(yīng)結(jié)構(gòu)。工程冷源選用了650USRT的基載機(jī)組2臺,650USRT的雙工況機(jī)組1臺,機(jī)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(jī)組2臺,置于能源中心,制熱量772KW的高溫風(fēng)冷熱泵機(jī)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(fēng)冷熱泵制取熱水的依據(jù):

        (1)當(dāng)水源熱泵蒸發(fā)器進(jìn)水溫度低于10度時,熱水由風(fēng)冷熱泵制取。

        (2)當(dāng)水源熱泵蒸發(fā)器進(jìn)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(fēng)冷熱泵的對照比例為1臺水泵對應(yīng)1臺熱泵機(jī)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(dāng)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(dāng)熱源為風(fēng)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(shè)定好出口溫度后自行控制,確定熱泵出口溫度(可自由設(shè)定)。

        2.3 熱水系統(tǒng)和空調(diào)冷水系統(tǒng)的啟動關(guān)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(fù)荷。

        (2)制取熱水同時制取的冷負(fù)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(jī))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(fù)荷已經(jīng)超過空調(diào)使用需求冷負(fù)荷,則熱泵系統(tǒng)切換至風(fēng)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(fù)荷的需求時,冰蓄冷+基載冷機(jī)啟動。

        (5)空調(diào)冷水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)在不同負(fù)

        荷段的啟動描述如下:

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

        75%、50%負(fù)荷段負(fù)荷分配策略:該負(fù)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(fù)荷,調(diào)整好雙工況冷機(jī)、基載冷機(jī)、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(guān)鍵。在此時段內(nèi),系統(tǒng)負(fù)荷均大于熱泵熱水主機(jī)所制取冷量,熱水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)匹配良好。

        25%負(fù)荷段負(fù)荷分配策略:25%負(fù)荷段的空調(diào)日總冷負(fù)荷較小,日間大部分冷負(fù)荷可由冰槽負(fù)擔(dān)。此時需要把熱泵熱水系統(tǒng)切換至風(fēng)冷熱泵系統(tǒng),熱泵主機(jī)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(jì)型分析

        2.4.1 計算用能源價格依據(jù)

        燃?xì)猓簾嶂担?000 KCAL/NM3,3.00元/NM3

        電:0.80元/kwh

        2.4.2 生活熱水日耗水量

        2.4.3 熱泵熱水費用計算

        2.4.4 燃?xì)忮仩t熱水費用計算

        2.4.5當(dāng)?shù)氐纳虡I(yè)燃?xì)鈨r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?xì)庀到y(tǒng)運行費用低2275988元,節(jié)省的運行費用相當(dāng)可觀。

        結(jié)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(yīng)用熱泵技術(shù)進(jìn)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(fù)雜自控系統(tǒng)的實現(xiàn),該系統(tǒng)供冷、供熱運行良好。達(dá)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。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陸耀慶.《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》第二版.2007

        [2]蔣能照.《空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用》第一版.1997

        [3]林康立.《有關(guān)利用空調(diào)余熱,發(fā)展熱泵三用機(jī)組的探討》2003.12

        [4]丁衛(wèi)東,袁魯濱.《水源熱泵技術(shù)在供熱空調(diào)工程中的應(yīng)用》節(jié)能2002(5)

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