石東森 李 恒 王永輝

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水源熱泵型低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)在鄭州基正住宅小區(qū)的實(shí)際應(yīng)用

石東森 李 恒 王永輝

（鄭州自動(dòng)化研究所 鄭州 450006）

提出在常用低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)中增設(shè)回水加熱器，以回收生活熱水系統(tǒng)的排水。對(duì)可選的5種回水加熱熱源——燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐及水源熱泵的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較，提出水源熱泵輔助低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)。

低溫地?zé)?；生活熱水；水源熱?/p>

0 引言

近年來(lái)，利用低溫地?zé)崴疄樽≌^(qū)集中供應(yīng)生活熱水已成為地?zé)崴玫闹饕绞街弧５\(yùn)行中發(fā)現(xiàn)低溫地?zé)崴顭崴到y(tǒng)存在排放溫度高（38℃以上），排放量大，地?zé)豳Y源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)、有效的方法，而節(jié)能、高效的水源熱泵是最為有效的一種改造低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)方式。水源熱泵是一種利用地表淺層水來(lái)進(jìn)行熱交換，提取淺層水的熱量，通過(guò)制冷機(jī)做功進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，最終把地下淺層水的熱量提取出來(lái)給生活熱水，滿足用戶需要。水源熱泵從上世紀(jì)90年代在我國(guó)開(kāi)始發(fā)展，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展已日趨成熟和完美，尤其近年成為國(guó)家大力提倡發(fā)展的一種節(jié)能、環(huán)保新型空調(diào)方式。

1 低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)的改造

1.1 生活熱水系統(tǒng)分析

在常用低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)中（如圖1），溫控閥的設(shè)定溫度一般為生活熱水回水的最低溫度，通常為38℃，冬季略高，夏季略低。當(dāng)生活熱水回水溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)排水。反之，系統(tǒng)保持循環(huán)。常規(guī)生活熱水系統(tǒng)中，通過(guò)設(shè)置回水加熱器，間接或直接加熱生活熱水回水、補(bǔ)水，提高水溫后供給用戶，運(yùn)行中無(wú)排水。低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)也可通過(guò)增設(shè)回水加熱器回收系統(tǒng)排水，補(bǔ)水由地?zé)峋峁虼藛?wèn)題的關(guān)鍵在于選擇回水加熱熱源，最大化利用地?zé)崮堋?/p>

圖1 常規(guī)生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)

1.2 回水加熱熱源的選擇

選擇回水加熱熱源時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乜衫媚茉吹那闆r，選擇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的方案。回水加熱熱源包括燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐及水源熱泵等，其中水源熱泵是一種高效的節(jié)能裝置，以生活熱水回水作為提取熱量的熱源，制熱性能系數(shù)在4.5以上。

1.2.1 節(jié)能性比較

表1 各種熱源的一次能源利用率

由表1可知，水源熱泵的一次能源利用率最高，在可供選擇的5種回水加熱熱源中，其節(jié)能性最佳（發(fā)電效率取30%）。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)性比較

設(shè)定將生活熱水回水由38℃加熱至46℃，折合成單位熱功率的設(shè)備造價(jià)及加熱單位質(zhì)量生活熱水的燃料費(fèi)、電費(fèi)見(jiàn)表2。

表2 經(jīng)濟(jì)性比較

煤的低位發(fā)熱量按20.9MJ/kg計(jì)，柴油的低熱值按41.9MJ/kg計(jì)，天然氣低熱值按37.7MJ/m3計(jì)。煤價(jià)按400元/t計(jì)，柴油價(jià)格按4.00元/kg計(jì)，天然氣價(jià)格按2.25元/m3計(jì)，電價(jià)按0.56元/kWh計(jì)。

由表2可知，5種回水加熱熱源中，燃煤鍋爐經(jīng)濟(jì)性最佳，但從能源可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，水源熱泵具有更高的優(yōu)越性，而且其具有自動(dòng)化程度高、環(huán)保、占地小等特點(diǎn)。

1.3 水源熱泵輔助低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)形式與特點(diǎn)

水源熱泵輔助低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)以地?zé)峁崴疄橹?，水源熱泵加熱為輔。當(dāng)?shù)責(zé)崴c生活熱水回水的混水溫度高于設(shè)計(jì)溫度時(shí)，水源熱泵不啟動(dòng)。當(dāng)混水溫度低于設(shè)計(jì)溫度時(shí)，水源熱泵啟動(dòng)，儲(chǔ)水罐中低于設(shè)計(jì)溫度的低溫?zé)崴环殖蓛陕罚阂宦纷鳛樗礋岜玫臒嵩?，?jīng)換熱器換熱后排放。另一路作為被加熱對(duì)象，經(jīng)水源熱泵加熱升溫后返回儲(chǔ)水罐。通過(guò)設(shè)置水源熱泵，提取部分低溫?zé)崴械臒崃?，加熱另一部分低溫?zé)崴瑥亩岣邇?chǔ)水罐中的混水溫度，降低了地?zé)崴欧艤囟取?/p>

2 工程實(shí)例

鄭州市基正置業(yè)住宅小區(qū)，建筑面積為200000m2，生活熱水用戶2200戶，每戶生活熱水用量約0.06t/(戶·d)。地?zé)峋?口，井深為1100米，出水溫為48℃，井水流量為98m3/h。小區(qū)原生活熱水系統(tǒng)為常用低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)，供暖期（120d）利用供熱鍋爐加熱生活熱水，系統(tǒng)無(wú)排水。夏季系統(tǒng)排水質(zhì)量流量約400t/d，春、秋兩季系統(tǒng)排水質(zhì)量流量約700t/d。系統(tǒng)排水溫度約38℃，高于地?zé)崴欧艠?biāo)準(zhǔn)（35℃），所以原生活熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性很差。

改造后需新建水源熱泵設(shè)備間，面積為40m2，配置3臺(tái)水源熱泵，單臺(tái)制熱量為45kW，輸入功率為10kW。換熱器的換熱面積為4m2。配置2臺(tái)（1用1備）熱泵給水泵，單臺(tái)功率為1.5kW。配置2臺(tái)（1用1備）水源循環(huán)泵，單臺(tái)功率為1.5kW。改造后的生活熱水系統(tǒng)控制地?zé)崴欧艤囟葹椋?5±2）℃，非供暖期系統(tǒng)排水質(zhì)量流量約30t/d，生活熱水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，基本達(dá)到預(yù)期效果。改造前后系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表3。

表3 改造前后系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較

系統(tǒng)改造的工程造價(jià)為37.7萬(wàn)元。若按生活熱水售價(jià)4.5元/t計(jì)算，年收入23.6萬(wàn)元/年。改造前年虧損19.9萬(wàn)元/年，改造后年贏利6.6萬(wàn)元/年。若不計(jì)算人工費(fèi)及折舊費(fèi)，6年即可回收投入的資金（地?zé)崴?.3元/t）。

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，水源熱泵輔助低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)運(yùn)行可靠，可以有效降低系統(tǒng)排水溫度及排水量，節(jié)能、節(jié)水效果顯著。水源熱泵技術(shù)與生活熱水系統(tǒng)結(jié)合，不但擴(kuò)大了地?zé)崂玫目臻g及溫度界限，還拓展了水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)是低溫地?zé)豳Y源的大國(guó)，但溫度在40℃以下的地?zé)崴Y源及地?zé)崴┡鬁囟仍?0℃左右的地?zé)嵛菜y以利用，利用水源熱泵輔助低溫地?zé)嵘顭崴到y(tǒng)可回收這些低品位熱能，從而達(dá)到充分利用地?zé)崮艿男Ч?/p>

[1] 陸耀宗,蔣文源,胡鶴鈞,等.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1994.

[2] 蔡義漢.地?zé)嶂苯永肹M].天津:天津大學(xué)出版社,2004.

[3] 西安交通大學(xué).機(jī)械工程手冊(cè)第6篇:熱工學(xué)（試用本）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1978.

[4] 郭慶堂.實(shí)用制冷工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1994.

[5] 周志華.空調(diào)系統(tǒng)水處理若干問(wèn)題[C].全國(guó)暖通空調(diào)制冷年會(huì)論文集,1988.

[6] 江森自控公司.空調(diào)自控應(yīng)用手冊(cè)[M].

[7] 王亮亮,解國(guó)珍,褚偉鵬.地源熱泵技術(shù)的理性應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2013,(1):61-64.

[8] 黃培雷,楊志新,蔣哲敏.高精度計(jì)量實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制冷與空調(diào),2013,(4):343-347.

The Actual Application of Geothermal Hot Water System of Low Temperature Water Source Heat Pump in Zhengzhou Base is Residential Area

Shi Dongsen Li Heng Wang Yonghui

( Zhengzhou Institute of automation, Zhengzhou, 450006 )

It is proposed that the return water heater is added in convention M domestic hot water system with low-temperature geothermal energy to recovery the discharge water from the domestic hot water system. A comparison is made on the energy saving and economy for five kinds of optional heat sources for heating return water, including coal fired boiler, oil-fired boiler, gas-fired boiler, electric boiler and water source heat pump. A domestic hot water system with low-temperature geothermal energy assisted by water source heat pump is put forward.

low-temperature geothermal energy; domestic hot water; water source heat pump

1671-6612（2017）04-388-03

TK529

A

石東森（1978.12-），男，本科，工程師，E-mail：sds211@sina.com

2016-09-29