郭俊捷

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，能源緊缺的問題越來越凸顯，利用可再生能源勢(shì)必成為解決能耗問題的根本途徑。我國(guó)建筑能源消耗約占國(guó)家能源消耗的20%～30%，而建筑能耗中空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗大于60%。推廣建筑節(jié)能技術(shù)勢(shì)在必行，而可再生能源的利用在建筑節(jié)能中非常重要，地源熱泵技術(shù)便屬于可再生能源利用技術(shù)，它能有效利用地下淺層地?zé)豳Y源，是一種既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。

一、項(xiàng)目概況

常德市卡樂星球歡樂世界配套建筑地點(diǎn)位于常德市柳葉湖旅游度假區(qū)的環(huán)湖人工島上。項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積428171m2，建筑占地面積51483m2，總建筑107170m2。 配套建筑面積為73721m2，由入口酒店、入口服務(wù)區(qū)、商業(yè)、卡樂宮、員工宿舍、辦公等單體建筑組成，空調(diào)設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為8541kW，總熱負(fù)荷為5715kW，空調(diào)系統(tǒng)能源站擬設(shè)計(jì)在地下室。此項(xiàng)目位于柳葉湖湖區(qū)內(nèi)，地表水及地下水資源非常豐富，水體（土壤）溫度相對(duì)穩(wěn)定。

二、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與優(yōu)勢(shì)

地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，地源源泵是利用其中積蓄的低品位能源，通過少量高品位電能的輸入，不斷將地?zé)豳Y源中大量取之不竭但又不易利用的低品位熱能置換出來，使其變成可利用的高品位熱能，實(shí)現(xiàn)低位能向高位能轉(zhuǎn)移的一種可再生能源利用技術(shù)。它可以滿足各類建筑夏季供冷、冬季供暖以及生活熱水的需求，是一種節(jié)能環(huán)保、先進(jìn)實(shí)用的新型空調(diào)技術(shù)。

2.采用地源熱泵系統(tǒng)的可行性分析

柳葉湖有廣闊的水面，水質(zhì)保持在2～3類水質(zhì)，水溫冬季最低在4.4度，夏季最高在28度，水溫、水量滿足冬夏季換熱條件，是理想的冷熱源，可以優(yōu)先考慮采用湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。但是考慮到冬季極端天氣，地表水溫度可能不能滿足水源熱泵機(jī)組制熱需求，需采取應(yīng)對(duì)冬季極端天氣的備用方案，本項(xiàng)目擬采用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)作為極端天氣備用空調(diào)系統(tǒng)。

本項(xiàng)目進(jìn)行了地下水水質(zhì)水溫勘探測(cè)，地下13.5～23 m含圓礫，淺層地下水富水性高，滿足水量（試驗(yàn)出水為：100m3/h），地下水溫度的觀測(cè)采用普通水銀溫度表。將溫度表裝入專制的金屬殼內(nèi)，放入井中水面下10m，5分鐘后取出讀數(shù)。地下水溫基本在16～18度，滿足水溫條件。水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告分析顯示，水質(zhì)含鐵錳已高達(dá)7.0mg/L以上（規(guī)范評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)＜1.0mg/L），超標(biāo)造成設(shè)備管道運(yùn)行清洗頻繁效率衰減，當(dāng)直接進(jìn)入水源熱泵機(jī)組時(shí)，亞鐵極易氧化成三價(jià)鐵沉淀堵塞風(fēng)管，而且不可直接進(jìn)入水源熱泵機(jī)組。因此，本項(xiàng)目地下水源熱泵系統(tǒng)不宜采用地下水作為主要熱源，可作為冬季極端天氣備用系統(tǒng)。

綜合分析本項(xiàng)目采用湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)供冷供熱，采用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)作為冬季極端天氣備用空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換通過室外管路閥門轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。

本項(xiàng)目取水口的位置選擇，根據(jù)下列基本要求，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：

（1）位于水質(zhì)較好的地帶；

（2）靠近主流和岸線，有足夠的水深，有穩(wěn)定的湖床，有良好的工程地質(zhì)條件；

（3）盡可能不受泥沙、漂浮物等影響；

（4）不妨礙航運(yùn)、排洪和涉湖建筑工程，并符合湖泊、河道、水庫整治規(guī)劃的要求；

（5）不妨礙現(xiàn)有城鎮(zhèn)供水及其他已有自用水源的正常取水；

（6）優(yōu)先選擇取水揚(yáng)程低、輸水距離短以及具有可行的施工場(chǎng)所和地質(zhì)、地形條件的位置作為取水口位置；

（7）源水取水口宜靠近冷熱源機(jī)房。

設(shè)計(jì)夏季負(fù)荷最大湖水溫差為5℃、冬季負(fù)荷湖水溫差為3～4℃；計(jì)算取水規(guī)模最大量為1400m3/h，設(shè)4臺(tái)流量為400 m3/h、揚(yáng)程40m的潛污泵作為水源抽水裝置。取退水管管徑為DN500，設(shè)計(jì)流速 v=2.49m/s。取水泵房取水采用岸邊式取水方式。岸邊式取水形式由取水頭部、進(jìn)水管、調(diào)節(jié)池 和取水泵房組成。原水通過設(shè)在水源最低水位之下的進(jìn)水頭部，經(jīng)過進(jìn)水管流至水量調(diào)節(jié)池，然后由重力自流或泵房加壓送至能源中心站。

3.空調(diào)機(jī)組選型

本項(xiàng)目擬設(shè)置兩個(gè)空調(diào)主機(jī)房，機(jī)房1設(shè)置于酒店地下室，為酒店、商業(yè)及卡樂宮供冷供熱，機(jī)房合計(jì)供冷量4080 kW，供熱量2874 kW?？稍O(shè)置額定制冷量為1435kW，制熱量為1562kW的水源熱泵機(jī)組3臺(tái)。機(jī)房2位于員工宿舍地下室，為辦公樓、員工宿舍及入口服務(wù)區(qū)供冷供熱，機(jī)房合計(jì)供冷量4461 kW，供熱量2841kW?？紤]宿舍部分同時(shí)使用系數(shù)，可設(shè)置額定制冷量為1435kW，制熱量為1562kW的水源熱泵機(jī)組3臺(tái)。

三、不同空調(diào)方案經(jīng)濟(jì)性比較

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)對(duì)比，效率更高更節(jié)能，下面將對(duì)地源熱泵系統(tǒng)與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)進(jìn)行比較。

方案一：采用地源熱泵系統(tǒng)集中供冷供熱，本工程一共采用6臺(tái)額定制冷量為1431kW，制熱量為1343kW的YEWS375水/地源熱泵機(jī)組。

方案二：采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)，選用8臺(tái)額定制冷量為1032kW，制熱量為1025kW的YSP1060螺桿式風(fēng)冷機(jī)組。

水/地源熱泵機(jī)組與風(fēng)冷熱泵機(jī)組價(jià)格差異不大，采用地下水地源熱泵系統(tǒng)作為備用，需采用18口熱源井，一供二回，井深60m，出水量或回灌量為100m3/h左右，預(yù)計(jì)單井造價(jià)在15萬左右，合計(jì)造價(jià)270萬元。湖水源熱泵系統(tǒng)需設(shè)置取水泵站，泵站配置相應(yīng)潛水泵及閥門管件，造價(jià)在150萬元左右。本項(xiàng)目采用地源熱泵系統(tǒng)初投資比風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)多出420萬元。

本項(xiàng)目常年采用湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)僅作為極端天氣備用，故本次估算按湖水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用采用下式估算：

式中：C-制冷（供熱）運(yùn)行費(fèi)用，元；

P-制冷（供熱）額定功率，kW；

n-日運(yùn)行小時(shí)數(shù)，取8小時(shí)；

m-制冷（供熱）天數(shù)，夏季取120天，冬季取90天；

D-負(fù)荷率，夏季取65%，冬季取60%；

V-電價(jià)-0.7元/kWh。

湖水源熱泵與風(fēng)冷熱泵運(yùn)行費(fèi)用比較表

由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，本項(xiàng)目采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)雖然比采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)初投資多出420萬元，但是年運(yùn)行費(fèi)用比風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)少62.8萬元，在6～7年內(nèi)即可回收多出的投資成本。

四、結(jié)語

本項(xiàng)目從初投資、運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約、環(huán)保節(jié)能、維護(hù)及壽命等多方面考量，采用湖水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行，優(yōu)先采用湖水源熱泵系統(tǒng)，為了保證冬季極端天氣空調(diào)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，采用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)。系統(tǒng)均能夠滿足卡樂星球歡樂世界空調(diào)需求，節(jié)能環(huán)保，全生命周期內(nèi)整體投資+運(yùn)營(yíng)成本均低于風(fēng)冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)。