京津水城温泉酒店水源热泵空调系统设计

【摘要】介绍了水源热泵的原理与优点，以京津水城温泉酒店为实例，进行了水源热泵系统的设计，并对工程投资和运行费用进行了估算，提出了类似温泉酒店类建筑的节能设计方案。

【关键词】水源热泵；温泉酒店；梯级利用；节能

引言：随着中国人居环境的改善和人民生活质量的提高，公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求，造成建筑能耗占全社会总能耗的比例很大且持续增长。所以空调系统节能始终是建筑环境与设备领域中的重要研究课题。

水源热泵是一种以消耗部分能量作为补偿条件使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。地表水、地下水、工业和生活废水都可用作热泵的低位热源。

水源热泵不仅具有节能环保、运行稳定、控制简单、结构紧凑等优点，同时相对于空气和土壤而言，优点有两个：一是水的比热最高，传热性能最好，换热设备体积紧凑；另一个是水温比较稳定，因而热泵运行工况稳定。水是较为理想的热泵空调用冷热载体。

1、项目概况

京津水城项目位于天津市以东，宁河县境内的北京清河农场。该地块拟建设以会议、餐饮、娱乐、滨水休闲、度假、观光农业为一体的综合性生态园。500 亩生态园规划总建筑面积9.6 万平米，其中一期温泉酒店1.34 万平米，二期会议中心及温泉客房2.5 万平米、三期办公楼 1.11 万平米、三期企业会所 1.5 万平米、三期商务酒店3.15 万平米。本设计主要满足一期1.34 万平米温泉酒店使用功能，该酒店包括温泉中心、餐饮、会议、办公等于一体，地上三层，建筑高度12.6米，效果图见图1。

图 1 温泉酒店效果图

Fig.1 The rendering of the hot springs hotel

2、设计参数

2.1室外气象参数

设计参照国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003），根据该地区的气候特征，系统设计参数确定如下：

夏季：空调干球温度33.4°C，室外湿球温度26.9°C，室外风速2.6m/s。

冬季：空调干球温度-11°C，采暖计算温度-9°C，室外风速3.1m/s。

2.2室外地热条件

本项目位于津汉路西侧，临近地区的地热开采量较少，地热资源较为丰富。经专业地热公司的勘测，本区域2000m深的地热井出水水温度在55°C左右，单井出水量在40m3/h左右。地热水经温泉梯级利用后可供水源热泵机组使用。

2.3系统负荷指标与参数

经负荷计算确定建筑物各部分空调负荷如下：

表1建筑空调负荷

Chart 1 The load of air conditioning

功能名称 夏季负荷

（W/㎡） 冬季负荷

（W/㎡） 新风量

（㎡/h.人）

温泉客房 70 53 30

会议中心 90 78 30

餐饮区 100 85 30

厨房 — 45 —

SPA中心 66 48 30

办公区 75 50 30

酒吧 85 66 30

酒店大堂 50 35 10

建筑总冷负荷1210KW，总热负荷990KW。另外，会议中心生活热水需由热泵机房提供，设计最大小时耗热量为350KW。

3、空调系统设计

3.1冷热源系统

本项目甲方计划开采两口2000米深井地下水供一、二期总计3.84万平米使用。结合一期建筑负荷情况，选用两台意大利生产的克莱门特螺杆型PSRHH2402-Y水源热泵机组，其中一台选用带热回收功能机组。

夏季运行工况下，供回水温度为7/12°C，采用设在室外地坪的冷却水塔提供机组冷却用水，供回水温度为32/37°C。生活热水优先采用制冷机组运行时由机组热回收器提供的热量，利用循环水泵将生活热水加热。在空调负荷较低时，制冷机组热回收量无法满足生活热水供水温度时，切换至地热水换热制备，以满足生活热水供水温度。夏季生活热水供水温度为45～50°C。

冬季运行工况下，供回水温度为45/50°C，水源側温度20/12°C，水量80m3/h。采用余热水箱内的地热温泉尾水作为热源。采用板式换热器利用地热水分别制备生活热水和空调热水（在热泵机组不工作时），冬季生活热水供水温度控制在48～55°C。地热水经换热后，再经过余热利用水箱内盘管换热，将地热水中热量再次回收后，回至回灌水箱进行地热水回灌。空调具体工艺流程图见图2。

图 2 水源热泵机组流程图

Fig.2 The flow chart of water source heat pump units

3.2室内空调系统

本工程空调采用风机盘管加新风形式。会议中心、办公区等有条件的大空间采用热回收式新风换气机，具备一般性的双向换气、空气净化、能量回收及旁通装置。过度季节可将室外空气直接送至室内以达到节能要求。

空调水系统采用一次泵负荷侧变流量两管制闭式循环系统，立管为同程式，水平环路为异程式，末端空调机组设平衡阀以保证每个末端设备的流量

3.3水源热泵机组运行控制

本工程采用机组群控的控制方式，控制中心设在制冷换热站的值班控制室内，采用自控系统控制。

夏季热泵机组根据空调供回水水压差变化控制机组加减载或停机。由于机组设有热回收装置，将冷凝热回收加热生活热水，多余热量由冷却水塔排放。热回收循环水泵启停根据生活水箱水温控制。在机组停机时自动切换至板式换热系统，由地热水换热供生活热水。根据机组冷却出水温度控制冷却塔风扇的开启台数。冷却塔供水管加装电动蝶阀，可在控制中心开启冷却塔供水阀门。

冬季由地热温泉尾水经处理达到工业循环冷却水水质标准后送至设备房内余热水箱，热泵机组切换至冬季工况向余热水箱排冷取热，制备空调热水。余热水箱的补水、排水需根据水箱出水口温度控制，当水温降至14°C开启排水阀，关闭热泵机组水源侧回水阀，同时自动开启地热尾水进水管。若尾水不足时开启地热水，将高温地热水直接注入水箱内，当水温达到22°C时，先开启回水阀，后关闭地热水管及排水阀。空调水侧控制与夏季控制相同。生活热水全部由地热水换热制备。在地热温泉关闭时，空调水也采用地热水换热制备。地热水经板换热器后，再经余热水箱内盘管进行二级换热后，放入地热收集水箱，进行回灌

冬季地热水经板换换热后，再进入余热水箱进行二级换热，需根据余热水箱温度进行控制。当余热水箱水温降至18°C时，先开启二级换热进、出水箱阀，关闭旁通阀。当温度升高至22°C时，先开启旁通阀，后关闭换热进、出口阀。

表2冬、夏季阀门切换表

Chart 2 The valve switching table in winter and summer

季节 V1～V4

V11～V14 V5V6 V7V8 V9V10

V15～V17 V11～V14

夏季 关 开 关 开 关

冬季 开 关 开 关 开

3.4年运行费估算

表3项目运行费用

Chart 3 Project operation cost

项目类别 初始投资 每年固定成本 每年运行费用

申报费用 先期物探和论证（约80万元），交纳矿权转让费（约70万元），总费用：约150万元。 按25年摊销，成本：6万元/年。 温泉水费：0.8元/吨（回灌）；电费1.38 元/kwh。

电费250万元

運行维护费用10万元

水费30万元

打井费用 打井（2000米井两口，1200/m，约480万元），监理单位监理费验收费30万元，总费用：约510万元。 使用期限约25年， 21万元/年。

配套设备费用 配套的机组、水泵等机房投资约200万元。 按15年摊销，14万元/年

末端费用 风机盘管等设备约200万元。 按15年摊销，成本：14万元/年

按表3计算工程初始投资约1060万元，年固定成本55万元，一期温泉酒店年运行费用290万元。

4、结语

热泵技术是一种即可节约一次能源，又可减少环境污染的有效节能技术，得到了设计师的高度青睐。从综合的经济效益与社会效益看，热泵的发展具有广阔的空间。

对于有高温地热源可利用的温泉酒店项目，可考虑利用热泵技术对能源加以梯级利用。夏季可利用热泵机组热回收装置，将空调机组冷凝热回收加热生活热水。冬季可采用地热温泉排水作为热源，同时将地热水进行梯级利用，一级采用板式换热制备生活热水，二级采用管壳换热将热量加入地热温泉排水中，供热泵机组提升，达到节能的目的。

参考文献

[1] 张昌.热泵技术与应用[M].机械工业出版社，2008

[2] 赵勇泉.水源热泵设计及应用实例.[J] 制冷空调与电力机械，2011（6）

[3] 高亮.某商业建筑地下水源热泵系统设计[J].城市建筑，2014（18）

作者简介：刘斌（1982），男，暖通空调专业工学硕士，中级工程师，天津市中天建筑设计院，