水源热泵中央空调系统在工程中的应用及经济性分析
2015-05-30方博
方博
摘 要：文章通过工程实例阐述了地下水源热泵中央空调系统的特点，同时分析了经济性和节能性，得出地下水水源热泵空调系统在节能环保方面的显著性。
关键词：水源热泵中央空调系统;工程;应用;经济性
中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）35-0033-03
1 工程应用
1.1 工程概况
本工程应用于南京市江宁区一商业办公楼，办公楼共十层，一层为停车场，二层为餐厅和多功能会议室，三层至十层为办公室。办公楼总建筑面积为26 000 m2，其中空调建筑面积为21 666 m2。空调系统采用清华同方SGHP 1 600水源热泵机组两台，空调末端采用风机盘管加独立新风的送行形式。
1.2 设计气象参数
南京市气象参数参照《采暖通风与空气调节设计规范》，见表1、表2和表3。
1.3 水文地质概况
南京地处长江一级堆积阶地中部，地下承压水储存丰富，具备使用水源热泵的条件。场地土层分布和水层分布，见表4和5，土层和水层按自上而下分布。
2 空调系统设计
2.1 空调冷热源设计
空调采用地下水作为冷热源。本工程中抽水井和回灌井使用比例为1：2，共打抽水井三口，呈正三角形布置，井距100 m，单井日出水量为3 200 m3;打回灌井六口，呈环形布置，井距60 m，单井日回灌量为1 600 m3。经测定，场地的井外围区域地下水位沉降值小于1.0 m，地表不均匀沉降小于0.1‰，处于安全值以下，不会引起地质灾害。
采用稳定流方法对1#井进行抽水试验，经测得地下静止水位标高为25 m，涌水量达470 m3/h.当抽水量达到3 300 m3/d时，停止抽水5 min，水位下降1.3 m，抽水稳定时间为24 h，1#井抽水试验曲线如图1所示。
2.2 空调负荷及机组选型
本工程中的商业办公楼的冷负荷主要有维护结构、日射、设备、人员、照明及新风等构成。空调总建筑面积为21 666 m2，夏季供冷指标取120 W/m2，冬季供热指标取105 W/m2，则夏季空调冷负荷为2 600 kW，冬季空调热负荷为2 200 kW。根据空调冷负荷，在本设计中采用清华同方SGHP 1 600水源热泵机组两台，具体性能参数见表6。
2.3 空调取水量的计算
在夏季空调的取水量按式子计算，夏季取水量为：
m■=■×■
式中，mgw—制冷工况下的取水量（kg/s）;
tw1—进热交换器的水温（℃）;
tw2—出热交换器的水温（℃）;
Cp—水的定压比热，取4.2 KJ/（kg.℃）;
Qe—空调制冷量;
EER—热泵机组的制冷系数。
在冬季空调的取水量按式子计算，冬季取水量为：
m■=■×■
mgw—制热工况下的取水量（kg/s）;
tw1—进热交换器的水温（℃）;
tw2—出热交换器的水温（℃）;
Cp—水的定压比热，取4.2 KJ/（kg.℃）;
Qe—空调制热量;
COP—热泵机组的制热系数。
空调总建筑面积为21 666 m2，夏季空调冷负荷为2 600 kW，冬季空调热负荷为2 200 kW。夏季取水温差按7 ℃计算，冬季取水温差按10 ℃计算，则在夏季冷负荷为2 600 kW时，取水量约为520 m3/h，在冬季热负荷为2 200 kW时，取水量为150 m3/h。空调取水量设计值应取最大值，因此空调取水量为520 m3/h。
3 机房设计
本工程以地下水作为工作介质，在冬季把井水中的热量提取出来，向建筑物供暖;在夏季利用地下水作为空调系统的冷却水，高效地带走热量，向建筑物供给冷量。机房原理图，如图2所示。
空调系统的主机采用两台清华同方SGHP 1 600水源热泵机组，制冷量和制热量分别为1 476 kW和1 630 kW。空调冷冻水水泵选用四台ISW 125-200型冷冻水泵，流量为160 m3/h，扬程为50 m，电功率为37 kW，三用一备。
经权威部门检测，井水中的水源水矿化度为360 mg/L，大于水源水矿化度上限指标值350 mg/L。因此为了杜绝管路系统的赌赛，防止机组结垢被腐蚀，在系统中安装了可拆的不锈钢M150B换热器。虽然在系统中安装板式换热器会使得在传热过程中产生温度梯度，机组的能效比会下降，但是能够有效的提高机组的使用周期和机组稳定运行的可靠度。
空调系统设备详见表7。
4 运行耗能和费用对比分析
现以地下水水源热泵系统空调系统与燃煤锅炉供热加冷却塔水冷机组供热系统空调系统来对比分析运行耗能和费用。
.本工程中工程总造价费用见表8。
4.1 运行耗能对比分析
地下水水源热泵系统空调系统耗能量与燃煤锅炉供热加冷却塔水冷机组供热系统空调系统耗能量对比分析结果，见表9。
由对比分析可知，地下水水源热泵中央空调系统比传统的中央空调系统每年节能5 900 000 kWh（21 400 000 MJ），折合730吨标准煤。
可以通过下式计算出本工程的费效比。
R=■
式中：
Y■—系统总投资，元;
Q■—总节省能量，kWh;
N—系统使用寿命，本工程中取15 a;
则可得出工程的费效比为0.045元/kWh，由此可见，地下水水源热泵中央空调系统节能效果明显。
4.2 运行费用对比分析
地下水水源热泵中央空调系统比节燃煤锅炉供热加冷却塔水冷机组供热系统空调系统节省的费用通过下式来计算。
F=P（QSC0-YZW）- YZ
式中：
F—系统总节省费用，元;
P—折现系数，取14;
QS—总节省能量，kWh;
C0—常规能源的热价，元/MJ;
YZ—系统总增投资，元;
W—系统维修费，取总投资的1%
则节省的费用为：
F=P（QSC0-YZW）-YZ=14（21 400 000×0.0425-5 000 000×1%）-5 000 000=7 000 000元
在15年的空调寿命周期内，每年可以省47万元，经济效果显著。
5 结 论
水源热泵中央空调系统的应用可以大大的节约运行成本，既经济又实用，是现代新型节能环保空调的代表。当下国家高度重视节能环保问题，国家建设部出台政策予以大力支持，凡是使用水源热泵中央空调的建筑可享受140～200元/m2的补助。水源热泵以其良好的节能性和环保性的优点受到市场的青睐，具有很大的发展空间。
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