地源热泵水蓄能复合空调系统运行分析

温昌盛

摘 要：地源热泵水蓄能复合空调是建筑实现节能的有效途径。本文简要介绍了地源热泵和水蓄能的优势、工作原理，并以天津市某办公建筑为例，详细探讨了该复合空调系统的运行效果。

关键词：地源热泵；水蓄能；负荷空调系统

1 概述

一直以来建筑耗能在全社会耗能中都占有巨大比例，是发达国家的两倍左右，在环境污染日益严重的今天，减少建筑耗能势在必行。地源热泵作为一种新型建筑节能系统具有便于维护、节省空间等优点，已经得到了广泛应用。当前关于地源热泵的研究已趋于成熟，但是仍然存在着一些问题尚未解决，比如电力峰谷差价不能有效利用，难以平衡取能和蓄能。水蓄能装置能够有效解决上述问题，但是由于各种原因导致其存在一定的应用局限。基于此，本文将地源热泵和水蓄能结合到一起，形成一种新型复合空调系统，下面对该系统进行研究。

2 地源热泵和水蓄能的优势

2.1 地源热泵

一般来说，热泵可以分为两种类型，一种是空气源热泵，另一种就是本文所说的地源热泵。对地源热泵来说，地热和水热是最佳热源，不仅具有较大的热容量，而且传热性能也非常好，地源热泵的性能要远远优于空气源热泵。它的优势体现在以下几个方面：（1）污染小。与空气源热泵和电供暖相比，地源热泵的污染物排放量分别减少了38%和70%左右，地源热泵不存在任何废物排放问题，属于绿色空调。（2）节省空间。无附加设备，占地面积小，美化外部形象。（3）便于维护。地源热泵的运动部件少，因此更便于维护，安装在室内，免受自然因素破坏，寿命较长。

2.2 水蓄能

水蓄能的优势有以下几点：（1）效率高。与一般制冷设备相比，水蓄冷能够节省10%左右的电力，并且夏季可以蓄冷，冬季可以蓄热。（2）成本低、电费低。水蓄能具有非常快的响应速度，运行成本低，真正实现了全削峰运行。（3）适用性强。一般的制冷机组就可以应用水蓄能，同时无论是在新建项目还是在改造项目上也都可以应用。

3 地源热泵水蓄能复合空调系统

3.1 运行原理

在电力低谷时段，利用地源热泵机组向蓄能槽蓄冷（蓄热），将冷量（热量）储存在蓄能槽中，电力高峰时段释冷（释热）。若负荷需求较小，则仅由水蓄能装置供冷（热）；若负荷需求较大，则由地源热泵机组和水蓄能装置联合供冷（热）或仅由地源热泵机组供冷（热）。

3.2 优势

由于该系统结合了地源热泵和水蓄能，因此也兼具了它们各自的优势，同时也形成了自身的独特优势。在运行过程中可以根据较小的负荷选择热泵机组，当负荷不足时，则由水蓄能装置进行制冷（供热），这样一来不仅使得装机容量得以减小，而且造价也大大降低。

该系统减少了低效运行时间，效率大大提高，由于实现了设备的间歇运行，因此在很大程度上减少了设备的损耗。最重要是，该系统实现了对电力峰谷差的有效利用，可行性极高。这样不仅符合用户使用需求，同时也符合节能减排的要求。目前这一清洁技术已经得到了政府的重视，成为空调系统研究的热点。

4 工程应用实例

4.1 工程概况

天津市某办公建筑为响应国家节能减排计划应用了地源热泵水蓄能复合空调系统。该办公建筑面积为20000m2，空調夏季冷负荷和冬季热负荷分别为2065kW和1666kW。

4.2 运行方案

对现场进行考察以及询问负责人情况后，决定采取以下运行方案：23：00～07：00为低谷时段，此时由地源热泵向蓄能槽蓄冷（蓄热）；07：00～11：00为峰值时段，此时由蓄能槽向空调末端供冷（供热），地源热泵机组尚不启用；11：00～18：00为平谷时段，由地源热泵机组和蓄能槽联合向空调末端供冷（供热）；18：00～23：00员工下班，关闭系统。

4.3 设备配置

（1）水源热泵机组。该方案需要3台热泵机组，包括1台大热泵机组和2台小热泵机组。大热泵机组由2台水源热泵组成，制冷和制热功率分别为183kW和274kW；小热泵机组由2台水源热泵机组组成，制冷和制热功率分别为126.9kW和197kW。

（2）蓄能槽。蓄能槽设计以峰值时段为依据，容积为600m?，以串联方式连接水源热泵机组，从而实现制冷或供热。夏季蓄冷温度和平均出水温度分别为4℃和12℃，蓄冷总量达到5587kW·h；冬季蓄热温度和平均出水温度分别为50℃和40℃，蓄冷总量达到6983kW·h。

（3）控制系统。通过控制水源热泵机组、辅助设备和阀门的启停和调节，实现系统功能的转换，同时对设备的状态进行实时监视。

5 结论

低谷时段电价按照0.35元/（kW·h）计，此时启用大热泵机组，运行时间为8h；峰值时段电价按照1.50元/（kW·h）计，此时不启用热泵机组，单独启用蓄能装置，实现制冷或供热；平谷时段电价按照0.80元/（kW·h）计算，此时全部机组和装置启动，实现制冷或供热。该建筑制冷期为90天，供暖期为120天。由于篇幅限制在这里不列举计算过程。据计算结果显示，在该空调系统下制冷期总电费为28×104，供暖期总电费为56×104，合计为84×104。当污水蓄能装置运行时，制冷和供暖费用分别为46×104、93×104，合计为139×104。采用该系统共节省电费55×104。由此可见，该系统能够有效减少高峰用电量，节能效果显著。

参考文献

[1]苏莘博，张林华.地源热泵水蓄能复合空调系统运行分析[J].山东建筑大学学报，2015，（3）：249-254.

（作者单位：广西钧富凰建筑环境技术有限公司）