热泵技术在某项目设计中的应用

文/陈非　建设综合勘察研究设计院有限公司　100081

热泵技术在某项目设计中的应用

文/陈非建设综合勘察研究设计院有限公司100081

随着全球环境的不断恶劣，节能、环保问题已成为全人类必须面对并加以解决的重大课题。暖通系统的节能也成为了人们关注的重点。本文通过对三亚某酒店项目中利用空调冷回水为热源的空调兼生活热水系统的热泵技术的应用及分析，旨在暖通设计过程中不断完善优化设计，达到节能环保的目的。

节能，变频，空气源热泵，热回收型水源热泵

引言：

经济建设快速发展的背景下，人们的生活质量获得了明显的提升。相关调查数据中显示，我国建筑暖通空调的使用率正处于逐年的上升态势，随之而来则产生了一系列的能源消耗问题。公共建筑暖通能耗特别高，节能潜力也巨大。热泵技术是回收和利用低位热能的有效手段之一，在工程领域已得到日益广泛的应用，在节能工作中发挥了重要的作用。

1、水源热泵热回收及能量综合利用

水源热泵技术是利用地表浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能的输入，实现低位热能向高位热能转移的技术。利用热泵技术，可以充分利用空调的余热，制造出即产“冷”又产“热”的两用机组。夏季利用空调用热泵机组的冷凝热，可以做到制取空调冷水的同时，又很方便的得到生活热水。本工程即利用空调冷回水为热源，采用热水热泵机组，实现了对低位热能的回收，在空调系统制冷的同时，也得到了生活热水这个副产品。一机多用，使能量综合利用效益最大化。

2 工程概况

本项目为三亚某酒店，包括豪华地标酒店、公寓式酒店、会展酒店、会展中心、商业中心、电影院、水上乐园等功能的70多万平方米超级酒店群。项目分三期建设，本工程为该项目中的6#～8#楼，总空调面积约6.26万m2 ，主体建筑高度82m，经负荷计算，夏季空调总冷负荷为8338KW，建筑面积冷负荷指标为123w/m2。生活热水总热负荷为2400kW。

2.1空调、热水冷热源

在空调系统中，冷热源设备初投资大，运行能耗中所占比例高，因此冷热源设备选择至关重要。针对本项目二层以下为商业，三层以上为酒店的建筑布局特点，结合三亚当地的峰谷电价差异政策，空调冷源采用了部分蓄冰方式的冰蓄冷系统，基载机组负担夜间负荷，双工况机组夜间满负荷开启进行蓄冰，白天根据空调负荷及电价情况调整冷机开启台数，并配合阀门及水泵变频来调整蓄冰槽供冷量。

根据三亚的气象特点，一年中2～11月份均为制冷季，12～1月份为过渡季，经征询该项目酒店管理公司意见，不提供空调供热。根据负荷计算结果，结合热泵的工作特点，生活热水系统采用热回收式热泵系统（空调水源热泵+空气源热泵），制冷季时，利用空调水源热泵在空调系统制冷的同时，向生活热水提供热量；非制冷季时，生活热水系统切换至屋顶空气源风冷热泵系统。上述冷热源配置方式即考虑了降低运行费用，又平衡了城市能源供应结构。工程冷源选用了650USRT的基载机组2台，650USRT的双工况机组1台，机组置于地下二层能源中心，冷水供回水温度7/12℃；热源选用制热量1199KW的高温型热水热泵机组2台，置于能源中心，制热量772KW的高温风冷热泵机组3台，置于屋顶，热水供回水温度55/50℃。

冷热源系统图如下：

2.2热水系统运行策略

2.2.1判断水源热泵、风冷热泵制取热水的依据：

（1）当水源热泵蒸发器进水温度低于10度时，热水由风冷热泵制取。

（2）当水源热泵蒸发器进水温度高于10度时，热水由水源热泵制取。

2.2.2热泵热水循环泵与热泵的对照比例

热泵热水循环泵与水源热泵、风冷热泵的对照比例为1台水泵对应1台热泵机组。热水循环泵为变频泵，根据工况调整水泵运行频率。

2.2.3热泵热水循环泵变频

（1）当热源为水源热泵时，热水循环泵的运行频率为40hz左右，现场调试确定。

（2）当热源为风冷热泵时，热水循环泵的运行频率为50hz左右，现场调试确定。

（3）水泵运行频率在调试完成后，频率不再随某个信号变动频率，定频运行。

2.2.4热泵的启动台数根据热泵热水总管上供回水温差确定。

2.2.5热水系统出水温度控制：根据热水出水温度调节各自热源三通调节阀。

2.2.6热水温度由热泵设定好出口温度后自行控制，确定热泵出口温度（可自由设定）。

2.3热水系统和空调冷水系统的启动关系

（1）无论在何种电价时段，用热泵制取热水，在制取热水的同时向空调系统提供冷负荷。

（2）制取热水同时制取的冷负荷能够满足空调需求，则空调系统（包括蓄冰系统+基载主机）不再开启。

（3）如果热水热泵蒸发器出口温度低于4度，表明制取热水时制取的冷负荷已经超过空调使用需求冷负荷，则热泵系统切换至风冷热泵制取热水。

（4）如果热泵制取热水的同时不能满足空调冷负荷的需求时，冰蓄冷+基载冷机启动。

（5）空调冷水系统与热泵热水系统在不同负荷段的启动描述如下：

设计日（100％负荷）负荷分配策略：由于空调系统设计日的逐时冷负荷较大，为了充分利用蓄冰槽和制冷机的供冷能力，最大限度降低系统运行电费，空调冷负荷由基载冷机和蓄冰槽共同承担。双工况制冷机夜间制冰，白天峰值负荷时参与制冷，此时段内，系统负荷均大于热泵热水主机所制取冷量，热水系统和空调系统匹配良好。

75％、50％负荷段负荷分配策略：该负荷段在三亚的整个空调期出现的时间比较长，合理的分配空调负荷，调整好双工况冷机、基载冷机、蓄冰槽的供冷，是决定该时段能源站空调及热水系统运行费用节省多少的关键。在此时段内，系统负荷均大于热泵热水主机所制取冷量，热水系统和空调系统匹配良好。

25％负荷段负荷分配策略：25％负荷段的空调日总冷负荷较小，日间大部分冷负荷可由冰槽负担。此时需要把热泵热水系统切换至风冷热泵系统，热泵主机切换通过蒸发器出口温度确定。

2.4热泵热水系统的经济型分析

2.4.1计算用能源价格依据

燃气：热值，8000 KCAL/NM3，3.00元/NM3

电：0.80元/kwh

2.4.2生活热水日耗水量

2.4.5当地的商业燃气价格是3 元/NM3，平均电价是0.8元的情况下，热泵热水系统年运行费用比燃气系统运行费用低2275988元，节省的运行费用相当可观。

3 结束语

热泵系统在节能性、环保性方面都有较大优势，特别是在建筑供暖、供冷中能更加明显的得以体现。应用热泵技术进行空调余热回收和冷热量综合利用是建筑节能的一个有效措施。该项目已于2013年投入使用，得益于复杂自控系统的实现，该系统供冷、供热运行良好。达到了环保、节能的目的，对于供冷供热都有需求的场所和建筑，节能优势比较明显。

【1】陆耀庆《实用供热空调设计手册》 第二版.2007

【2】蒋能照 《空调用热泵技术及应用》 第一版.1997

【3】林康立 《有关利用空调余热，发展热泵三用机组的探讨》 2003.12

【4】丁卫东，袁鲁滨《水源热泵技术在供热空调工程中的应用》 节能2002（5）