某煤矿生活区空调冷热源比较分析

尹 丽 媛

(中核新能核工业工程有限责任公司，山西 太原 030012)



·水·暖·电·

某煤矿生活区空调冷热源比较分析

尹 丽 媛

(中核新能核工业工程有限责任公司，山西 太原 030012)

针对某煤矿生活小区冬季供暖和夏季制冷需求，提出地源热泵系统、溴化锂吸收式直燃机组、燃气锅炉+电制冷三种冷热源方案，从初投资与运行费用两个角度综合比较了各方案的经济性，得出地源热泵系统为推荐方案。

冷热源，地源热泵系统，直燃机组，燃气锅炉

1 工程概况

本项目为稷山县某煤矿生活区，总建筑面积20 305.57 m2。其中职工宿舍(6层)10 539.06 m2；住宅(6层)7 760.88 m2；浴室、活动室、超市联建(2层)912.5 m2；门房14.44 m2；食堂1 078.69 m2。

所有子项均按冬季供暖，夏季供冷考虑。冬季采用地板辐射采暖，夏季采用空调制冷。

当地无集中供热，电价为0.5元/度；天然气2.35元/m3。

2 设计计算

由DBJ 04—242—2012居住建筑节能设计标准查得：稷山采暖天数97 d，采暖设计室外计算温度为-7 ℃。根据房间功能室内设计参数取：夏季制冷工况室内温度24 ℃～28 ℃，相对湿度小于60%；冬季18 ℃～22 ℃，相对湿度大于40%。经计算，项目总冷负荷为1 472.43 kW，总热负荷1 027.10 kW。

3 冷热源方案的提出

针对项目特点，提出适合的三种空调冷热源方案：地源热泵系统、溴化锂吸收式直燃机组、燃气锅炉+电制冷。其中后两者为常规冷热源形式，故需对地源热泵方案的适应性进行论述。

根据建筑冷热负荷，选用2台地源热泵机组：额定制冷量787.7 kW，输入功率128.7 kW；额定制热量832.7 kW，输入功率170.0 kW。全年运行方式：夏季供冷为120 d，每天8 h；冬季供暖为97 d，每天20 h。

夏季土壤侧排热总量：

1 472.43kW×120d×8h/d=1 644 485.79kW·h。

冬季土壤侧吸热总量：

1 027.10kW×97d×20h/d=1 585 779.74kW·h。

土壤吸热及排热不平衡率为3.57%，小于5%，故无需加辅助冷热源即可满足地源热泵长期稳定运行。可见，本项目采用地源热泵系统方案是可行的。

4 冷热源方案的确定

4.1 冷热源方案技术特性比较

冷热源方案技术特性比较见表1。

表1 冷热源方案技术特性比较表

4.2 冷热源方案经济性比较

1)采用地源热泵系统。a.初投资。根据对地层的了解及相关工程的实施经验，该区地层U形埋管单位钻孔延长米换热量：夏季为45 W/m，冬季为30 W/m。机组与土壤换热量：夏季(1+128.7 /787.7)×1 472.43≈1 713.0 kW；冬季(1-170.0/832.7)×1 027.10≈817.41 kW。地埋管孔数(埋管深度为120 m)：夏季：1 832.8 kW÷0.045 kW/m ÷120 m≈318孔；冬季：1 325.4 kW÷0.03 kW/m ÷120 m≈227孔。按夏季最大地下换热量确定钻孔数目，并做10%富裕量，确定共钻凿换热孔350个。主机70万元；机房设备25万元；地埋费用(含钻孔费用及管材费用，埋管按7 500元/孔估算)263万元；末端设备260万元，合计618万元。b.运行费用。夏季：(89.87(机房附属设备)+2×128.7 kW(主机))×8 h/d×0.5元/(kW·h)×0.75(运行系数)×120 d(夏季)=12.50万元。冬季：(89.87(机房附属设备用电)+2×170 kW)×20 h/d×0.5元/(kW·h)×0.75(运行系数)×97 d(冬季)=31.27万元。年运行费用43.77万元。

2)溴化锂吸收式直燃机组。a.初投资。主机150万元；机房设备35万元+15万元；末端设备260万元，合计460万元。b.运行费用。夏季:耗电量80 kW(主机及泵组)×8 h/d×0.5元/(kW·h)×0.75(运行系数)×120 d(夏季)=2.88万元；耗气量128 Nm3/h×8 h/d×2.35元/(m3·h)×0.75(运行系数)×120 d(夏季)=21.66万元。冬季：耗电量50 kW(主机及循环水泵等)×20 h/d×0.5元/(kW·h)×0.75(运行系数)×97 d(冬季)=3.64万元；耗气量155 Nm3/h×20 h/d×2.35元/(m3·h)×0.75(运行系数)×97 d(冬季)=53.00万元。年运行费用81.18万元。

3)燃气锅炉+电制冷。a.初投资。主机(燃气热水锅炉+冷水机组)25万元+70万元；机房设备50万元；末端设备260万元，合计405万元。b.运行费用。夏季：2×230 kW(主机泵组及其他附属设备)×8 h/d×0.5元/(kW·h)×0.75(运行系数)×120 d(夏季)=16.56万元。冬季：耗电量50 kW(主机及循环水泵等)×20 h/d×0.5元/(kW·h)×0.75(运行系数)×97 d(冬季)=3.64万元；耗气量为160 Nm3/h×20 h/d×2.35元/(m3·h)×0.75(运行系数)×97 d(冬季)=54.71万元。年运行费用为74.91万元。

4)三种方式经济性分析对比见表2。

表2 三种方式经济性分析对比

根据2008年太原市人民政府文件并政发[2008]41号《关于推进建筑中可再生能源应用的实施意见》激励机制中，给予地源热泵50元/m2的项目奖励补贴，则地源热泵系统的实际初投资可降低至516.5万元。

采用静态评价方法，地源热泵系统相比溴化锂吸收式直燃机组，初投资增量56.5万元，年运行费用节约37.41万元，增量投资回收期1.5年；地源热泵系统相比燃气锅炉+电制冷，投资增量111.5万元，年运行费用节约31.14万元，增量投资回收期3.5年。根据《市政公用设施建设项目经济评价方法与参数》，基准回收期为15年，故两者增量投资回收期小于基准回收期，选择地源热泵系统更合理。

通过三种方案在技术特性和经济性方面比较可看出地热泵系统在该项目中更显现优势，最终推荐采用地源热泵系统。

5 结语

地源热泵技术作为可再生能源利用技术，以其热效率高、运行费用低、管理方便、安全可靠节能等优点已逐渐成为暖通空调发展的主要方向，并受到政府的积极倡导，但其应用也存在一定局限性，如土壤热物性、冷热平衡问题、地埋管埋设区要求等。在实际工程中，应进行全面分析比较，确定最佳的冷热源方案。

On comparative analysis of air-conditioner’s cold and heat sources at some mining living area

Yin Liyuan

(CNNCXinengNuclearEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

According to the heating in winters and cooling demands in summers at some coal mining complex, the paper points out three cold and heat source schemes including the ground source heat pump, lithium bromide absorption direct combustion unit, and gas fired boiler+ electrical refrigeration, compares the schemes from the primary investment and operation cost, and achieves the ground source heat pump is the recommended scheme.

cold and heat source, ground source heat system, direct combustion unit, gas fired boiler

1009-6825(2016)10-0101-02

2016-01-28

尹丽媛(1988- )，女，工程师

TU831.3

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