可再生能源建筑在三峡花苑小区中的应用

【摘要】开展可再生能源建筑应用，在三峡花苑小区中建设水源热泵中央空调系统，其目标是为浅层地热资源利用起到示范和推广作用，为公用建筑或其他类似地区居民建筑浅层地热能的综合有效利用提供科学依据，提高地热能的利用水平，减少常规空调系统对能源的消耗和对环境的污染，项目设计节能目标符合国家及省市要求的50-80%的节能设计标准。

【关键词】可再生能源；水源热泵；节能环保

1、项目概况

本项目位于宜昌市明朝阳路沙河和黄柏河交汇处，总用地面积85866.1平方米，总建筑面积332870.4平方米，地上建筑面积244394.4平方米，地下建筑面积88476平方米。由16栋高层（26F～32F）、2栋多层及-2F（局部-3F）地下室组成，共2261户。

2、浅层地热能资源概述

水源热泵集中供冷、供暖是近二十年来欧美国家大力推广的新技术。近年来，我国北方地区推广水源热泵集中供暖、供冷有了长足的发展，仅北京、重庆就有数千个水源热泵集中供暖、供冷系统投入运行，取得了很好的经济和社会效益。

水源热泵集中供冷、供暖系统是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，既制冷又制热，还可以提供生活热水的高新技术。

3、建设方案

建设水源热泵系统的水源拟采用沙河与黄柏河交汇处（黄柏河库区）的地表水。根据监测数据，水体夏季最高温度23.6℃，冬季最低温度11.6℃。夏季是水源热泵系统的优质冷却水源，冬季是水源热泵系统的优质低位热源水。抽取的沙河与黄柏河交汇处的地表水经机组换热后100%退水至沙河。利用项目旁边沙河与黄柏河交汇处水体温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位电能，实现水体与建筑物内部的热量交换，使低品位热能向高品位转变为冷、暖两用空调及太阳能集热生活热水系统的补充热源。综合考虑工程项目现场条件和经济合理因素，选择在整个小区（包含住宅区和非住宅区）范围内建设水源热泵集中供冷、供暖与，为其提供节能型的集中供冷、供暖支持。

3.1方案遴选

本工程项目选择水源热泵集中供冷、供暖系统方案与常规空调系统进行比较，根据建筑物的使用性质，为合理利用能源，降低能耗，减少环境污染。本建筑供冷供热系统推荐采用太阳能+水源热泵系统，作为该项目集中供冷供暖系统的冷热源。

水源热泵集中供冷供暖系统与常规中央空调的比较（见下表）：

3.2设计参数

（1）室外计算温度：夏季TWG=35.8℃ TWS=28.1℃ 冬季TWK=-2℃

（2）室内设计计算参数：

（3）最大取水量（以夏季总制冷量8000KW的空调机组计算）：

M=[Q+N/Δt×0.86]×10h/d×180d=[（8000+1360）KW/（28.6℃-23.6℃）×0.86]×10h/d×180d=1610m3/h×10h/d×180d/年=290万m3/年。

（4）取水、退水构筑物：沙河与黄柏河交汇处（黄柏河库区）常年水位65m左右，1#楼与检察院大楼间的地面高程约69m，在此二栋楼之间设置一个底面高程60m的集水井，将沙河与黄柏河交汇处的河水通过一根DN800的地下管线，采用自流的形式引至集水井。退水采用小区的市政雨水管网排至沙河。

本项目为宜昌市西陵区三峡花苑经济适用房住宅小区，太阳能+水源热泵集中供冷、供暖及生活热水系统使用面积约244000㎡、可覆盖人数约8000人。

根据《冷热水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577-2004要求，对于螺杆式/离心式冷水（热泵）机组，当额定制冷量小于528KW时，其COP不应小于4.10；当额定制冷量为528～1163KW时，其COP不应小于4.30；当额定制冷量大于1163KW时，其COP不应小于4.60。

该项目抽取较大气温度相对稳定的黄柏河河水，河水进入机组水源侧的进/出水温度，夏季23.6℃/28.6℃，冬季11.6℃/6.6℃。总冷负荷14806KW，总热负荷9624KW，生活热水负荷18000KW。选用水源热泵主机如下（同步使用系数0.54）：

（1）选用3台制冷量2000KW，输入功率340KW；制热量为2173KW，输入功率443KW的地表水工况螺杆式水源热泵机组；本机组的制热性能指数2173KW/443KW=4.9，制冷性能指数2000KW/340KW=5.9；

（2 ）选用2台制冷量1000KW，输入功率170KW；制热量为1093KW，输入功率228KW的地表水工况螺杆式水源热泵机组；本机组制热性能指数1093KW/228KW=4.8，制冷性能指数1000KW/170KW=5.9；

项目临近沙河与黄柏河交汇处，根據监测数据，沙河与黄柏河交汇处底层水温，夏季平均温度23.6℃，冬季平均温度11.6℃。夏季是水源热泵系统的优质冷却水源，冬季是水源热泵系统的优质低位热源水。项目现场有足够的水源取水，退水条件也具备，有做水源热泵系统的条件。

4、投资及效益

4.1 项目投资估算

4.2效益分析

（1）经济效益

水源热泵系统既能供暖又能供冷，既环保又节能，平均来说，可以节约用户30-56%的供热制冷的运行费用，水源热泵系统方案尽管初投资比常规方案要多，但年运行总费用却可以比常规系统方案节省超过一半，5年便可以通过节能的年运行费用收回投资。

（2）社会效益

在目前能源短缺的时代背景下，推广和应用水源热泵技术是一项具有历史意义的开创性事业，项目实施能够在中部地区特别是在夏热冬冷的长江流域起到重要的示范作用。

（3）环保效益

水源热泵集中供冷供暖系统环境效益显著，水源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少50%以上，与电供暖相比，相当于减少了70%以上。水源热泵实质上是一种能量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提升到高位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。

5、结论及建议

推广应用水源热泵中央空调系统，是国家大力发展各种类型的可再生能源，是缓解能源紧缺的重要途径，有利于实现国家推广可再生能源在建筑中应用的发展目标，有利于改善居住、办公环境和空气污染问题。

本项目已获得湖北省、宜昌市节能示范项目称号，将为水源热泵技术提供示范，从而可带动水源热泵技术在集中供冷供暖领域内的规模化发展，不论从宏观还是微观上均有良好的推广前景。

参考文献：

[1]采暖通风与空气调节设计规范.GB50019-2003

[2]公共建筑节能设计标准.GB50189-2005

[3]民用建筑节能设计标准.JGJ26-95

[4]浅层地热能勘查评价技术规程

[5]建设项目水资源论证管理办法

[6]水源热泵系统工程技术规范.GB50366-2005

[7]水热资源地质勘查规范.GB11615-89

[8]供水水文地质勘察规范.GB50027-2001

[9]岩土工程勘察规范.GB50021-2001

[10]地下水质量标准.GB/T14848-1993

[11]地热资源评价方法.DZ40-85

作者简介：

蔡广毡，男，汉族，1987.11，安徽颍上，毕业于三峡大学，研究方向为项目管理，工作单位为中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司；

张玲，女，汉族，1988.3，湖北石首，毕业于华中科技大学，研究方向为投融资管理，工作单位为武汉市城市建设投资开发集团有限公司。