水源热泵系统的应用—娄水温泉度假区游客中心暖通空调设计

田小婷

（北京市建筑设计研究院有限公司华南设计中心，广州510060）

1 工程概况

该项目位于湖南省张家界市慈利县江垭镇，毗邻张家界市世界遗产自然核心景区武陵源。用地面积31824.56平方米，总建筑面积32091.98平方米，地下1层，地上最高6层，建筑高度小于24米。地下1层主要功能包括配套汽车库、设备用房、洗衣房、KTV包间、会议室、接待厅、室内篮球场、宴会厅、VIP休息室及厨房，地上1层主要功能包括大堂、棋牌室、中、西餐厅、包厢区、客房及配套用房，2层及以上均为客房及配套用房。总客房数213间，其中山景别院2套，客房数6间。

2 负荷计算及冷、热源系统设计

2.1 负荷计算

地上空间采用鸿业负荷计算软件进行逐时逐项冷负荷计算及热负荷计算，本项目夏季空调冷负荷约1500kW，冬季空调热负荷约1050kW。

2.2 冷源系统设计

图1 酒店鸟瞰透视图

该工程采用集中供冷，制冷机房设置在地下一层，为了节约能源，减少运行费用，并且在考虑充分利用温泉废水制热的情况下，按夏季冷负荷确定水源热泵机组容量，该工程采用1台名义制冷量为1086kW的螺杆式水源热泵机组和1台名义制冷量为503kW的带全热回收的螺杆式水源热泵机组。冷水供回水温度是7℃／12℃，冷却水供回水温度32℃／37℃。冷、热源系统原理图见图2。

2.3 热源系统设计

该工程采用2台水源热泵机组集中供热，供热系统包括采暖空调热水系统和生活热水系统。冬季两台水源热泵机组通过板换从温泉废水池取热，其中名义制热量为548kW的水源热泵机组制备生活热水，名义制热量为1138kW的水源热泵机组为酒店供暖。考虑水源热泵机组在冬季湖水水温过低时，其制热性能降低，甚至机组无法正常运行，不能保证酒店的供热需求，需另设备用热源。慈利县江垭镇属于夏热冬冷地区，此地没有集中市政供热

图2 冷、热源系统图

表1 室内设计参数

系统与燃气源，用煤和油等燃料受到当地环保和消防部分严格限制，但江垭镇水、电供应比较充足，项目建成使用对当地能源供应影响不是十分明显，因此系统设置一台1000kW的电锅炉作为空调供暖和生活热水的备用热源，锅炉房设置在地下一层，供暖热水供回水温度为50℃／45℃。

2.4 过渡季节供冷供热

过渡季节系统可同时供冷和供暖，当供冷需求更大时，多余热量由闭式冷却塔带走，当供暖需求更大时，多余的冷量由温泉水带走。

3 供暖与空调系统设计

3.1 室内设计参数 （见表1）

3.2 空调供暖水系统

酒店空调水系统采用一级泵两管制异程式系统。通过设置在冷冻机房内的分、集水器将系统按功能公共区和客房区分开设置两个回路，水系统采用全面水力平衡措施，通过设置在各空调水管井内的立管将空调冷热水输送至各层空调末端处，各层水平主管安装压差控制阀与静态平衡阀保证各分区水力平衡，并在系统最高点设置排气装置。末端空调处理机组、新风机组回水管上均设置动态压差平衡型电动调节阀，末端风机盘管机组回水管上设置动态平衡电动两通阀。空调末端水系统供回水温度：夏季7℃／12℃，冬季50℃／45℃，地板辐射采暖热水系统供回水温度为50℃／45℃。

空调系统冷凝水采用间接排水，冷凝水就近接入空调机房地漏、卫生间地漏、冷凝水立管排出。

3.3 空调风系统

酒店大堂、宴会厅、篮球场、休息厅等大空间区域设置一次回风全空气定风量空调系统，气流组织采用上送上回的方式，空气处理机组选用带有初效、混合、冷却去湿、风机等功能段的卧式空气处理机组，设置在专用空调机房内，其中酒店大堂、宴会厅和休息厅冬季采用地板辐射采暖系统。

客房、餐厅包房、办公室、会议室等小空间区域夏季空调采用风机盘管加新风系统，冬季供暖采用地板辐射采暖加新风系统，新风经各层新风机处理后送至室内。此外，客房部分还需要夜间提供冷负荷，因此，对所选的风机盘管的低档冷量及噪声进行校核，以满足客人夜间睡眠的需要。餐饮的厨房区域设置排油烟系统，炉灶的排风系统中配置预过滤的静电油烟净化器，油烟通过处置管井至屋顶经油烟净化装置处理后进入风机箱、消声器排至室外。

4 水源热泵机组系统

水源热泵机组系统，是一种使用从水井、湖泊或河流中抽取冷 （热）源，制取空调或生活用冷（热）水的设备。

采用水源热泵空调系统时，应注意以下几点：必须确保当地的水文资料，如水源的水量、水温、水质等条件全部符合和满足热泵机组的使用要求；对取水构筑物和水源系统所增加的初投资和空调系统带来的效益进行技术、经济比较，确定空调系统的合理性。应符合当地的水资源管理政策并经水源主管部门批准。水源热泵系统是可再生能源的一种利用方式，是一种具有节能、环保意义的绿色供热空调系统。

该工程设计了2台水源热泵机组，考虑到机组的使用寿命周期，在地下一层设有温泉废水蓄水池，温泉废水经过混合池、沉淀池、精过滤池到取水池，在取水口处设有超声波除藻器和全程水处理器，对温泉废水进行有效的过滤、灭藻和清除。

4.1 江垭的气候水文条件

慈利县江垭镇地处中纬度属中亚热带过渡的季风湿润气候区，光热充足，雨量充沛，无霜期长，严寒期短，四季分明，有利于农、林、牧、副、渔的全面发展，但灾害性天气四季均有。全县年平均气温16.8℃，全年以7月底最热，1月最冷。气温变化从2月底逐月上升，到7月达最高值；从8月开始下降，到次年1月达最低值。全县年平均降雨量为1465.2mm，保证率为75%，月降雨量以6月最多，5月次之，1月最少。年平均日照时数为1562.7小时。

4.2 夏季热源侧

夏季制冷，冷凝器为水源热泵机组热源侧。夏季两台水源热泵机组联合供冷，在不影响制冷效率的情况下，其中名义制冷量为503kW的水源热泵机组可同时制备生活热水，机组冷凝器侧多余热量由闭式冷却塔带走。

4.3 冬季热源侧

冬季制热，蒸发器为水源热泵机组热源侧，水源热泵机组利用温泉废水进行制热。

水源热泵形式主要有2种，间接式和直接式。该项目采用间接式水源热泵系统，板式换热器的换热温差为5℃。

由于该项目是利用温泉废水制热，温泉水中含有较高的氯离子及腐蚀性的酸根离子，因此为了防止藻类等堵塞换热器，避免频繁清洗，需采用换热效率高、高通过性流道、结构紧凑、防腐蚀能力强、实现小温差换热的板式换热器。

该项目采用1台名义制热量为1138kW水源热泵机组为酒店供暖，机组设计进水温度为13℃，出水温度为8℃。此机组所需废水量为196m3／h，24h需要的温泉废水量为4700 m3／h左右。温泉中心每天能提供温度为25～28℃左右的温泉废水1200～1500 t左右，为了保证机组安全连续的运行，需要加大温泉废水量，利用蓄水池将25～28℃左右的原温泉废水与换热后的温泉废水混合，再经过板式换热器换热，将温泉水降至13℃后接进机组。

考虑热泵机组的性能系数COP为4.3，则热泵机组利用温泉废水所产生的热量为113.5GJ，而温泉中心和酒店供暖需要的热量为91.02GJ。因此，1台名义制热量为1138kW的水源热泵机组提供的制热量完全可以满足酒店每天的供暖要求。

4.4 节能效益分析

该工程利用了温泉废水的热量，实现冬季供暖。下面分析该方案与 “冷水机组＋电锅炉”方案相比的节能效益。

夏季制冷都是由冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔，使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器，因此，这2种方案的能耗和运行费用接近。

冬季运行时，2种方案使用的能源不同，假设温泉中心和酒店每天的热负荷不变，热泵机组的制热性能系数 COP为4.3，电价为1.0元／（kW·h），热泵机组每天的运行费用为6240元，电锅炉的额定用电量是1000kW，每天的运行费用为24000元。由此可见，利用温泉废水制热每天可以节省较多的运行费用。

5 结语

本项目具有丰富的温泉水资源，结合投资成本等原因，通过全面的分析比较，并与有关职能部门沟通，根据湘建科 〔2016〕56号文、《张家界市大气污染防治实施方案》和张建发 ［2014］54号文，需加大对可再生能源的应有技术的推广及应用。最终选用能耗低、投资省又环保的水源热泵系统，利用温泉废水制热不仅节能和节省运行费用，而且还达到了显著的环保效益，对可再生能源进行充分利用，真正做到节能减排。

参考文献：

［1］陆耀庆.实用供热空调设计手册 ［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］GB 50366－2005地源热泵系统工程技术规范 ［S］.

［3］中国建筑科学研究院.GB3838－2002 地表水环境质量标准 ［S］，2002.