熱泵技術在某項目設計中的應用

文/陳非 建設綜合勘察研究設計院有限公司 北京 100081

熱泵技術在某項目設計中的應用

文/陳非 建設綜合勘察研究設計院有限公司 北京 100081

隨著全球環境的不斷惡劣，節能、環保問題已成為全人類必須面對并加以解決的重大課題。暖通系統的節能也成為了人們關注的重點。本文通過對三亞某酒店項目中利用空調冷回水為熱源的空調兼生活熱水系統的熱泵技術的應用及分析，旨在暖通設計過程中不斷完善優化設計，達到節能環保的目的。

節能；變頻；空氣源熱泵；熱回收型水源熱泵

引言：

經濟建設快速發展的背景下，人們的生活質量獲得了明顯的提升。相關調查數據中顯示，我國建筑暖通空調的使用率正處于逐年的上升態勢，隨之而來則產生了一系列的能源消耗問題。公共建筑暖通能耗特別高，節能潛力也巨大。熱泵技術是回收和利用低位熱能的有效手段之一，在工程領域已得到日益廣泛的應用，在節能工作中發揮了重要的作用。

1、水源熱泵熱回收及能量綜合利用

水源熱泵技術是利用地表淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能的輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的技術。利用熱泵技術，可以充分利用空調的余熱，制造出即產“冷”又產“熱”的兩用機組。夏季利用空調用熱泵機組的冷凝熱，可以做到制取空調冷水的同時，又很方便的得到生活熱水。本工程即利用空調冷回水為熱源，采用熱水熱泵機組，實現了對低位熱能的回收，在空調系統制冷的同時，也得到了生活熱水這個副產品。一機多用，使能量綜合利用效益最大化。

2、工程概況

本項目為三亞某酒店，包括豪華地標酒店、公寓式酒店、會展酒店、會展中心、商業中心、電影院、水上樂園等功能的70多萬平方米超級酒店群。項目分三期建設，本工程為該項目中的6#～8#樓，總空調面積約6.26萬m2 ，主體建筑高度82m，經負荷計算，夏季空調總冷負荷為8338KW，建筑面積冷負荷指標為123w/ m2。生活熱水總熱負荷為 2400kW。

2.1 空調、熱水冷熱源

在空調系統中，冷熱源設備初投資大，運行能耗中所占比例高，因此冷熱源設備選擇至關重要。針對本項目二層以下為商業，三層以上為酒店的建筑布局特點，結合三亞當地的峰谷電價差異政策，空調冷源采用了部分蓄冰方式的冰蓄冷系統，基載機組負擔夜間負荷，雙工況機組夜間滿負荷開啟進行蓄冰，白天根據空調負荷及電價情況調整冷機開啟臺數，并配合閥門及水泵變頻來調整蓄冰槽供冷量。

根據三亞的氣象特點，一年中2～11月份均為制冷季，12～1月份為過渡季，經征詢該項目酒店管理公司意見，不提供空調供熱。根據負荷計算結果，結合熱泵的工作特點，生活熱水系統采用熱回收式熱泵系統（空調水源熱泵＋空氣源熱泵），制冷季時，利用空調水源熱泵在空調系統制冷的同時，向生活熱水提供熱量；非制冷季時，生活熱水系統切換至屋頂空氣源風冷熱泵系統。上述冷熱源配置方式即考慮了降低運行費用，又平衡了城市能源供應結構。工程冷源選用了650USRT的基載機組2臺，650USRT的雙工況機組1臺，機組置于地下二層能源中心，冷水供回水溫度7/12℃；熱源選用制熱量1199KW的高溫型熱水熱泵機組2臺，置于能源中心，制熱量772KW的高溫風冷熱泵機組3臺，置于屋頂，熱水供回水溫度55/50℃。

冷熱源系統圖如下：

(1)當熱源為水源熱泵時，熱水循環泵的運行頻率為40hz左右，現場調試確定。

(2)當熱源為風冷熱泵時，熱水循環泵的運行頻率為50hz左右，現場調試確定。

(3)水泵運行頻率在調試完成后，頻率不再隨某個信號變動頻率，定頻運行。

2.2.4 熱泵的啟動臺數根據熱泵熱水總管上供回水溫差確定。

2.2.5 熱水系統出水溫度控制：根據熱水出水溫度調節各自熱源三通調節閥。

2.2.6 熱水溫度由熱泵設定好出口溫度后自行控制，確定熱泵出口溫度（可自由設定）。

2.3 熱水系統和空調冷水系統的啟動關系

(1)無論在何種電價時段，用熱泵制取熱水，在制取熱水的同時向空調系統提供冷負荷。

(2)制取熱水同時制取的冷負荷能夠滿足空調需求，則空調系統（包括蓄冰系統+基載主機）不再開啟。

(3)如果熱水熱泵蒸發器出口溫度低于4度，表明制取熱水時制取的冷負荷已經超過空調使用需求冷負荷，則熱泵系統切換至風冷熱泵制取熱水。

(4)如果熱泵制取熱水的同時不能滿足空調冷負荷的需求時，冰蓄冷+基載冷機啟動。

(5)空調冷水系統與熱泵熱水系統在不同負

2.2 熱水系統運行策略

2.2.1 判斷水源熱泵、風冷熱泵制取熱水的依據：

(1)當水源熱泵蒸發器進水溫度低于10度時，熱水由風冷熱泵制取。

(2)當水源熱泵蒸發器進水溫度高于10度時，熱水由水源熱泵制取。

2.2.2 熱泵熱水循環泵與熱泵的對照比例

熱泵熱水循環泵與水源熱泵、風冷熱泵的對照比例為1臺水泵對應1臺熱泵機組。熱水循環泵為變頻泵，根據工況調整水泵運行頻率。

2.2.3 熱泵熱水循環泵變頻

荷段的啟動描述如下：

設計日（100%負荷）負荷分配策略：由于空調系統設計日的逐時冷負荷較大，為了充分利用蓄冰槽和制冷機的供冷能力，最大限度降低系統運行電費，空調冷負荷由基載冷機和蓄冰槽共同承擔。雙工況制冷機夜間制冰，白天峰值負荷時參與制冷，此時段內，系統負荷均大于熱泵熱水主機所制取冷量，熱水系統和空調系統匹配良好。

75%、50%負荷段負荷分配策略：該負荷段在三亞的整個空調期出現的時間比較長，合理的分配空調負荷，調整好雙工況冷機、基載冷機、蓄冰槽的供冷，是決定該時段能源站空調及熱水系統運行費用節省多少的關鍵。在此時段內，系統負荷均大于熱泵熱水主機所制取冷量，熱水系統和空調系統匹配良好。

25%負荷段負荷分配策略：25%負荷段的空調日總冷負荷較小,日間大部分冷負荷可由冰槽負擔。此時需要把熱泵熱水系統切換至風冷熱泵系統，熱泵主機切換通過蒸發器出口溫度確定。

2.4 熱泵熱水系統的經濟型分析

2.4.1 計算用能源價格依據

燃氣：熱值，8000 KCAL/NM3，3.00元/NM3

電：0.80元/kwh

2.4.2 生活熱水日耗水量

2.4.3 熱泵熱水費用計算

2.4.4 燃氣鍋爐熱水費用計算

2.4.5當地的商業燃氣價格是3元/NM3，平均電價是0.8元的情況下，熱泵熱水系統年運行費用比燃氣系統運行費用低2275988元，節省的運行費用相當可觀。

結束語：

熱泵系統在節能性、環保性方面都有較大優勢，特別是在建筑供暖、供冷中能更加明顯的得以體現。應用熱泵技術進行空調余熱回收和冷熱量綜合利用是建筑節能的一個有效措施。該項目已于2013年投入使用，得益于復雜自控系統的實現，該系統供冷、供熱運行良好。達到了環保、節能的目的，對于供冷供熱都有需求的場所和建筑，節能優勢比較明顯。

[1]陸耀慶.《實用供熱空調設計手冊》第二版.2007

[2]蔣能照.《空調用熱泵技術及應用》第一版.1997

[3]林康立.《有關利用空調余熱，發展熱泵三用機組的探討》2003.12

[4]丁衛東，袁魯濱.《水源熱泵技術在供熱空調工程中的應用》節能2002（5）