京津水城溫泉酒店水源熱泵空調系統設計

【摘要】介紹了水源熱泵的原理與優點，以京津水城溫泉酒店為實例，進行了水源熱泵系統的設計，并對工程投資和運行費用進行了估算，提出了類似溫泉酒店類建筑的節能設計方案。

【關鍵詞】水源熱泵；溫泉酒店；梯級利用；節能

引言：隨著中國人居環境的改善和人民生活質量的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調已成為普遍的需求，造成建筑能耗占全社會總能耗的比例很大且持續增長。所以空調系統節能始終是建筑環境與設備領域中的重要研究課題。

水源熱泵是一種以消耗部分能量作為補償條件使熱量從低溫物體轉移到高溫物體的能量利用裝置。地表水、地下水、工業和生活廢水都可用作熱泵的低位熱源。

水源熱泵不僅具有節能環保、運行穩定、控制簡單、結構緊湊等優點，同時相對于空氣和土壤而言，優點有兩個：一是水的比熱最高，傳熱性能最好，換熱設備體積緊湊；另一個是水溫比較穩定，因而熱泵運行工況穩定。水是較為理想的熱泵空調用冷熱載體。

1、項目概況

京津水城項目位于天津市以東，寧河縣境內的北京清河農場。該地塊擬建設以會議、餐飲、娛樂、濱水休閑、度假、觀光農業為一體的綜合性生態園。500 畝生態園規劃總建筑面積9.6 萬平米，其中一期溫泉酒店1.34 萬平米，二期會議中心及溫泉客房2.5 萬平米、三期辦公樓 1.11 萬平米、三期企業會所 1.5 萬平米、三期商務酒店3.15 萬平米。本設計主要滿足一期1.34 萬平米溫泉酒店使用功能，該酒店包括溫泉中心、餐飲、會議、辦公等于一體，地上三層，建筑高度12.6米，效果圖見圖1。

圖 1 溫泉酒店效果圖

Fig.1 The rendering of the hot springs hotel

2、設計參數

2.1室外氣象參數

設計參照國家標準《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB50019-2003），根據該地區的氣候特征，系統設計參數確定如下：

夏季：空調干球溫度33.4°C，室外濕球溫度26.9°C，室外風速2.6m/s。

冬季：空調干球溫度-11°C，采暖計算溫度-9°C，室外風速3.1m/s。

2.2室外地熱條件

本項目位于津漢路西側，臨近地區的地熱開采量較少，地熱資源較為豐富。經專業地熱公司的勘測，本區域2000m深的地熱井出水水溫度在55°C左右，單井出水量在40m3/h左右。地熱水經溫泉梯級利用后可供水源熱泵機組使用。

2.3系統負荷指標與參數

經負荷計算確定建筑物各部分空調負荷如下：

表1建筑空調負荷

Chart 1 The load of air conditioning

功能名稱 夏季負荷

（W/㎡） 冬季負荷

（W/㎡） 新風量

（㎡/h.人）

溫泉客房 70 53 30

會議中心 90 78 30

餐飲區 100 85 30

廚房 — 45 —

SPA中心 66 48 30

辦公區 75 50 30

酒吧 85 66 30

酒店大堂 50 35 10

建筑總冷負荷1210KW，總熱負荷990KW。另外，會議中心生活熱水需由熱泵機房提供，設計最大小時耗熱量為350KW。

3、空調系統設計

3.1冷熱源系統

本項目甲方計劃開采兩口2000米深井地下水供一、二期總計3.84萬平米使用。結合一期建筑負荷情況，選用兩臺意大利生產的克萊門特螺桿型PSRHH2402-Y水源熱泵機組，其中一臺選用帶熱回收功能機組。

夏季運行工況下，供回水溫度為7/12°C，采用設在室外地坪的冷卻水塔提供機組冷卻用水，供回水溫度為32/37°C。生活熱水優先采用制冷機組運行時由機組熱回收器提供的熱量，利用循環水泵將生活熱水加熱。在空調負荷較低時，制冷機組熱回收量無法滿足生活熱水供水溫度時，切換至地熱水換熱制備，以滿足生活熱水供水溫度。夏季生活熱水供水溫度為45～50°C。

冬季運行工況下，供回水溫度為45/50°C，水源側溫度20/12°C，水量80m3/h。采用余熱水箱內的地熱溫泉尾水作為熱源。采用板式換熱器利用地熱水分別制備生活熱水和空調熱水（在熱泵機組不工作時），冬季生活熱水供水溫度控制在48～55°C。地熱水經換熱后，再經過余熱利用水箱內盤管換熱，將地熱水中熱量再次回收后，回至回灌水箱進行地熱水回灌。空調具體工藝流程圖見圖2。

圖 2 水源熱泵機組流程圖

Fig.2 The flow chart of water source heat pump units

3.2室內空調系統

本工程空調采用風機盤管加新風形式。會議中心、辦公區等有條件的大空間采用熱回收式新風換氣機，具備一般性的雙向換氣、空氣凈化、能量回收及旁通裝置。過度季節可將室外空氣直接送至室內以達到節能要求。

空調水系統采用一次泵負荷側變流量兩管制閉式循環系統，立管為同程式，水平環路為異程式，末端空調機組設平衡閥以保證每個末端設備的流量

3.3水源熱泵機組運行控制

本工程采用機組群控的控制方式，控制中心設在制冷換熱站的值班控制室內，采用自控系統控制。

夏季熱泵機組根據空調供回水水壓差變化控制機組加減載或停機。由于機組設有熱回收裝置，將冷凝熱回收加熱生活熱水，多余熱量由冷卻水塔排放。熱回收循環水泵啟停根據生活水箱水溫控制。在機組停機時自動切換至板式換熱系統，由地熱水換熱供生活熱水。根據機組冷卻出水溫度控制冷卻塔風扇的開啟臺數。冷卻塔供水管加裝電動蝶閥，可在控制中心開啟冷卻塔供水閥門。

冬季由地熱溫泉尾水經處理達到工業循環冷卻水水質標準后送至設備房內余熱水箱，熱泵機組切換至冬季工況向余熱水箱排冷取熱，制備空調熱水。余熱水箱的補水、排水需根據水箱出水口溫度控制，當水溫降至14°C開啟排水閥，關閉熱泵機組水源側回水閥，同時自動開啟地熱尾水進水管。若尾水不足時開啟地熱水，將高溫地熱水直接注入水箱內，當水溫達到22°C時，先開啟回水閥，后關閉地熱水管及排水閥。空調水側控制與夏季控制相同。生活熱水全部由地熱水換熱制備。在地熱溫泉關閉時，空調水也采用地熱水換熱制備。地熱水經板換熱器后，再經余熱水箱內盤管進行二級換熱后，放入地熱收集水箱，進行回灌

冬季地熱水經板換換熱后，再進入余熱水箱進行二級換熱，需根據余熱水箱溫度進行控制。當余熱水箱水溫降至18°C時，先開啟二級換熱進、出水箱閥，關閉旁通閥。當溫度升高至22°C時，先開啟旁通閥，后關閉換熱進、出口閥。

表2冬、夏季閥門切換表

Chart 2 The valve switching table in winter and summer

季節 V1～V4

V11～V14 V5V6 V7V8 V9V10

V15～V17 V11～V14

夏季 關 開 關 開 關

冬季 開 關 開 關 開

3.4年運行費估算

表3項目運行費用

Chart 3 Project operation cost

項目類別 初始投資 每年固定成本 每年運行費用

申報費用 先期物探和論證（約80萬元），交納礦權轉讓費（約70萬元），總費用：約150萬元。 按25年攤銷，成本：6萬元/年。 溫泉水費：0.8元/噸（回灌）；電費1.38 元/kwh。

電費250萬元

運行維護費用10萬元

水費30萬元

打井費用 打井（2000米井兩口，1200/m，約480萬元），監理單位監理費驗收費30萬元，總費用：約510萬元。 使用期限約25年， 21萬元/年。

配套設備費用 配套的機組、水泵等機房投資約200萬元。 按15年攤銷，14萬元/年

末端費用 風機盤管等設備約200萬元。 按15年攤銷，成本：14萬元/年

按表3計算工程初始投資約1060萬元，年固定成本55萬元，一期溫泉酒店年運行費用290萬元。

4、結語

熱泵技術是一種即可節約一次能源，又可減少環境污染的有效節能技術，得到了設計師的高度青睞。從綜合的經濟效益與社會效益看，熱泵的發展具有廣闊的空間。

對于有高溫地熱源可利用的溫泉酒店項目，可考慮利用熱泵技術對能源加以梯級利用。夏季可利用熱泵機組熱回收裝置，將空調機組冷凝熱回收加熱生活熱水。冬季可采用地熱溫泉排水作為熱源，同時將地熱水進行梯級利用，一級采用板式換熱制備生活熱水，二級采用管殼換熱將熱量加入地熱溫泉排水中，供熱泵機組提升，達到節能的目的。

參考文獻

[1] 張昌.熱泵技術與應用[M].機械工業出版社，2008

[2] 趙勇泉.水源熱泵設計及應用實例.[J] 制冷空調與電力機械，2011（6）

[3] 高亮.某商業建筑地下水源熱泵系統設計[J].城市建筑，2014（18）

作者簡介：劉斌（1982），男，暖通空調專業工學碩士，中級工程師，天津市中天建筑設計院，