水源熱泵中央空調節能改造

鄧文宗

（廣州市惠愛醫院 廣東廣州 510370）

水源熱泵中央空調節能改造

鄧文宗

（廣州市惠愛醫院 廣東廣州 510370）

社會經濟發展，人類活動對能源需求的依賴度越來越大，節能環保已經是人類發展的重要課題。傳統中央空調系統主要為電力制冷，系統不但設計復雜，并且能源浪費嚴重；而水源熱泵中央空調系統，合理的利用水源熱泵的能源交換和變頻技術，達到節能環保的目的。

水源熱泵；中央空調；節能環保

1 水源熱泵系統分析

水源熱泵系統的設計，主要是根據地球水源，通過吸收大量太陽輻射能量，將水源溫度維持在一定溫度內的原理。通過系統的設計，以地下水作為降溫或者升溫的主要資源，即在夏季溫度較高時通過空調系統將建筑內的熱量釋放到水源內，因為水源溫度比較低，可以有效的將熱量吸收。如選用水源熱泵系統，一般情況下每消耗1kW的能量，用戶可以從中得到4kW以上的熱量或者制冷量，調節溫度的效果更好[1]。水源熱泵在中央空調系統設計中的應用，可以有效改變空調系統運行的傳統方式，在保證為人們提供所需功能的基礎上，降低能源的使用，達到節能環保的目的。

2 水源熱泵中央空調節能設計實例分析

2.1 工程概述

廣州市惠愛醫院住院部大樓為例，住院部大樓共設800個病床位，共有12層，總建筑面積大約為16350m2。中央空調作用面積為整個住院部大樓，建筑主朝向向南，并且南與西兩個方向采取玻璃幕墻設計，外圍護結構保溫，外窗為斷熱鋁合金中控玻璃。

2.2 方案設計

2.2.1 系統設計

確定建筑空調系統方式為集中空調系統，其中水系統方式為一次泵定流量冷凍水系統以及一次泵變流量深井水系統兩種，而空調水管道系統方式雙管異程，其中8層以上為雙管同程[2]。建筑主要房間空調風系統形式為測送下回，末端系統方式為風機盤管加獨立新風系統48250m2。

2.2.2 熱冷負荷計算

建筑工程空調作用面積為16350m2，空調計算冷負荷為1825kW，熱負荷為1628kW，空調冷指標為60.2W/m2，空調熱指標為53.5W/m2，空調設備電氣安裝容量為1826.2kW，空調通風設備電氣安裝容量指標為20.3W/m2。

3 實施措施

經實際檢測得出本地地下水溫情況：夏季為16℃，為滿足建筑使用實際需求，中央空調系統設計在夏季需要提供6～12℃冷凍水。夏季井水工礦制冷凍水，進出溫度分別為16與7℃，井水進出水溫分別為26與38℃，主要由2臺型號為LSBLGR-1400M滿液式半封閉螺桿水源熱泵機組。相關制冷量為2048kW，功率為512kW，EER=5.58；機組夏季2臺并聯運行，通過測試可以得出夏季地下水溫為9℃。

夏季釋放熱量：Qs=（2048+512）×2=4508（2臺機組）

夏季水量：Gs=4508×0.86/9=430.8m3/h

系統設計抽水泵3臺，其中單井出水量在125m3/h以上，能夠完全滿足回流，設計循環水泵為5臺。另外，空調循環水泵流量應該大于250m3/h，揚程為35m，功率為30kW，夏季2用1備。而深井潛水泵要求流量為160m3/h，揚程為40m，功率為30kW。全年制冷季節時間按照120d，全天12h計算，并且將季節調節系數定為0.6，使用系數同樣為0.6，市場電價確定為公益事業電價0.95元/kW·h。則全年費用為512×2×0.6kW×120d×12h×0.95=840499.2元。

4 節能改造

對系統進行變頻器節能改造，即在原工頻系統基礎上進行改裝，利用變頻器、PLC、人機界面、數模轉換模塊、溫度模塊以及人機界面等有機結合，形成溫差閉環自動化控制系統化，對水泵輸出流量進行調節控制，提高節能的有效性。系統原有5臺冷卻水泵，通過同一母管并聯循環向生產設備供水，夏季實際負荷運行較高時3用2備。對其進行變頻器改造，選擇用4個溫度變送器，2個PID溫差控制器與2臺變頻器組成兩套完整的溫差閉環控制系統，完成對冷卻水出水、回水溫度的控制，保證冷卻水泵的水速可以隨著熱負載的變化而變化。其中系統中1#～3#冷卻水泵共用1臺變頻器并單獨裝柜，實現1拖3控制；4#～5#冷卻水泵共用一臺變頻器并單獨裝柜，實現1拖2控制。并在此基礎上對電路進行設計，保證每套系統控制都能夠實現手動、自動、變頻以及工頻之間的轉換，而兩套冷卻水系統則能夠單獨完成工頻與變頻運行。

進行變頻改造后，降低水泵、送風機能耗40%左右，并對主機運行環境進行了優化，確保主機能夠保持較高的效率運行，降低主機能耗6%～12%，整體節能效果達到了13%～26%。水源熱泵中央空調系統較之傳統空調設計具有一定的優勢，而對其進行變頻節能改造，可以在原有基礎上對整個機組進行完善，不斷提高設備的運行效率，降低主機能耗，能夠更有效的提升節約能源的應用。

5 結語

水源熱泵中央空調系統是空調設計中的比較節能的方案之一，可以通過對地下水能源交換的利用，滿足建筑內供暖以及制冷的需求，真正實現節能環保的目的。

[1]田亞雷.地下水源熱泵采暖及與集中供熱采暖的比較[J].河北工業科技,2011(02):59-60.

[2]朱森.水源熱泵技術在供熱中央空調中的應用 [J].科技資訊, 2011(12):32-33.

[3]李芳,潘莉,張明圣.水源熱泵系統的經濟運行及評價指標[J].制冷與空調,2011(05):21-22.

鄧文宗（1979-），男，廣東廣州，工程碩士，研究方向：電氣工程。