淺談地源熱泵系統(tǒng)與風冷熱泵系統(tǒng)方案比較

劉建華

（中鐵建工集團安裝工程有限公司 116600）

0 引言

地源熱泵空調系統(tǒng)的技術經過國內多年的發(fā)展，在2009年達到最高峰，地源項目越來越大，從事地源熱泵行業(yè)的人員越來越多。國家早在2005年就出臺了中華人民共和國國家標準GB50366-2005地源熱泵技術規(guī)程，2009年又進行了改版和補充。本文列舉某工程方案選取，通過初投資和運行費用比較，讓大家對地源熱泵系統(tǒng)特點進一步認識。

1 工程概況

該項目就位于某省某市，中央會所（包含文化中心、健身中心、生活服務中心）建筑總面積約為13000m2，生活用熱水量統(tǒng)計量見附表1。

統(tǒng)計得出，淋浴日用水量約為7000L，水池日用熱水量約為33m3，泳池容積為421m3。

2 設計參數

（1）夏季空調計算干球溫度34.6℃，（2）夏季空調通風計算溫度 32℃，（3）冬季空調計算干球溫度-3℃，（4）冬季空調計算濕球溫度 -5℃，（5）最大凍土厚度 8CM，（6）夏季室內設計溫度 24～28℃，（7）冬季室內設計溫度 18～22℃，（8）游泳池容積： 421m3，面積為 312m2，池水溫度 26～28℃，設定平均溫度27℃，室溫28℃，（9）淋浴等日用熱水量和溫度：7000升（50℃），（10）洗浴中心水池總日用熱水量和溫度：33m3，40℃。

3 設計負荷

3.1 建筑負荷

該項目采用指標法冷負荷120w/m2的指標，熱指標80w/m2進行計算。建筑總冷熱負荷見附表2。

3.2 生活熱水負荷

（1）泳池用水負荷：

1）一次性沖擊負荷（初次充水或換水）

以冬季的工況計算，自來水溫度取最低值：6℃；換水周期24-48小時，本項目取24小時（即使用或換水時提前一天開啟機組進行加熱）。則：Ph=1.15×V×（t2-t1）×1000/（860×40）=1.15×421×（28-6）×1000/860×24=511.05kw。

2）日經常負荷：

彌補散熱損失負荷：當池水水溫為27℃，室溫為28℃時，查手冊表1得每平方米的池水散熱量為 372W/m2；小時散熱負荷 Ph1=312.5×372/1000=116kW；日散熱負荷為Qh1=116×24=2784kW。

3）補水補熱負荷：以每日補水量為 5%的池容積計，冬季工況冷水溫度為 6℃時，小時補水補熱負荷 Ph2=[V×B×1000/24×（t2-t1）/860×0.95]=421×0.05×1000×（28-6）/（24×860×0.95）=23.62kW，日補水補熱負荷Qh2=Ph2×24=23.62×24=567kw

該游泳池日使用熱負荷為：∑Qh1=Qh1+Qh2=2784+567= 3351kW。

（2）洗浴中心用熱水負荷：

1）淋浴等用水量及日用熱負荷Qh3：淋浴日用熱水量7000升/日（50℃），設小時最大流量為1/3的日用熱水量（每場次用水量），Wh=V/3=7000/3=2333升/小時。日用熱負荷Qh3=V×（50-6）/（860×0.95）=7000×44/817=377kw；

2）洗浴中心用熱水負荷Qh4：日用水量33000升/日（40℃），初始水溫設定為最低溫度6℃，一日換水一次：日用熱負荷Qh4=V×（40-6）/（860×0.95）=33000×34/817=1373kw；

3）該洗浴中心日使用熱負荷為：∑Qh2=Qh3+Qh4=377+1373= 1750kw。

（3）本項目總日用熱水負荷為：∑Qh=∑Qh1+∑Qh2=3351+1750= 5101kW，按8小時加熱，平均每小時負荷：5101/8=637.6kw。

（4）水箱選取：選取10m3水箱一個用于泳池水溫平衡和洗浴中心與更衣室淋浴設施，選取20m3水箱一個用于洗浴中心水池用水。

4 方案配備

4.1 地源熱泵系統(tǒng)

（1）地埋管換熱量選取（項目的熱響應測試結果見附表3）

根據本項目的測試報告選取單 UDe32，夏季排熱量取 52w/m，冬季取熱量取42w/m。埋管深度100m，孔徑150mm，孔間距暫按4m進行計算。

（2）地埋管個數：

夏季總冷負荷：1560kw。

冬季總熱負荷：1677.6kw。

地源熱泵機組夏季性能系數為：6.4，冬季性能系數為：5.1。

最大釋熱量：Q1=夏季總冷負荷×（1+1/6.4）=1560×1.156 =1803kw。

最大吸熱量：Q2=冬季總熱負荷×（1-1/5.1）=1677.6×0.8 =1342kw。

按夏季最大釋熱量計算鉆孔個數：1803×1000/100×52=346個。

按冬季最大釋熱量計算鉆孔個數：1342×1000/100×42=320個。

以滿足最大鉆孔個數，按夏季鉆孔個數進行布孔，本項目鉆孔個數需要 346個。

4.2 風冷熱泵系統(tǒng)

（1）機組選型（見附表6）

主機選用螺桿式風冷熱泵機組，全熱回收型機組，機組冬季輔助加熱裝置，單獨輔助加熱功率2kw。

（2）水泵選型（見附表7）

5 初投資比較（地源熱泵系統(tǒng)與風冷熱泵系統(tǒng)比較見附表8）

6 運行費用比較（地源熱泵系統(tǒng)與風冷熱泵系統(tǒng)見附表9）

由上表可以看出，平均一年每平方約23.8元（含熱水），使用地源熱泵跟風冷熱泵每年的運行費節(jié)約為16萬元。地源熱泵的初投資比風冷熱泵高出90萬元。如果使用地源熱泵的話：90÷16=5.6年，大約5.6年就能把多投資的部分節(jié)省下來，往后使用就能比風冷系統(tǒng)節(jié)省16多萬元。（每天使用時間越長越節(jié)省費用，如果全天候使用空調的話，不到兩年即可把多投入的收回。）

7 優(yōu)缺點的比較

7.1 地源熱泵

優(yōu)點：①由于地源熱泵是以土壤作為換熱介質，換熱效果優(yōu)良，且供暖無需化霜處理，不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。所以運行使用效果極佳。②主機體積小，不用考慮排氣順暢等問題，主機安裝有利于環(huán)境美觀設計。③不論制冷制熱能效比都高于其它空調，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，不隨室溫變化而變化，比風冷熱泵節(jié)能30%以上。

缺點：①受建筑物周邊場地與土壤情況因素制約。②初投資成本相對較高。

7.2 風冷熱泵

優(yōu)點：①利用屋頂空地放置風冷熱泵機組，既減少了土地使用。②技術成熟，維護簡單，造價相對地源熱泵便宜。

缺點：①風冷熱泵會因環(huán)境溫度變化，制熱或制冷的效率及能力均不同不夠穩(wěn)定。如冬季氣溫寒冷需要增加電輔熱功能，運行成本增加，有熱導污染，不利于環(huán)保。②屋頂設置機組的話需要考慮樓層的承重，土建投資相對增加。

8 結語

通過分析比較，風冷機組和地源熱泵機組在夏季運行時都可以通過熱回收功能免費制取在50℃左右的生活熱水，運行季節(jié)時機組免費制取生活熱水，冬季采暖季節(jié)及過度季節(jié)時，打到供熱狀態(tài)，但是由于地源熱泵的能效比高于風冷熱泵，加上地源熱泵的運行費用遠低于風冷熱泵（在極端天氣下風冷熱泵制取熱水還需開啟電輔助加熱，更增加風冷熱泵的運行費用），所以顯而易見：在相同天氣條件下制取相同溫度和體積的熱水，地源熱泵的費用將遠遠低于風冷熱泵。

[1]GB 50366-2005.地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范[S].

[2]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]GB 50019-2003.采曖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范[S].

[4]GB 50189-2005.公共建筑節(jié)能設計標準[S].