熱泵技術(shù)在某項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳非

【摘要】隨著全球環(huán)境的不斷惡劣，節(jié)能、環(huán)保問(wèn)題已成為全人類必須面對(duì)并加以解決的重大課題。暖通系統(tǒng)的節(jié)能也成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)三亞某酒店項(xiàng)目中利用空調(diào)冷回水為熱源的空調(diào)兼生活熱水系統(tǒng)的熱泵技術(shù)的應(yīng)用及分析，旨在暖通設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷完善優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能；變頻；空氣源熱泵；熱回收型水源熱泵

引言：

經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的背景下，人們的生活質(zhì)量獲得了明顯的提升。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)中顯示，我國(guó)建筑暖通空調(diào)的使用率正處于逐年的上升態(tài)勢(shì)，隨之而來(lái)則產(chǎn)生了一系列的能源消耗問(wèn)題。公共建筑暖通能耗特別高，節(jié)能潛力也巨大。熱泵技術(shù)是回收和利用低位熱能的有效手段之一，在工程領(lǐng)域已得到日益廣泛的應(yīng)用，在節(jié)能工作中發(fā)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(shù)是利用地表淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能的輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的技術(shù)。利用熱泵技術(shù)，可以充分利用空調(diào)的余熱，制造出即產(chǎn)“冷”又產(chǎn)“熱”的兩用機(jī)組。夏季利用空調(diào)用熱泵機(jī)組的冷凝熱，可以做到制取空調(diào)冷水的同時(shí)，又很方便的得到生活熱水。本工程即利用空調(diào)冷回水為熱源，采用熱水熱泵機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低位熱能的回收，在空調(diào)系統(tǒng)制冷的同時(shí)，也得到了生活熱水這個(gè)副產(chǎn)品。一機(jī)多用，使能量綜合利用效益最大化。

2、工程概況

本項(xiàng)目為三亞某酒店，包括豪華地標(biāo)酒店、公寓式酒店、會(huì)展酒店、會(huì)展中心、商業(yè)中心、電影院、水上樂園等功能的70多萬(wàn)平方米超級(jí)酒店群。項(xiàng)目分三期建設(shè)，本工程為該項(xiàng)目中的6#～8#樓，總空調(diào)面積約6.26萬(wàn)m2 ，主體建筑高度82m，經(jīng)負(fù)荷計(jì)算，夏季空調(diào)總冷負(fù)荷為8338KW，建筑面積冷負(fù)荷指標(biāo)為123w/m2。生活熱水總熱負(fù)荷為 2400kW。

2.1 空調(diào)、熱水冷熱源

在空調(diào)系統(tǒng)中，冷熱源設(shè)備初投資大，運(yùn)行能耗中所占比例高，因此冷熱源設(shè)備選擇至關(guān)重要。針對(duì)本項(xiàng)目二層以下為商業(yè)，三層以上為酒店的建筑布局特點(diǎn)，結(jié)合三亞當(dāng)?shù)氐姆骞入妰r(jià)差異政策，空調(diào)冷源采用了部分蓄冰方式的冰蓄冷系統(tǒng)，基載機(jī)組負(fù)擔(dān)夜間負(fù)荷，雙工況機(jī)組夜間滿負(fù)荷開啟進(jìn)行蓄冰，白天根據(jù)空調(diào)負(fù)荷及電價(jià)情況調(diào)整冷機(jī)開啟臺(tái)數(shù)，并配合閥門及水泵變頻來(lái)調(diào)整蓄冰槽供冷量。

根據(jù)三亞的氣象特點(diǎn)，一年中2～11月份均為制冷季，12～1月份為過(guò)渡季，經(jīng)征詢?cè)擁?xiàng)目酒店管理公司意見，不提供空調(diào)供熱。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，結(jié)合熱泵的工作特點(diǎn)，生活熱水系統(tǒng)采用熱回收式熱泵系統(tǒng)（空調(diào)水源熱泵+空氣源熱泵），制冷季時(shí)，利用空調(diào)水源熱泵在空調(diào)系統(tǒng)制冷的同時(shí)，向生活熱水提供熱量；非制冷季時(shí)，生活熱水系統(tǒng)切換至屋頂空氣源風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)。上述冷熱源配置方式即考慮了降低運(yùn)行費(fèi)用，又平衡了城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)。工程冷源選用了650USRT的基載機(jī)組2臺(tái)，650USRT的雙工況機(jī)組1臺(tái)，機(jī)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(jī)組2臺(tái)，置于能源中心，制熱量772KW的高溫風(fēng)冷熱泵機(jī)組3臺(tái)，置于屋頂，熱水供回水溫度55/50℃。

冷熱源系統(tǒng)圖如下：

2.2 熱水系統(tǒng)運(yùn)行策略

2.2.1 判斷水源熱泵、風(fēng)冷熱泵制取熱水的依據(jù)：

（1）當(dāng)水源熱泵蒸發(fā)器進(jìn)水溫度低于10度時(shí)，熱水由風(fēng)冷熱泵制取。

（2）當(dāng)水源熱泵蒸發(fā)器進(jìn)水溫度高于10度時(shí)，熱水由水源熱泵制取。

2.2.2 熱泵熱水循環(huán)泵與熱泵的對(duì)照比例

熱泵熱水循環(huán)泵與水源熱泵、風(fēng)冷熱泵的對(duì)照比例為1臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)1臺(tái)熱泵機(jī)組。熱水循環(huán)泵為變頻泵，根據(jù)工況調(diào)整水泵運(yùn)行頻率。

2.2.3 熱泵熱水循環(huán)泵變頻

（1）當(dāng)熱源為水源熱泵時(shí)，熱水循環(huán)泵的運(yùn)行頻率為40hz左右，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。

（2）當(dāng)熱源為風(fēng)冷熱泵時(shí)，熱水循環(huán)泵的運(yùn)行頻率為50hz左右，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。

（3）水泵運(yùn)行頻率在調(diào)試完成后，頻率不再隨某個(gè)信號(hào)變動(dòng)頻率，定頻運(yùn)行。

2.2.4 熱泵的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)根據(jù)熱泵熱水總管上供回水溫差確定。

2.2.5 熱水系統(tǒng)出水溫度控制：根據(jù)熱水出水溫度調(diào)節(jié)各自熱源三通調(diào)節(jié)閥。

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

2.3 熱水系統(tǒng)和空調(diào)冷水系統(tǒng)的啟動(dòng)關(guān)系

（1）無(wú)論在何種電價(jià)時(shí)段，用熱泵制取熱水，在制取熱水的同時(shí)向空調(diào)系統(tǒng)提供冷負(fù)荷。

（2）制取熱水同時(shí)制取的冷負(fù)荷能夠滿足空調(diào)需求，則空調(diào)系統(tǒng)（包括蓄冰系統(tǒng)+基載主機(jī)）不再開啟。

（3）如果熱水熱泵蒸發(fā)器出口溫度低于4度，表明制取熱水時(shí)制取的冷負(fù)荷已經(jīng)超過(guò)空調(diào)使用需求冷負(fù)荷，則熱泵系統(tǒng)切換至風(fēng)冷熱泵制取熱水。

（4）如果熱泵制取熱水的同時(shí)不能滿足空調(diào)冷負(fù)荷的需求時(shí)，冰蓄冷+基載冷機(jī)啟動(dòng)。

（5）空調(diào)冷水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)在不同負(fù)

荷段的啟動(dòng)描述如下：

設(shè)計(jì)日（100%負(fù)荷）負(fù)荷分配策略：由于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)日的逐時(shí)冷負(fù)荷較大，為了充分利用蓄冰槽和制冷機(jī)的供冷能力，最大限度降低系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)，空調(diào)冷負(fù)荷由基載冷機(jī)和蓄冰槽共同承擔(dān)。雙工況制冷機(jī)夜間制冰，白天峰值負(fù)荷時(shí)參與制冷，此時(shí)段內(nèi)，系統(tǒng)負(fù)荷均大于熱泵熱水主機(jī)所制取冷量，熱水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)匹配良好。

75%、50%負(fù)荷段負(fù)荷分配策略：該負(fù)荷段在三亞的整個(gè)空調(diào)期出現(xiàn)的時(shí)間比較長(zhǎng)，合理的分配空調(diào)負(fù)荷，調(diào)整好雙工況冷機(jī)、基載冷機(jī)、蓄冰槽的供冷，是決定該時(shí)段能源站空調(diào)及熱水系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省多少的關(guān)鍵。在此時(shí)段內(nèi)，系統(tǒng)負(fù)荷均大于熱泵熱水主機(jī)所制取冷量，熱水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)匹配良好。

25%負(fù)荷段負(fù)荷分配策略：25%負(fù)荷段的空調(diào)日總冷負(fù)荷較小，日間大部分冷負(fù)荷可由冰槽負(fù)擔(dān)。此時(shí)需要把熱泵熱水系統(tǒng)切換至風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)，熱泵主機(jī)切換通過(guò)蒸發(fā)器出口溫度確定。

2.4 熱泵熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型分析

2.4.1 計(jì)算用能源價(jià)格依據(jù)

燃?xì)猓簾嶂担?000 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(fèi)用計(jì)算

2.4.4 燃?xì)忮仩t熱水費(fèi)用計(jì)算

2.4.5當(dāng)?shù)氐纳虡I(yè)燃?xì)鈨r(jià)格是3元/NM3，平均電價(jià)是0.8元的情況下，熱泵熱水系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用比燃?xì)庀到y(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低2275988元，節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)可觀。

結(jié)束語(yǔ)：

熱泵系統(tǒng)在節(jié)能性、環(huán)保性方面都有較大優(yōu)勢(shì)，特別是在建筑供暖、供冷中能更加明顯的得以體現(xiàn)。應(yīng)用熱泵技術(shù)進(jìn)行空調(diào)余熱回收和冷熱量綜合利用是建筑節(jié)能的一個(gè)有效措施。該項(xiàng)目已于2013年投入使用，得益于復(fù)雜自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)供冷、供熱運(yùn)行良好。達(dá)到了環(huán)保、節(jié)能的目的，對(duì)于供冷供熱都有需求的場(chǎng)所和建筑，節(jié)能優(yōu)勢(shì)比較明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸耀慶.《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版.2007

[2]蔣能照.《空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用》第一版.1997

[3]林康立.《有關(guān)利用空調(diào)余熱，發(fā)展熱泵三用機(jī)組的探討》2003.12

[4]丁衛(wèi)東，袁魯濱.《水源熱泵技術(shù)在供熱空調(diào)工程中的應(yīng)用》節(jié)能2002（5）