可再生能源建筑在三峽花苑小區中的應用

【摘要】開展可再生能源建筑應用，在三峽花苑小區中建設水源熱泵中央空調系統，其目標是為淺層地熱資源利用起到示范和推廣作用，為公用建筑或其他類似地區居民建筑淺層地熱能的綜合有效利用提供科學依據，提高地熱能的利用水平，減少常規空調系統對能源的消耗和對環境的污染，項目設計節能目標符合國家及省市要求的50-80%的節能設計標準。

【關鍵詞】可再生能源；水源熱泵；節能環保

1、項目概況

本項目位于宜昌市明朝陽路沙河和黃柏河交匯處，總用地面積85866.1平方米，總建筑面積332870.4平方米，地上建筑面積244394.4平方米，地下建筑面積88476平方米。由16棟高層（26F～32F）、2棟多層及-2F（局部-3F）地下室組成，共2261戶。

2、淺層地熱能資源概述

水源熱泵集中供冷、供暖是近二十年來歐美國家大力推廣的新技術。近年來，我國北方地區推廣水源熱泵集中供暖、供冷有了長足的發展，僅北京、重慶就有數千個水源熱泵集中供暖、供冷系統投入運行，取得了很好的經濟和社會效益。

水源熱泵集中供冷、供暖系統是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源，既制冷又制熱，還可以提供生活熱水的高新技術。

3、建設方案

建設水源熱泵系統的水源擬采用沙河與黃柏河交匯處（黃柏河庫區）的地表水。根據監測數據，水體夏季最高溫度23.6℃，冬季最低溫度11.6℃。夏季是水源熱泵系統的優質冷卻水源，冬季是水源熱泵系統的優質低位熱源水。抽取的沙河與黃柏河交匯處的地表水經機組換熱后100%退水至沙河。利用項目旁邊沙河與黃柏河交匯處水體溫度相對穩定的特性，通過輸入少量的高品位電能，實現水體與建筑物內部的熱量交換，使低品位熱能向高品位轉變為冷、暖兩用空調及太陽能集熱生活熱水系統的補充熱源。綜合考慮工程項目現場條件和經濟合理因素，選擇在整個小區（包含住宅區和非住宅區）范圍內建設水源熱泵集中供冷、供暖與，為其提供節能型的集中供冷、供暖支持。

3.1方案遴選

本工程項目選擇水源熱泵集中供冷、供暖系統方案與常規空調系統進行比較，根據建筑物的使用性質，為合理利用能源，降低能耗，減少環境污染。本建筑供冷供熱系統推薦采用太陽能+水源熱泵系統，作為該項目集中供冷供暖系統的冷熱源。

水源熱泵集中供冷供暖系統與常規中央空調的比較（見下表）：

3.2設計參數

（1）室外計算溫度：夏季TWG=35.8℃ TWS=28.1℃ 冬季TWK=-2℃

（2）室內設計計算參數：

（3）最大取水量（以夏季總制冷量8000KW的空調機組計算）：

M=[Q+N/Δt×0.86]×10h/d×180d=[（8000+1360）KW/（28.6℃-23.6℃）×0.86]×10h/d×180d=1610m3/h×10h/d×180d/年=290萬m3/年。

（4）取水、退水構筑物：沙河與黃柏河交匯處（黃柏河庫區）常年水位65m左右，1#樓與檢察院大樓間的地面高程約69m，在此二棟樓之間設置一個底面高程60m的集水井，將沙河與黃柏河交匯處的河水通過一根DN800的地下管線，采用自流的形式引至集水井。退水采用小區的市政雨水管網排至沙河。

本項目為宜昌市西陵區三峽花苑經濟適用房住宅小區，太陽能+水源熱泵集中供冷、供暖及生活熱水系統使用面積約244000㎡、可覆蓋人數約8000人。

根據《冷熱水機組能效限定值及能源效率等級》GB19577-2004要求，對于螺桿式/離心式冷水（熱泵）機組，當額定制冷量小于528KW時，其COP不應小于4.10；當額定制冷量為528～1163KW時，其COP不應小于4.30；當額定制冷量大于1163KW時，其COP不應小于4.60。

該項目抽取較大氣溫度相對穩定的黃柏河河水，河水進入機組水源側的進/出水溫度，夏季23.6℃/28.6℃，冬季11.6℃/6.6℃。總冷負荷14806KW，總熱負荷9624KW，生活熱水負荷18000KW。選用水源熱泵主機如下（同步使用系數0.54）：

（1）選用3臺制冷量2000KW，輸入功率340KW；制熱量為2173KW，輸入功率443KW的地表水工況螺桿式水源熱泵機組；本機組的制熱性能指數2173KW/443KW=4.9，制冷性能指數2000KW/340KW=5.9；

（2 ）選用2臺制冷量1000KW，輸入功率170KW；制熱量為1093KW，輸入功率228KW的地表水工況螺桿式水源熱泵機組；本機組制熱性能指數1093KW/228KW=4.8，制冷性能指數1000KW/170KW=5.9；

項目臨近沙河與黃柏河交匯處，根據監測數據，沙河與黃柏河交匯處底層水溫，夏季平均溫度23.6℃，冬季平均溫度11.6℃。夏季是水源熱泵系統的優質冷卻水源，冬季是水源熱泵系統的優質低位熱源水。項目現場有足夠的水源取水，退水條件也具備，有做水源熱泵系統的條件。

4、投資及效益

4.1 項目投資估算

4.2效益分析

（1）經濟效益

水源熱泵系統既能供暖又能供冷，既環保又節能，平均來說，可以節約用戶30-56%的供熱制冷的運行費用，水源熱泵系統方案盡管初投資比常規方案要多，但年運行總費用卻可以比常規系統方案節省超過一半，5年便可以通過節能的年運行費用收回投資。

（2）社會效益

在目前能源短缺的時代背景下，推廣和應用水源熱泵技術是一項具有歷史意義的開創性事業，項目實施能夠在中部地區特別是在夏熱冬冷的長江流域起到重要的示范作用。

（3）環保效益

水源熱泵集中供冷供暖系統環境效益顯著，水源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少50%以上，與電供暖相比，相當于減少了70%以上。水源熱泵實質上是一種能量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，提升到高位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節能特點。

5、結論及建議

推廣應用水源熱泵中央空調系統，是國家大力發展各種類型的可再生能源，是緩解能源緊缺的重要途徑，有利于實現國家推廣可再生能源在建筑中應用的發展目標，有利于改善居住、辦公環境和空氣污染問題。

本項目已獲得湖北省、宜昌市節能示范項目稱號，將為水源熱泵技術提供示范，從而可帶動水源熱泵技術在集中供冷供暖領域內的規模化發展，不論從宏觀還是微觀上均有良好的推廣前景。

參考文獻：

[1]采暖通風與空氣調節設計規范.GB50019-2003

[2]公共建筑節能設計標準.GB50189-2005

[3]民用建筑節能設計標準.JGJ26-95

[4]淺層地熱能勘查評價技術規程

[5]建設項目水資源論證管理辦法

[6]水源熱泵系統工程技術規范.GB50366-2005

[7]水熱資源地質勘查規范.GB11615-89

[8]供水水文地質勘察規范.GB50027-2001

[9]巖土工程勘察規范.GB50021-2001

[10]地下水質量標準.GB/T14848-1993

[11]地熱資源評價方法.DZ40-85

作者簡介：

蔡廣氈，男，漢族，1987.11，安徽潁上，畢業于三峽大學，研究方向為項目管理，工作單位為中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司；

張玲，女，漢族，1988.3，湖北石首，畢業于華中科技大學，研究方向為投融資管理，工作單位為武漢市城市建設投資開發集團有限公司。