淺議地源熱泵在酒店的應(yīng)用

孫立梅

摘要：地源熱泵原理是采用地下埋管換熱方式，通過輸入少量電能，采取地球淺層低溫?zé)崮埽瑢ν夤幔崴┗蛑评洌瑢崿F(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)變，具有高效、環(huán)保、節(jié)能特點。將其用于酒店采暖制冷系統(tǒng)，能效比（COP值）測試值達到4～6，節(jié)能環(huán)保效果顯著。

Abstract： The principle of ground source heat pump is to use underground buried heat exchange mode， ?adopt shallow low-temperature heat energy of the earth by inputting a small amount of electric energy for external heating （hot water） or refrigeration， and transforming low-level heat energy into high-level heat energy， so it has efficient， environmentally friendly and energy saving features. It is used in the hotel heating and cooling system， and the energy efficiency ratio （COP value） test value reaches 4-6， and the energy saving and environmental protection effect is remarkable.

關(guān)鍵詞：地源熱泵;采暖制冷系統(tǒng);節(jié)能環(huán)保

Key words： ground source heat pump;heating and cooling system;energy saving and environmental protection

中圖分類號：TU831 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0263-02

0 ?引言

地源熱泵技術(shù)是利用地下的土壤、地表水和地下水溫度相對穩(wěn)定的特性，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，以達到供熱或制冷的目的。這種技術(shù)還可供應(yīng)生活用水，是一種有效利用能源的方式。地源熱泵系統(tǒng)大體包括三種類型：以利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵、以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)和以利用地表水為冷熱源的地表水熱泵系統(tǒng)。目前，我國土壤源熱泵被大量用于高容積率的住宅小區(qū)以及高負(fù)荷密度的公共建筑，單個系統(tǒng)規(guī)模大多超過1000kW。現(xiàn)以某五星酒店為例，研究地源熱泵的酒店應(yīng)用。

1 ?酒店基本情況

酒店總建筑面積97855平方米，16層。其中地下1層，建筑面積23569平方米;地上15層，建筑面積74286平方米。在功能劃分上，地下1層用于復(fù)式停車和設(shè)備用房，地上1層為酒店辦公、健身、游泳、SPA，部分租售，2層為酒店大堂、廚房餐飲，3層為宴會廳、餐飲包房、多功能廳等，4層以上為客房。

酒店建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行山東省《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 132—2001和《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》J10786—2006，采用高效圍護結(jié)構(gòu)，科學(xué)進行外墻保溫，居住建筑節(jié)能65%以上、公共建筑節(jié)能50%以上。酒店重視利用可再生能源，利用地源熱泵供應(yīng)空調(diào)能量，是政府確認(rèn)的建筑節(jié)能示范項目。

2 ?熱泵選擇

酒店熱負(fù)荷由3部分組成，分別是夏天供冷、冬天供熱和日常生活熱水，設(shè)計酒店制冷供熱空氣調(diào)節(jié)面積為81855平方米，冷負(fù)荷為6986kW，熱負(fù)荷為5648kW。生活熱水需求為60℃熱水395噸/日。根據(jù)酒店的冷熱負(fù)荷需求，選擇2臺高效LSBLGR-1600MD滿液式地源熱泵機組負(fù)責(zé)制冷供熱，選用2臺帶雙蒸發(fā)器機組LSBLGRG-1300MD高溫高效機組，供應(yīng)生活熱水。

根據(jù)酒店要求，熱泵空調(diào)制冷時提供循環(huán)冷水溫度為7/12℃，制熱時提供循環(huán)熱水溫度為45/40℃，生活熱水溫度為60℃。以此確定制冷狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)工況是：地埋管循環(huán)水25/30℃，制冷循環(huán)水12/7℃;制熱狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)工況是：地埋管循環(huán)水6/3℃，制熱循環(huán)水40/45℃;制取生活熱水工況：地埋管循環(huán)水6/3℃，生活熱水60/55℃;制取生活熱水的同時產(chǎn)生制冷效果即熱回收工況：生活熱水循環(huán)水60/55℃，地埋管循環(huán)水6/3℃，制冷循環(huán)水12/7℃。

機組參數(shù)如表1。

3 ?機組制冷能力分析

確定兩臺供應(yīng)生活熱水機組長期處于制熱狀態(tài)，兩臺空調(diào)機組冬季制熱、夏季制冷。過渡季節(jié)空調(diào)制冷熱源以熱水機組換熱獲得。夏季最大制冷量為兩臺空調(diào)機組的制冷量加兩臺熱回收機組在制熱時的制冷量=（1334+814）×2=4296kW大于3586kW。冬季空調(diào)機組的最大的制熱量為2486kW大于2448kW，滿足設(shè)計要求。熱水機組的制熱量為2048kW大于1990kW。

夏季和過渡季節(jié)2臺空調(diào)機組和2臺熱水機組均處于制冷狀態(tài)，總的冷負(fù)荷由2臺地源熱泵空調(diào)機組和2臺地源熱泵生活熱水機組提供，整個夏季和過渡季全部通過熱回收的方式制取生活熱水。按生活熱水最大用水量考慮，可以回收的冷量為785×2=1570kW，可削峰量43%，保守考慮按削峰25%考慮，主機配置按冷量為3586×0.75=2689kW。

過渡季的空調(diào)熱負(fù)荷量很小，按總熱負(fù)荷的30%計算為734kW，這時的生活熱水負(fù)荷也比較少，可以通過生活熱水機組換熱而獲得（也是熱回收方式——整個熱水全部是熱回收方式獲得的）。

一年四季的生活熱水均由地源熱泵機組提供，但當(dāng)冬季的空調(diào)負(fù)荷和生活熱水負(fù)荷都達到峰值時，為了減少埋管數(shù)量，用燃氣鍋爐調(diào)峰，這樣既可以減少打孔的初投資費用，又不會增加太多的運行費用（運行時間較短）。

4 ?費用對比分析

4.1 項目投資分析

熱泵工程總投資（不含末端）為2396萬元，其中設(shè)備投資838萬元，安裝費用90萬元，打孔埋管費用1468萬元。

傳統(tǒng)供熱和制冷模式投資（不含末端）為1563.00萬元。其中城市熱網(wǎng)投資929.62萬元，螺桿式冷水機組投資400.32萬元，機房內(nèi)輔助設(shè)備投資100.16萬元，安裝工程費用90.00萬元，燃氣鍋爐系統(tǒng)42.90萬元。

4.2 運行費用分析

①地源熱泵運行費用。

夏季供冷。按夏季制冷運行90天，每天運行24小時，平均負(fù)荷率60%，電費0.74元/ kW·h（平均）計算，夏季總耗電量為

WR1=（W1+W2）·t·T·η

=（2×296kW+2×232kW+2×195kW+2×115kW）×24×90×0.6=217.2萬kW·h

夏季運行費用為：217.2萬kW·h×0.74=160.07萬元（含制取熱水費用）

冬季供暖。酒店冬季供熱運行140天，每天運行24小時，平均負(fù)荷率60%，電費0.74元/ kW·h（平均）計算，（實際使用按80%計算）冬季總耗電量為

WR1=（W1+W2）·t·T·η×0.8

=（2×318kW+2×289kW+2×239kW+2×115kW）×24×140×0.6×0.8=309.98萬kW·h

冬季運行費用為309.98萬kW·h×0.74=229.39萬元

全年運行費用合計為： 389.46萬元。

②傳統(tǒng)供熱和制冷模式（冷水機組系統(tǒng)+城市管網(wǎng)系統(tǒng)）運行費用。

夏季供冷。夏季總耗電量為

WS1=（W1+W2）×t1×T1×η1=（4×343kW+2×115kW）×24×90×0.6 =207.6萬kW·h

夏季運行費用是：207.6萬kW·h×0.74=153.62萬元（不包含制取熱水費用）

冬季供暖。冬季供暖運行費用（按城市管網(wǎng)收費38.4元/平方米計）則費用合計為：

38.4元/平方米×97855平方米=375.76萬元

制取熱水費用。自來水溫度按冬季5℃，夏季20℃，全年平均12.5℃計算，設(shè)計最大熱水需求量395噸/天（實際使用按65%計算），則全年制取熱水需求熱量為：

395×1.163×（60-12.5）×365=796.4萬kW·h

需消耗燃氣量約為

796.4 萬kW·h/9.89=80.53萬立方米

全年制取生活熱水的費用（燃氣價格按3.5元/立方米計算）

80.53萬立方米×65%×3.5元/立方米=183.26萬元

傳統(tǒng)供熱和制冷模式年運行費用合計為

153.6+375.76+183.26=712.62萬元。

③由上面計算利用地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)供熱和制冷模式相比，年節(jié)省的運行費用為：

712.26萬元-389.46萬元=322.80萬元

通過對兩種方案的初投資費用、運行費用及環(huán)境影響的分析比較得出，方案一雖然初投資費用比方案二高833.72萬元，但每年可節(jié)約運行332.72萬元，靜態(tài)投資回收年限僅為2.59年，且每年可節(jié)約標(biāo)煤1950.1噸，減少二氧化碳排放量4692.6噸/年，減少二氧化硫排放量37.8噸/年。

5 ?需要注意問題

①科學(xué)設(shè)定出水溫度。對于室內(nèi)末端裝置的設(shè)置，過高溫度的熱水不僅會降低室內(nèi)的舒適性（出風(fēng)溫度過高或室內(nèi)溫度分布不勻），將降低熱泵機組的COP（熱水溫度每升高1℃，熱泵機組的COP將降低約2～3%，出水50℃要比40℃時的COP降低20～30%）。因此，采暖用熱泵系統(tǒng)應(yīng)鼓勵采用低溫?zé)崴哪┒嗽O(shè)備，在滿足室內(nèi)舒適性的前提下，盡可能降低所需的熱水溫度，提高熱泵機組的效率。

②蓄冷裝置的應(yīng)用。水蓄冷技術(shù)利用峰谷電價差，在低谷電價時段將冷量存儲在水中，在白天用電高峰時段使用儲存的低溫冷凍水提供空調(diào)用冷。當(dāng)空調(diào)使用時間與非空調(diào)使用時間和電網(wǎng)高峰和低谷同步時，就可以將電網(wǎng)高峰時間的空調(diào)用電量轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)低谷時使用，達到節(jié)約電費的目的。

水蓄冷系統(tǒng)以空調(diào)用的冷水機組作為制冷設(shè)備，以保溫槽作為蓄冷設(shè)備。空調(diào)主機在用電低谷時制冷，并將制取的冷水蓄存起來，空調(diào)時將蓄存的冷水抽出使用。水蓄冷是利用水的溫差進行蓄冷，可直接與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)匹配，無需其他專門沒備。

6 ?結(jié)論

地源熱泵系統(tǒng)是隨著全球性的能源危機和環(huán)境問題的出現(xiàn)而逐漸興起的一門熱泵技術(shù)， 雖然與對比方案相比，投資費用高34%，但每年可節(jié)約運行費用46%（靜態(tài)回收期僅為2.51年），且減少了對周圍環(huán)境的污染及排放量，是理想的環(huán)保、節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

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