暖通工程師資料:水源熱泵與風(fēng)冷熱泵制冷比較

項目概況

北京某辦公樓位于城南，該辦公樓為改造項目，地上五層，地下一層，總建筑面積約8000平米。需解決夏季空調(diào)制冷，冬季供暖問題，全年保持室溫在18℃-25℃。

二、制冷供暖方案

風(fēng)冷熱泵加輔助電加熱方案

利用風(fēng)冷熱泵實現(xiàn)夏季制冷，冬季供暖考慮到風(fēng)冷熱泵機組在室外溫度-8℃時啟動困難，需增加輔助電加熱。

2、水源熱泵方案

該方案要求在建筑物附近打三口井，井深80-100米，一口抽水，出水量為100M3/h，兩口井回灌，保持地下水資源穩(wěn)定，利用井水作為冷熱源，水源熱泵機組夏季制冷，冬季供暖滿足辦公樓要求。

負荷計算及機組

設(shè)計依據(jù)、范圍及原則

本方案包含某辦公樓的空調(diào)制冷供暖系統(tǒng)，包括冷熱源、設(shè)備選型及末端系統(tǒng)方案。能夠獨立實現(xiàn)夏季制冷，冬季供暖。保證大樓的正常使用。

設(shè)計依據(jù)、范圍及原則

2.空調(diào)冷熱負荷計算

考慮到該建筑主要為辦公室，根據(jù)國家標準單位建筑面積制冷負荷選取100W/M2，建筑總冷負荷約為800KW。單位建筑面積供暖熱負荷選取60W/M2，建筑總熱負荷約為480KW。

機組設(shè)備選型及技術(shù)參數(shù)

選擇方案時應(yīng)該考慮節(jié)省投資和保障該建筑正常制冷供暖要求。風(fēng)冷熱泵機組設(shè)計裝機容量為835.2KW，配置風(fēng)冷熱泵機組MTD-80SH叁臺。水源熱泵機組設(shè)計裝機容量為930KW，配置水源熱泵機組MSRB80壹臺。

表一　機組選型

項目風(fēng)冷熱泵水源熱泵

設(shè)備名稱風(fēng)冷冷(熱)水機組水源熱泵機組

設(shè)備型號 MTD-80SH MSRB80

數(shù)量 3臺 1臺

單臺制冷量 278.4KW 930KW

單臺制熱量 304KW 1116KW

總制冷量 835.2KW 930KW

表中機組的設(shè)計裝機容量基本滿足大樓的需求。

4.風(fēng)冷熱泵機組由于存在在室外溫度-8℃時啟動困難，需增加功率為480KW的輔助電加熱設(shè)備，解決在嚴寒情況下供暖問題。

5.水源熱泵機組對水資源要求嚴格，需要井水溫度、流量穩(wěn)定。必要時，應(yīng)設(shè)置獨立換熱站，把井水與機組隔離。

四、風(fēng)冷熱泵機組與水源熱泵機組的特點

風(fēng)冷熱泵機組的特點

風(fēng)冷冷(熱)水機組采用模塊化設(shè)計，完全不必設(shè)置備用機組，運行過程中電腦自動控制，調(diào)節(jié)機組的運行狀態(tài)，使輸出功率與工作環(huán)境的實際利用率相協(xié)調(diào)。

模塊化機組的可靠性高，該機組由數(shù)個模塊組成，任何模塊的臨時檢修停運都不會影響整機的正常運行，大大提高了整個空調(diào)系統(tǒng)的合理性和可靠性。

機組可任意放置屋頂或地面，沒有機房設(shè)施和冷卻水塔系統(tǒng)，不占用有效使用面積。同時安裝施工工作大為簡便。

由于機組在運行過程中是全電腦自動控制，所以日常不需要專業(yè)技術(shù)人員管理維護。

風(fēng)冷熱泵有不足之處，由于在室外溫度-8℃時啟動困難，需增加輔助電加熱。

2、水源熱泵的特點

水源熱泵機組以水為載體，冬季采集來自湖水、河水、地下水及地熱尾水，甚至工業(yè)廢水、污水的低品位熱能，借助熱泵系統(tǒng)，通過消耗部分電能，將所取得的能量供給室內(nèi)取暖;在夏季把室內(nèi)的熱量取出，釋放到水中，以達到夏季空調(diào)的目的。該機組具有設(shè)計標準、選擇優(yōu)良、操作簡便、安全可靠等優(yōu)點。由于水源熱泵技術(shù)利用地表水作為空調(diào)機組的制冷制熱的源，所以其具有以下優(yōu)點：

環(huán)保效益顯著

水源熱泵是利用了地表水作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)，，沒有燃燒過程，避免了排煙污染;供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環(huán)境更優(yōu)美。

(2)高效節(jié)能

水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

(3)運行穩(wěn)定可靠

水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

(4)一機多用，應(yīng)用范圍廣

水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝

置或系統(tǒng)。

(5)自動運行

水源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計簡單的系統(tǒng)，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低;自動控制程度高，使用壽命長可達到15年以上。當然，水源熱泵也不是十全十美的，其應(yīng)用也會受到制約。

可利用的水源條件限制

水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個關(guān)鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開式系統(tǒng)，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統(tǒng)，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。

b.水層的地理結(jié)構(gòu)的限制

對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確?？梢栽诮?jīng)濟條件下打井找到合適的水源，同時還應(yīng)當考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。

c.投資的經(jīng)濟性

由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水源的基本條件的不同;一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟性會有所不同。

五、制冷供暖設(shè)備工程初投資

表二　初投資表(萬元)

項目風(fēng)冷熱泵水源熱泵

機組設(shè)備 100 100

輔助電加熱設(shè)備 30 /

打井 / 40

施工費用 120 120

總計 250 260

單位造價 321.5元/平米 325元/平米

六、制冷供暖運行費用

夏季制冷大約120天左右，每天運行10小時，機組運行系數(shù)為0.7，每度電按0.57元計算：風(fēng)冷熱泵方案

0.57元×262.2KW×10小時×120天×0.7= 125541元

125541元÷8000米2=15.7元/米2

水源熱泵方案

0.57元×178.8KW×10小時×120天×0.7= 85609.44元

85609.44元÷8000米2=10.7元/米2

冬季供暖大約120天左右，每天運行20小時，機組運行系數(shù)為0.7，每度電按0.57元計算：風(fēng)冷熱泵方案

風(fēng)冷熱泵費用

0.57元×120KW×20小時×100天×0.7= 95760元

輔助電加熱費用

0.57元×480KW×20小時×20天= 109440元

合計：

95760元+109440元=205200元

205200元÷8000米=25.7元/米2

水源熱泵方案

0.57元×120KW×20小時×120天×0.7=114912元

114912元÷8000米2=14.36元/米2

單位面積季度運行費用比較

表三單位面積費用表(元/平米)

項目風(fēng)冷熱泵水源熱泵

夏季 1 10.7

冬季 25.7 14.36