愛華網(wǎng)????1. 引言 熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，顧名思義，熱泵也就是像泵一樣，可以把不能直接利用的低位熱能(如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、生產(chǎn)廢熱等)轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)省部分高位能(如煤、燃?xì)狻⒂汀㈦娔艿?的目的。熱泵包括了使用土壤、地下水和地表水作為低位熱源（或熱匯）的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，即以地下水為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)稱之為地下水熱泵系統(tǒng)；以地表水為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)稱之為地表水熱泵系統(tǒng)。1997年以后由ASHRAE統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語—地源熱泵[1]。 地下水源熱泵誕生于20世紀(jì)30年代。凱姆勒(kemler)和奧格勒斯貝(Oglesby)在他們所著《熱泵應(yīng)用》一書中提到，到1940年美國已安裝了15臺大型商業(yè)用熱泵，其中大部分是以井水為熱源。 我國熱泵的研究開始于20世紀(jì)50年代，天津大學(xué)熱能研究所開展了我國熱泵的最早研究。1956年呂燦仁教授的“熱泵及其在我國應(yīng)用的前途”一文是我國熱泵研究現(xiàn)存的最早文獻(xiàn)。1965年天津大學(xué)與天津冷氣機廠研制成國內(nèi)第一臺水源熱泵空調(diào)機組。進(jìn)入21世紀(jì)后由于我國快速城市化，促進(jìn)了熱泵在我國的應(yīng)用越來越廣泛，熱泵的發(fā)展十分迅速，熱泵技術(shù)的研究不斷創(chuàng)新。2000年至2003年間，熱泵的應(yīng)用研究空前活躍，碩果累累，全國各省市幾乎均有應(yīng)用熱泵技術(shù)的工程實例。 陜西某大學(xué)新校區(qū)位于西安市長安區(qū)郭杜鎮(zhèn)，總建筑面積為11萬平方米。采暖面積約為8.53萬平方米，總熱負(fù)荷為5100KW；總制冷面積為2萬平方米，總冷負(fù)荷為3600KW。利用校園內(nèi)現(xiàn)有的一口地?zé)峋?、兩口冷水井作為熱、冷源，結(jié)合熱泵技術(shù)來滿足新校園區(qū)采暖、制冷需求。 2.供暖與制冷 2.1設(shè)計參數(shù) 西安市屬于寒冷地區(qū)，位于北緯34.18°，東經(jīng)108.56°，海拔高度396.9m，夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度：35.2℃，冬季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度：-8℃，夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算濕球溫度：26.0℃，全年室外干球溫度基本保持在-9℃～38℃之間。高溫天氣出現(xiàn)在夏季的6、7、8月份，最高氣溫達(dá)到37.9℃。低溫天氣出現(xiàn)在冬季的1、2、12月份，最低氣溫達(dá)到-9℃。全年絕大部分時間的溫度分布集中在0℃~30℃之間，極端高溫和極端低溫的天氣持續(xù)時間比較短暫。室外計算相對濕度為冬季67%，夏季室外平均風(fēng)速為2.2 m/s，冬季室外平均風(fēng)速為1.8m/s。根據(jù)西安地區(qū)設(shè)計用室外氣象參數(shù)，最低設(shè)計室外溫度—5℃，以及國家有關(guān)暖通、空調(diào)的相關(guān)規(guī)范[2]，結(jié)合該校提供的相關(guān)資料，按住宅室內(nèi)溫度達(dá)18℃±2℃進(jìn)行設(shè)計。該?，F(xiàn)有2018米地?zé)峋谎?，出水溫?0℃，出水量80m3/h；200米冷水井兩眼，出水量為80m3/h。 2.2供暖與制冷原理 水源熱泵系統(tǒng)冬季供暖原理圖如下圖1所示： 圖1冬季地下水源熱泵系統(tǒng)工作原理圖 水源熱泵系統(tǒng)夏季制冷原理圖如下圖2所示： 圖2 夏季地下水源熱泵系統(tǒng)工作原理圖 地下水源熱泵地下水總水量的確定是基于建筑物空調(diào)冷負(fù)荷與熱負(fù)荷的。熱泵地下埋管最大釋熱量與最大吸熱量的確定也是基于建筑物空調(diào)冷負(fù)荷與熱負(fù)荷的。由此可見，建筑物空調(diào)冷負(fù)荷與熱負(fù)荷是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中重要的基礎(chǔ)資料，其冷負(fù)荷與熱負(fù)荷指標(biāo)見表1和表2所示[3]。其指標(biāo)值是指單位面積指標(biāo)，當(dāng)只知道建筑總面積時，其采暖(制冷)指標(biāo)可參考其數(shù)值進(jìn)行方案設(shè)計估算。 表1 采暖熱指標(biāo) 建筑物 類型住宅辦公樓醫(yī)院、幼兒園旅館圖書館商店單層住宅食堂餐廳影劇院大禮堂體院館 熱指標(biāo) (W/m2)45～7060～8065～8060～7045～7565～7580～105115～14090～115115～160 表2 冷負(fù)荷指標(biāo) 建筑物 類型旅館辦公樓圖書館醫(yī)院商店體育館計算機房數(shù)據(jù)處理劇院會館 冷指標(biāo) (W/m2)80～9085～10035～4080～90105～125105～135190～380320～400120～160180～220 水源熱泵系統(tǒng)的主要組成包括中高溫水源熱泵機組、常溫水源熱泵機組、冷卻塔、板式交換器、水泵等組成部分。根據(jù)上述原理圖應(yīng)用熱泵技術(shù)，既可供暖又可制冷一機多用，將采暖和制冷分期實施，并對地?zé)峋M(jìn)行綜合梯級利用。 通過一臺流量80m3/h和揚程50m的水泵或者兩臺出水流量各為50m3/h和揚程50m的水泵，將儲水池中46℃的地?zé)崴ㄟ^分水器采用地覆盤管供應(yīng)學(xué)生公寓、教學(xué)樓供暖面積3.5萬m2。冬季采暖室外設(shè)定溫度為—5℃，住宅樓和教學(xué)樓室內(nèi)采暖溫度設(shè)定為16—20℃。采暖供水回水溫度：一次水70℃/60℃，流量60m3/h;二次水60℃/46℃，流量40一50m3/h。地覆采暖供水溫度46℃，回水溫度32℃，供水流量一般采暖期80m3/h。 2.3水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性分析 水源熱泵供暖系統(tǒng)運行費用包括耗電費用，用水費用以及其它費用。其年運行費用統(tǒng)計結(jié)果見表3所示。 表3 水源熱泵年運行費用 機組功率 （kwh）電價 (元/kwh)用水量
(噸/時)用水量 (噸)價格 (元/噸)費用(元) 耗電費用熱泵639.50.61105056 補水泵7.50.612960 用水費用熱水費602.5432000 其它水費1600 3.45440 其它費用人工費27000 維修費15000 合計1597456 注：采暖期按120天計算 采暖期各項費用合計1597456元。學(xué)生公寓、教學(xué)樓等采暖建筑面積約為7.7萬平方米，住宅小區(qū)建筑面積3.4萬平方米，合計供暖建筑面積約為11萬平方米，按此面積均攤后供暖成本為每平方米每月3.6元。 方案二為傳統(tǒng)的區(qū)域集中供熱方式。本工程的區(qū)域集中供熱投資可以按照0.20元/W來計算，總熱負(fù)荷為5100KW，因此，該工程采用區(qū)域集中供熱的初投資為102萬元。方案二的年運行費用可以直接按照面積指標(biāo)來進(jìn)行計算，采暖面積指標(biāo)按照25元/m2來計算[4]，該工程實例的總供熱面積為8.53萬m2，因此，通過計算可得冬季采暖期的運行費用為213.25萬元。方案三熱源為天然氣鍋爐供暖兩臺。一個采暖期運行成本為 23元/ m2 (人工、折舊、維修等其它費用不計)，則采用天然氣鍋爐采暖年運行費用為255.3萬元。 該校熱力中心采暖和制冷設(shè)備一次性投資約500萬元。經(jīng)過對三種供暖方案的運行費用的成本分析：運用熱泵技術(shù)一次性投資費用高，但運行成本低，六年內(nèi)就能收回投資，而且低噪音、無污染，既節(jié)能又環(huán)保。 4.結(jié)語 從水源熱泵的整個運行原理來看，水源熱泵系統(tǒng)實際是真正意義上的綠色環(huán)保空調(diào)，不管是冬季還是夏季的運行，都不會對建筑外大氣環(huán)境造成不良影響。而且系統(tǒng)既能冬季采暖，還能提供生活熱水。 從以上分析可以看出利用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案，與傳統(tǒng)方案相比，都具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。一般來說，水源熱泵系統(tǒng)的運行費比其他方案的運行費節(jié)約30%～40%。比較發(fā)現(xiàn)水源熱泵系統(tǒng)盡管初投資較常規(guī)的供暖系統(tǒng)高，但其年運行費用要低于常規(guī)供暖系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)后，由于其耗電量較低，則系統(tǒng)的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放量將大為減少，減少了城市污染，具有巨大的社會環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn) [1] ASHRAE. 地源熱泵工程技術(shù)指南[M].徐偉等譯. 北京：中國建筑工業(yè)出版社.2001 [2] 中華人民共和國建設(shè)部. 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（GB50366-2005）[S]北京：中國建筑工業(yè)出版社.2005 [3] 包晗. 地下水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析與工程應(yīng)用研究. 大連理工大學(xué)碩士論文. 2007 [4] 錢普華. 地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析. 華中科技大學(xué)碩士論文. 2003
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