摘要：本文分析了水源熱泵的工作原理和優(yōu)勢(shì)。結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討并且對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息采用了表格形式進(jìn)行了分析。
　　關(guān)鍵詞：水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；技術(shù)優(yōu)勢(shì)
　　水源熱泵技術(shù)是一種以淺層地?zé)豳Y源為主要能源，通過(guò)先進(jìn)空調(diào)設(shè)備將地下的低位能量開(kāi)發(fā)利用，成為可利用高位能，既能供熱又能制冷的高效節(jié)能空調(diào)技術(shù)。此系統(tǒng)以地能為冷熱源，以電能為輔助的能源，開(kāi)發(fā)利用地下的低位能量，通過(guò)先進(jìn)的水源熱泵機(jī)組變?yōu)榭衫�用的高位能。水源熱泵利用的幾種方式主要包括地下水熱泵（地源熱泵）、江河湖水源熱泵和土壤熱泵。水源熱泵整機(jī)是由微電腦控制，無(wú)需專人的值守，自動(dòng)平衡能量的需求，使機(jī)組始終處于最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)具有很高的能效比（1:5~1:6）。
　　
　　一、水源熱泵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
　　我國(guó)地?zé)崴�資源極為豐富，利用熱泵技術(shù)將地?zé)崴�的低品位熱能提高�?0～45oC的高品位熱能將可以大大提高地?zé)崮艿睦�用效率，�?duì)于調(diào)整我國(guó)目前的能源結(jié)構(gòu)，走出一條可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化道路具有重要意義。水源熱泵技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：
　　1.水源熱泵技術(shù)利用地球水體所儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能資源作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。地表土壤與水體不僅是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集47%的太陽(yáng)輻射能量，比人類每年利用能量500倍還多，而且還是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表土壤與水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對(duì)均衡。水源熱泵利用儲(chǔ)存于其中的近乎無(wú)限的太陽(yáng)能或地能作為冷熱源，是典型的清潔可再生能源，取之不盡、用之不竭。熱泵系統(tǒng)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換利用，節(jié)能環(huán)保。
　　1. 高效節(jié)能。水源可利用水體溫度四季為16-20oC，冬季水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。夏季水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷冷凝的溫度降低，使冷卻效果好于風(fēng)冷式與冷卻塔式，機(jī)組的效率提高。美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好水源熱泵，平均可以節(jié)約用戶30～60%的供熱制冷空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。
　　2. 運(yùn)行穩(wěn)定可靠。水體溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)，是很好的熱泵熱源與空調(diào)冷源，水體溫度較恒定特性，使運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。
　　3. 冬季運(yùn)行不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的損失，同時(shí)避免了空氣源熱泵冬季除霜難點(diǎn)問(wèn)題。
　　4. 環(huán)境效益顯著。水源熱泵使用電能，電能本身為一種清潔能源，在發(fā)電時(shí)，消耗一次能源并導(dǎo)致污染物與二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的就是減小了環(huán)境污染。水源熱泵的電力消耗和空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少了30%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少了70%以上。水源熱泵運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。
　　5. 自動(dòng)運(yùn)行。由于運(yùn)行工況穩(wěn)定，可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)，部件相對(duì)較少，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)控制程度高，壽命長(zhǎng)可達(dá)到20年以上。地源中央空調(diào)不受室外空氣的影響，即使在室外環(huán)境溫度-30oC也能進(jìn)行正常的制熱運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到室內(nèi)溫度要求。溫度的檢測(cè)應(yīng)在系統(tǒng)連續(xù)安全運(yùn)行24小時(shí)后測(cè)定。
　　二、水源熱泵系統(tǒng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
　　本文以上海地區(qū)某小區(qū)為例，結(jié)合住宅與商業(yè)的負(fù)荷情況及小區(qū)的建設(shè)特點(diǎn)，冬、夏季均由水源熱泵機(jī)組來(lái)承擔(dān)空調(diào)負(fù)荷，夏季為末端提供7/12oC的冷凍水，冬季末端提供45/40oC的熱水。系統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，初投資與運(yùn)行費(fèi)用與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)（電制冷+燃?xì)忮仩t）進(jìn)行了分析和比較。
　　2.1設(shè)計(jì)參數(shù)
　　小區(qū)內(nèi)住宅設(shè)計(jì)為新型節(jié)能建筑，單位建筑面積冷負(fù)荷與熱負(fù)荷分別按45W/m2和40W/m2進(jìn)行概算，系統(tǒng)冷熱負(fù)荷概算結(jié)果見(jiàn)表1。
　　
　　表1系統(tǒng)冷熱負(fù)荷概算表
　　2.2設(shè)備選型與初投資
　　⑴水源熱泵機(jī)組
　　本方案采用了2臺(tái)水源熱泵機(jī)組（單臺(tái)制冷量為1312kW、制熱量1257kW），用于夏季制冷與冬季供熱。主要設(shè)備與初投資選型如表2所示。
　　表2水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要選型和初投資
　　

　⑵燃?xì)忮仩t+螺桿冷水機(jī)組
　　本方案采用了2臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組(單臺(tái)制冷量為1406kW)，用于夏季制冷，2臺(tái)燃?xì)忮仩t(單臺(tái)制熱量為1400kW)，冬季供熱。主要設(shè)備的選型列于表3。
　　表3燃?xì)忮仩t+冷水電制冷劑組主要設(shè)備選型表
　　
　　2.3運(yùn)行的費(fèi)用分析
　　年運(yùn)行費(fèi)用按冬夏兩個(gè)季節(jié)計(jì)算，夏季的運(yùn)行按照每天運(yùn)行18小時(shí)，運(yùn)行150天，冬季的每天運(yùn)行為18小時(shí)，運(yùn)行90天算。綜合考慮設(shè)備同時(shí)使用的系數(shù)0.8。本工程上海地區(qū)電價(jià)政策：06:00～22:00—0.61元/kWh，22:00～06:00—0.30元/kWh，天然氣2.2元/m3，進(jìn)行年運(yùn)行費(fèi)用分析。結(jié)果如表4所示。
　　表4年運(yùn)行費(fèi)用分析表
　
　　2.4經(jīng)濟(jì)的比較
　　對(duì)兩種空調(diào)方案初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析，結(jié)合兩種不同的空調(diào)方案特點(diǎn)，分析結(jié)果如表5。以上對(duì)兩種方案系統(tǒng)的初投資與運(yùn)行費(fèi)用綜合分析結(jié)果得出：
　　表5兩種方案初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較
　　項(xiàng)目（A） 水源熱泵（B） 常規(guī)空調(diào)（C） 費(fèi)用差額（B-C）
　　初投資（萬(wàn)元） 531.22 416.62 114.6
　　單位建筑面積初投資(元/立方米) 91.23 71.55 19.88
　　年運(yùn)行費(fèi)用(萬(wàn)元) 123.84 152.38 -28.54
　　單位建筑面積運(yùn)行費(fèi)用(萬(wàn)元/立方米) 21.27 26.18 -4.91
　　投資回收期（年） 4
　　⑴初投資
　　水源熱泵空調(diào)的系統(tǒng)冷熱源部分單位建筑面積的初投資為91.23元/m2。常規(guī)空調(diào)空調(diào)系統(tǒng)冷熱源部分單位建筑面積初投資為71.55元/m2。
　　⑵年運(yùn)行費(fèi)用與投資回收期：
　　水源熱泵機(jī)組單位建筑面積年運(yùn)行費(fèi)用21.27元/m2，在同樣的供熱和制冷負(fù)荷條件下，比常規(guī)空調(diào)分別降了23%。投資回收期為4年。水源熱泵空調(diào)方案在投資回收期過(guò)后，每年為業(yè)主節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，即為凈利潤(rùn)。系統(tǒng)按15年運(yùn)行期考慮，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用而產(chǎn)生的總利潤(rùn)為334萬(wàn)元；水源熱泵系統(tǒng)所需要維護(hù)的設(shè)備較少，維護(hù)費(fèi)用更低。
　　三、水源熱泵系統(tǒng)對(duì)環(huán)境影響
　　水源熱泵系統(tǒng)的原理可知，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)江水的利用僅限于熱量的提取和轉(zhuǎn)換，在使用過(guò)程中嚴(yán)格限制對(duì)長(zhǎng)江水進(jìn)行任何的化學(xué)處理，有限的處理也僅限于對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾、沉淀以及其加熱冷卻等物理處理，長(zhǎng)江水的成分在整個(gè)使用過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生任何變化，因此，水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行不會(huì)給長(zhǎng)江水造成污染。
　　四、結(jié)論和建議
　　水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有效率高、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，不僅技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上也很合理。根據(jù)所做的概算，水源熱泵的初投資比常規(guī)空調(diào)稍高，但運(yùn)行費(fèi)用低，且對(duì)環(huán)境保護(hù)有積極的促進(jìn)作用。
　　水源熱泵系統(tǒng)正常使用前提下，限于對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾、沉淀以及其加熱冷卻等物理處理，水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)帶來(lái)長(zhǎng)江水的污染問(wèn)題。現(xiàn)有條件下，可以采用長(zhǎng)江水水源熱泵系統(tǒng)，須做好過(guò)濾與除氧防腐工作。在長(zhǎng)江中修建引水管道與構(gòu)筑物須經(jīng)相關(guān)管理部門(mén)的同意，最好和與長(zhǎng)江沿岸的景觀相協(xié)調(diào)。
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