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中央空調(diào)熱泵冷熱源方案淺析

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摘要:冷(熱)源來源經(jīng)濟(jì)與否直接關(guān)系建筑物空調(diào)的初投資與綜合運行費用。本文以實際設(shè)計方案為例,對不同制冷機(jī)冷源與熱泵熱源來源方案進(jìn)行了綜合性經(jīng)濟(jì)分析、比較,從而得出結(jié)論:用“熱源塔熱泵”系統(tǒng)可實現(xiàn)冷暖空調(diào)衛(wèi)生熱水三聯(lián)供,的確是一個經(jīng)濟(jì)合理的方案。

  熱源塔熱泵夏季為高效水蒸發(fā)冷卻熱回收制冷機(jī),可以向酒店免費提供衛(wèi)生熱水和桑拿熱水;過度季節(jié)制取衛(wèi)生熱水時產(chǎn)生的冷量可供餐廳、娛樂及多功能廳空調(diào)免費利用;冬季熱泵的低品位熱源來自高效寬帶無霜熱源塔系統(tǒng),可有效地保障熱泵供暖及衛(wèi)生熱水所需要的低品位熱源。

  在無鍋爐等輔助熱源條件下,熱源塔熱泵經(jīng)受住南方五十年一遇的冰凍期考驗,室內(nèi)供暖溫度達(dá)到30℃,熱水45℃以上。系統(tǒng)運行可靠維修量小,這種無需設(shè)計鍋爐、水源和地埋管等輔助熱源系統(tǒng)的熱泵,初投資經(jīng)濟(jì)合理,室內(nèi)外機(jī)械設(shè)備綜合占地面積都比較小、節(jié)能效果明顯,以及對周圍環(huán)境影響符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)冷(熱)源來源方式,值得和大家交流探討。

  關(guān)鍵詞:熱源塔、冷(熱)源、熱源塔熱泵

  1.工程概況

  桐廬大酒店位于城市發(fā)展的商業(yè)中心——杭州市桐廬縣城區(qū)。桐廬大酒店是按四星級酒店標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的集客房、餐飲、娛樂、休閑、會議、辦公及商場為一體的多功能綜合性項目。地上建筑面積:34210m2.地下建筑面積:3160m2.夏季制冷負(fù)荷為2500KW,冬季供熱負(fù)荷為2000KW.單位面積冷指標(biāo)為70.4W/m2.單位面積熱指標(biāo)為58.5W/m2.熱水負(fù)荷為5000KW/天。

  2.不同冷(熱)源熱泵方案初投資比較

  2.1混合源地源熱泵冷(熱)源與初投資

  系統(tǒng)性能南方地區(qū)制冷負(fù)荷大于供暖+熱水負(fù)荷的20%左右,為維持地下土壤溫度場的平衡,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運行目的,設(shè)計采用混合源(地埋管+冷卻塔)地源熱泵。地下土壤源溫度場可維持在16~22℃之間變化,熱泵熱源溫度平均保持12~6℃之間變化。熱泵是以15℃熱源作為供熱量指標(biāo),在熱源溫度12~6℃條件下運行供熱雖有衰減,但仍能滿足2500KW供暖和熱水負(fù)荷的需求量。熱泵供熱性能系數(shù)COP值可達(dá)3.5以上,主要是依靠昂貴造價的地源埋管系統(tǒng)作陪襯,才能實現(xiàn)單項運行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的高效。

  系統(tǒng)初投資 近期原薩斯特地源埋管鉆井施工隊在為瀏陽市一座別墅做地源埋管,巖層鉆孔單井深度35米,鉆機(jī)日進(jìn)尺深度只有10米,井深造價超過100元/米。在大型建筑物中用地緊張,單井深度可達(dá)到80~100米,隨著井深增加巖層硬度會更高,井深造價為120~200元/米之間(四川地源熱泵示范工程)。采用混合源地源熱泵機(jī)組及冷(熱)源地源埋管系統(tǒng)的初投資為710.00萬元左右。

  2.2空氣源熱泵冷(熱)源與初投資

  系統(tǒng)性能 酷暑制冷,空氣源熱泵的制冷效率與室外氣候有直接的關(guān)系,隨室外溫度的升高而降低,機(jī)組消耗功率隨室外環(huán)境溫度的升高而增加。空氣溫度35℃,出水溫度7℃,空氣源熱泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供熱,南方地區(qū)受特定地質(zhì)與氣候條件因素影響,成為冷暖氣流對峙區(qū)“低溫高濕”,空氣中低品位“潛熱”含量高,空氣源熱泵因構(gòu)造缺陷,不能有效地利用低品位熱源,持續(xù)期累計約50天左右(-5~2℃溫度有近10天左右,2~5℃溫度有近40天左右)。當(dāng)空氣源熱泵迎面風(fēng)速為2M/S時,室外空氣干球溫度在0~5℃,相對濕度>80%時結(jié)霜最為嚴(yán)重,此時平均每小時化一次霜,按現(xiàn)代技術(shù)不停機(jī)旁通換向化霜程序,一次化霜的時間不少于8分鐘左右(包括室內(nèi)反向取熱)??諝庠礋岜迷?~5℃條件下處于無霜至結(jié)滿霜與半結(jié)霜狀態(tài)下運行,供熱性能下降35~40%;化霜減少的供熱量達(dá)15~20%左右。因此,在最惡劣工況條件下空氣源熱泵機(jī)組的實際供熱輸出量,只有標(biāo)準(zhǔn)工況供熱量的50%左右,供熱性能系數(shù)COP平均只有1.5左右。

  設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)制冷量為3800KW空氣源熱泵機(jī)組加500KW輔助電加熱裝置,能夠滿足制熱最不利工況下供熱。根據(jù)渦旋壓縮機(jī)構(gòu)造不適應(yīng)空氣源熱泵結(jié)霜后,長期處在高壓差下運行,容易損壞等因素,應(yīng)采用螺桿壓縮機(jī)組,空氣源熱泵主機(jī)方案初投資為716.00萬元左右。

  2.3熱源塔熱泵冷(熱)源與初投資

  2.3.1熱源塔熱泵原理

  熱源塔熱泵定義為:夏季為高效水蒸發(fā)冷卻制冷機(jī),冬季為高效寬帶無霜空氣源熱泵。

  熱泵所提升的低品位能來自熱源塔,熱泵必需是在較小的傳熱溫差下運行,才能獲得較高的供熱性能系數(shù),需要按熱源塔實際使用工況設(shè)計熱泵工況,所以定位為熱源塔熱泵。

  熱源塔熱泵工作原理:由熱源塔旋流風(fēng)機(jī)擾動環(huán)境中“低溫高濕”空氣從塔體底部進(jìn)入,經(jīng)低溫寬帶換熱器底部迎風(fēng)面逆向流通,形成傳熱面與環(huán)境空氣之間的顯熱與潛熱的交換。寬帶換熱器將來自熱泵小溫差蒸發(fā)器的低溫循環(huán)溶液(乙二醇稀釋溶液)從寬帶換熱器上部進(jìn)液底部出液,獲得低于環(huán)境溫度2~3℃的溶液作為熱源塔熱泵的低溫位熱源。

  自然無霜運行期:南方冬季,環(huán)境溫度為2~5℃的持續(xù)時間為40天左右,占冬季低溫高濕天氣85%以上,是傳統(tǒng)窄帶空氣源熱泵結(jié)霜率較頻繁期。閉式熱源塔由于設(shè)計上采用了冷庫-15℃的低溫寬帶小溫差傳熱技術(shù),比傳統(tǒng)窄帶空氣源熱泵結(jié)霜溫度下降了5~6℃,減少了85%的結(jié)霜機(jī)率。環(huán)境空氣溫度高于2.0℃以上時,空氣相對濕度較大潛熱含量高,寬帶換熱器在進(jìn)行熱交換時凝結(jié)水量大,凝結(jié)水分離系統(tǒng)自動排出凝結(jié)水份。

  人工無霜運行期:南方冬季,環(huán)境空氣溫度低于1.0℃以下時的累計時間約10天左右,為防止負(fù)溫度濕空氣遇冷(低溫寬帶換熱器)結(jié)霜,負(fù)溫度噴淋裝置根據(jù)智能控制要求,自動噴淋環(huán)保防凍溶液(選用食品行業(yè)用無毒、無腐蝕、環(huán)保的防凍液)降低換熱器表面冰點,待低溫期過后采用濃縮裝置分離水份。

  熱源塔熱泵方案  經(jīng)慎重考慮科學(xué)論證后,最后提出一種介于水冷卻制冷機(jī)節(jié)能與無霜空氣源熱泵之間的組合制冷與熱泵系統(tǒng)。經(jīng)多方面研究與網(wǎng)上市場調(diào)查了解到,熱源塔熱泵可有效地解決了地下水源熱泵無水源,地源土壤源熱泵造價高,傳統(tǒng)風(fēng)冷熱泵夏季制冷能耗高、冬季供熱翅片換熱器易結(jié)霜降低換熱效率、化霜耗能等問題,造成供熱能耗高。熱源塔熱泵夏季為高效水蒸發(fā)冷卻制冷機(jī),冬季為高效寬帶無霜空氣源熱泵,經(jīng)受住南方五十年一遇的冰凍期考驗,客房供暖溫度達(dá)到30℃、熱水45℃以上。熱源塔熱泵冷、暖空調(diào)和熱水三聯(lián)供一機(jī)三用,無需輔助熱源,節(jié)能環(huán)保、高效,且初投資合理,熱源塔熱泵冷(熱)源系統(tǒng)造價為445.00萬元左右,與其它熱泵方案對比如下:

 ?、?對比混合源地源熱泵方案減少初投資265.35 萬元,減少年還貸利息27.76 萬元,能耗增加5.85萬元,實際比混合源地源熱泵方案年減少21.91萬元的費用。

 ?、?對比空氣源熱泵方案減少初投資271.65 萬元。減少年還貸利息28.41 萬元,年節(jié)能耗減少71.27萬元左右,實際比空氣源熱泵方案年減少99.68萬元的費用。

  結(jié)論

  通過對不同熱泵及冷(熱)源系統(tǒng)方案進(jìn)行的綜合經(jīng)濟(jì)分析不難看出,熱源塔熱泵冷(熱)源系統(tǒng)作為大中型建筑物(特別是酒店服務(wù)業(yè))中央空調(diào)系統(tǒng)的冷(熱)源具有明顯的初投資低、節(jié)能和性能穩(wěn)定優(yōu)勢。不受區(qū)域地質(zhì)及自然環(huán)境的限制,在氣候適宜的長江流域以南地區(qū)可在冬、夏過度季節(jié)共用,省去了鍋爐設(shè)備、水源和地埋管等輔助冷(熱)源系統(tǒng),符合我國南方地理情況。一機(jī)三用,設(shè)備利用率高。

  熱源塔熱泵夏季制冷具有比冷卻塔更好的冷卻效果,較低的風(fēng)速令人滿意的降低了噪音;冬季熱源塔由于采用了寬帶小溫差傳熱設(shè)計,吸取低品位熱源能力比窄帶空氣源熱泵換熱器結(jié)霜溫度下降了5~6℃,減少了85%的結(jié)霜機(jī)率。在環(huán)境負(fù)溫度運行期間,設(shè)計有噴淋防霜系統(tǒng)以及旋流汽液分離消噪系統(tǒng),有效地控制了對環(huán)境的污染。

  熱源塔熱泵系統(tǒng)全年可比混合源地源熱泵系統(tǒng)年節(jié)約綜合運行費用11.6%左右,減少初投資265.35萬元;比空氣源熱泵年節(jié)約綜合運行費用61%左右,減少初投資271.65萬元。因此,熱源塔熱泵系統(tǒng)在氣候適宜的長江流域以南地區(qū)大中型建筑中可以廣泛地應(yīng)用。

發(fā)布:2007-07-28 13:38    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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