水源熱泵為什么節(jié)能

【專家解說】：">、水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能性
以采暖運(yùn)行為例，目前采暖方式有集中鍋爐房供熱方式、熱電廠供熱方式、分戶燃?xì)獠膳绞?，水源熱泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工業(yè)余熱形式;也有利用自來水冬季要輔助加熱方式。它們耗能量見表1。

耗能量比較 表1 采暖方式 現(xiàn)有住宅建筑 節(jié)能建筑
耗能量 折算至標(biāo)準(zhǔn)煤 耗能量 折算至標(biāo)準(zhǔn)煤
集中鍋爐房 25.08Kg/m2.年 25.08Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年 12.41Kg/m 2.年
熱電廠 13.96Kg/m2.年 13.96Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年 9.03Kg/m 2.年
分戶燃?xì)獠膳?10.6Nm3/m2.年 13.02Km3/m2.年 6.86Nm3/m2 .年 8.43Kg/m2.年
水源熱泵(井水、河、湖水) 22.46kwh/m2.年 9.16Kg/m2 .年 14.54kwh/m2.年 5.93Kg/m2.年
水源熱泵(加輔助熱源) 22.46kwh/m2.年4.34Kg/m2.年 13.5Kg/m2 .年 14.54kwh/m2.年2.81Kg/m2.年 8.74Kg/m2.年

表1計(jì)算依據(jù):

① 住宅建筑為北京市多層住宅，現(xiàn)有建筑耗熱量指標(biāo)q?H為31.82W/m2，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)為q為43.82W/m2，節(jié)能建筑q?H為20.6W/m2，q為28.37W/m2。采暖全年需熱量:現(xiàn)有 建筑為95.46kwh/m2年，節(jié)能建筑為61.80kwh/m2年。

② 集中鍋爐房:現(xiàn)有供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)輸配效率η?1為0.85，鍋爐效率η?2為0.55，節(jié)能供 熱系統(tǒng)η?1為0.9，η?2為0.68，

③ 熱電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為0.408Kg/kwh，供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗為40.7Kg/GJ。

④ 水源熱泵采暖COP=4.25。

從表1可知，水源熱泵采暖方式全年耗能量均低于集中鍋爐房和熱電廠，節(jié)能效益比較明顯。

利用井水、江、河水或工業(yè)余熱為熱源水源熱泵節(jié)能性十分明顯，當(dāng)水源熱泵能效系 數(shù)4.0時(shí)，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，采暖節(jié)能性率約為40%。 當(dāng)采用輔助加熱熱源時(shí)，水源熱泵節(jié)能性是有條件，主要影響因素是:水源熱泵能效系數(shù);輔助熱源加熱容量。

① 水源熱泵能效系數(shù)影響(見表2)

制熱容量為4KW時(shí)能耗* 表2 / COP=4 COP=4.5 節(jié)能率
(%)
輔助加熱量
耗能(kg標(biāo)煤) 3×860/7000×0.9=0.409 3×860/7000×0.9=0.409 /
壓縮機(jī)耗能
(kg標(biāo)煤) 1×0.408=0.408 0.88×0.408=0.363 /
合計(jì) 0.817 0.771 5.6

*輔助加熱容量為總供熱量75%。

從表2可知，COP從4提高到4.5后，節(jié)能率約為5.6%，相當(dāng)于減少加熱容量0.3296KW，即約相 當(dāng)于減少熱負(fù)荷10%。

② 輔助加熱器加熱容量影響(見表3)

制熱容量為4KW時(shí)能耗* 表3 / 輔助加熱容量/總供熱量0.75 輔助加熱容量/總供熱量0.5 節(jié)能率(%)
輔助加熱量耗能(kg標(biāo)煤) 0.409 2×860/7000×0.9=0.273 /
壓縮機(jī)耗能(kg標(biāo)煤) 0.408 1×0.408=0.408 /
合計(jì) 0.817 0.681 16.6

*COP=4

從表3可知，當(dāng)輔助加熱容量為總供熱量比從0.75降到0.5時(shí)，節(jié)能率約為16.6%。

③ 節(jié)能條件

制熱容量為4KW熱電聯(lián)產(chǎn)能耗為:

(4×860)/( 7000×0.83×0.85) =0.697kg/4kwh

由此可知:

當(dāng)COP=4.0，輔助加熱容量為總供熱量0.5時(shí)，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，它節(jié)能率 約為2%。

當(dāng)COP=4.5，輔助加熱容量為總供熱量0.5時(shí)，與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比，水源熱泵節(jié)能率約為8%。

但當(dāng)COP=4.0，輔助加熱容量為0.75總供熱量時(shí)，熱電聯(lián)產(chǎn)將比水源熱泵節(jié)能，節(jié)能效率約 為15%。當(dāng)COP=4.5時(shí)，其節(jié)能率約為10%。

節(jié)能主要因素如下:

① 水源熱泵機(jī)組直接安放戶內(nèi)，熱網(wǎng)輸配損失可忽略不計(jì)。

② 水源熱泵機(jī)組采暖能效系數(shù)COP大于4，部分負(fù)荷時(shí)，COP值仍很穩(wěn)定。

③ 以井水，江、河、湖水及工業(yè)余熱低溫?zé)嶙鳛闊岜脽嵩此礋岜孟到y(tǒng)，采暖耗熱量僅 為全年需熱量1/4。

④ 以自來水為熱源冬季需加輔助熱源水源熱泵系統(tǒng)，考慮壓縮機(jī)發(fā)熱量，住宅同 時(shí)使用系數(shù)及夜間調(diào)節(jié)溫度等措施后輔助加熱容量約為熱負(fù)荷1/2~1/3，加熱量約為全年 需熱量1/2~1/3。

二、水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性
經(jīng)濟(jì)性指是各種空調(diào)采暖方式初投資、運(yùn)行費(fèi)和熱價(jià)。

目前國內(nèi)外已采用采暖空調(diào)聯(lián)供方案有:

① 熱電冷三聯(lián)供: 夏季，熱電廠抽汽+蒸汽吸收式制冷

冬季，熱電廠抽汽+汽水換熱器供熱

② 熱電冷三聯(lián)供: 夏季，熱電廠熱水+熱水吸收式制冷

冬季，熱電廠熱水+汽水換熱器供熱

③ 直燃式冷熱水機(jī)組:夏季、冬季，直燃式冷熱水機(jī)組制冷、供熱

④ 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循不

⑤ 電制冷+燃?xì)?油)鍋爐采暖

⑥ 電動水源熱泵。這類機(jī)組運(yùn)行性能穩(wěn)定，性能系數(shù)COP值較高，理論計(jì)算可達(dá)7，實(shí)際運(yùn) 行時(shí)約為5，且可充分利用江河、湖、海水等自然能源，冬季供暖耗能少，是一種節(jié)能性好冷熱源設(shè)備。

⑦ 空氣源熱泵。冷熱源兼用，整體性好，安裝方便，可露天安裝，采用風(fēng)冷，省卻了冷卻 塔及冷卻水系統(tǒng)，缺點(diǎn)是當(dāng)室外溫度較低時(shí)，需增加輔助熱源。各種方案投資和成本(不 包括戶內(nèi)系統(tǒng))見表4。

各方案投資和成本比較* 表4 項(xiàng)目 熱電冷
(蒸汽) 熱電冷(熱水) 直燃式 電制冷鍋爐供熱 集中式電動水源熱泵 分體式空氣源熱泵 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)
投資(萬元/KW) 0.197
/0.223
(含源網(wǎng)) 0.275
/0.302
(含源網(wǎng)) 0.207 0.206 0.335 0.199 0.436
成本(元/KWH) 0.139 0.151 0.214 0.207 0.167 0.220 0.081

*為《住宅區(qū)三聯(lián)供系統(tǒng)研究》中提供數(shù)據(jù)，成本為年運(yùn)行成本。

下面以興降礦十八層單身職工宿舍為例，說明水源熱泵采暖空調(diào)聯(lián)供方案經(jīng)濟(jì)性。

十八層單身宿舍建筑形狀為Y形，總采暖空調(diào)建筑面積為9564m2，2~18層為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層面積為562.6m2，設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷為573.84KW。表5為采暖空調(diào)聯(lián)供方案，表6為各方案初 投資比，表7為各方案運(yùn)行費(fèi)比較，表8為各方案綜合比較。

采暖空調(diào)方案 表5 序號 方案 采暖空調(diào)方式 備 注
方案1 以下水為冷熱源水源熱 泵(水-空氣) 冬天:熱泵產(chǎn)生熱風(fēng)送至戶內(nèi)夏天:熱泵產(chǎn)生冷風(fēng)送至戶內(nèi) 每戶設(shè) 熱泵一臺將風(fēng)送至各房間
方案2 以下水為冷熱源水源熱泵(水-水) 冬天:熱泵產(chǎn)生熱水送至風(fēng)機(jī)盤管 夏天:熱泵產(chǎn)生冷水送至風(fēng)機(jī)盤管 熱(冷)源集中、每戶設(shè)風(fēng)機(jī)盤管
方案3 電制冷+熱電廠采暖 冬天:熱電廠蒸氣+汽水換熱器夏天:中央空調(diào) 機(jī)送冷水至風(fēng)機(jī)盤管 熱(冷)源集中、每戶設(shè)風(fēng)機(jī)盤管
對比方案 分體空調(diào)+鍋爐房采暖 冬天:鍋爐房(熱電廠)供熱，戶內(nèi) 散熱器 夏天:每戶安裝分體空調(diào)機(jī) 熱源集中、冷源分散空調(diào)品質(zhì)較差

各方案初投資比較 表6
方案1(進(jìn)口) 方案2 方案3 對比方案
進(jìn)口 國產(chǎn)
初投資*(萬元) 237.4 305.8 238.2 236.6 267.15
單位建筑面積投資(元/m2) 248 319.7 249.1 247.4 279

*計(jì)算時(shí)包括安裝費(fèi)15%，運(yùn)行調(diào)試費(fèi)5%，稅及管理5%，設(shè)計(jì)費(fèi)2%和利潤10%。

各方案運(yùn)行費(fèi)比較(元/m2) 表7
方案1 方案2 方案3 對比方案
采暖 空調(diào) 采暖 空調(diào) 采暖 空調(diào) 采暖 空調(diào)
不考慮同時(shí)使用系數(shù)，熱回收系數(shù) 19.25 19.25 9.5 6.2 9.5 7.2
合計(jì) 19.25 19.25 15.7 16.7
考慮修正系數(shù) 10.78 10.78 9.5 4.34 9.5 7.2
合計(jì) 10.78 10.78 13.84 16.7

〖BG)F〗 興隆礦處兗州市，兗州市氣象資料，該區(qū)冬季采暖期天數(shù)106天，延時(shí)小時(shí)數(shù)2 544小時(shí)，最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)2544*(20-0.4)/〔20-(17)〕=1847小時(shí)。夏季空調(diào)期天數(shù)90天， 延時(shí)小時(shí)數(shù)2160小時(shí)，濟(jì)南、淄博三聯(lián)供實(shí)際測試資料，取夏季最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)為720 小時(shí)。則單位建筑面積，采暖期需供熱量60W/m2*1847=110.5kwh,空調(diào)期需冷量60W/m2* 720=43.2kwh。

各方案綜合比較 表8 方案 單位供熱(冷)量能耗(kg標(biāo)煤/kwh) 單位供熱(冷)量系統(tǒng)投資(萬 元/KW) 單位供熱(冷)量設(shè)備全年運(yùn)行費(fèi)(元/kwh)
方案1 0.057 0.414(進(jìn)口) 0.07
方案2 0.057 0.533(進(jìn)口)/0.415(國產(chǎn)) 0.07
方案3 0.133 0.412 0.12
對比方案 0.148 0.465 0.11

從表6、表7、表8對比可知，興隆礦實(shí)施采暖空調(diào)，以方案1為佳。

前面提到方案1水源熱泵(水-空氣)，方案2水源熱泵(水-水)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上都是可采用 方案。但方案2中大型水源熱泵是一種集中冷(熱)源方式，目前，國內(nèi)尚無大型水源熱泵 廠家，進(jìn)口設(shè)備較貴，而國產(chǎn)水源熱泵系列不全，單臺容量較小，將多臺設(shè)備集中放置機(jī)房時(shí)，才能形成集中冷(熱)源形式，投資較大，安裝運(yùn)行維護(hù)不便。

是從單位供熱(冷)量所需能耗，從投資和運(yùn)行費(fèi)上看方案1都具有明顯優(yōu)越性。 其中進(jìn)口熱泵機(jī)組價(jià)格與方案2中國產(chǎn)設(shè)備投資相近，但比方案2進(jìn)口設(shè)備價(jià)格低多， 且不要另建機(jī)房。，十八層樓單身宿舍擬采用方案1為實(shí)施方案。

水源熱泵采暖空調(diào)聯(lián)供方案投資偏低主要原因:

① 不設(shè)專用機(jī)房。中央空調(diào)機(jī)房面積(包括空調(diào)裝置、電氣及其它)約為空調(diào)建筑面積5 ~8%，其中空調(diào)裝置約占4~5%，以10層建筑物為例，其中機(jī)房約占一層。水源熱泵將空調(diào) 裝置分散設(shè)每戶，減少了機(jī)房建設(shè)費(fèi)用，寸土寸金區(qū)，增加辦公面積，營業(yè)面積作用就更大了。

② 封閉水管不要保溫，對豎井沒有特殊要求。中央空調(diào)系統(tǒng)豎井占有較多建筑物有效 面積，全空氣系統(tǒng)豎井面積更大。豎井布置是否恰當(dāng)，會影響空調(diào)系統(tǒng)效率，對空調(diào)投資有較大影響。

③ 不占有房間有效面積，中央空調(diào)系統(tǒng)戶內(nèi)裝置風(fēng)機(jī)盤管放置窗戶下，對住宅 影響較大。

水源熱泵聯(lián)供方案運(yùn)行費(fèi)偏低原因:

① 水源熱泵采暖運(yùn)行時(shí)，約占總供熱量3/4吸收熱來自井水，江、河低溫?zé)峄蚬I(yè)余熱 ;空調(diào)運(yùn)行時(shí)，約為總制冷量1.2倍總散熱量由低溫?zé)峄蚬I(yè)余熱分?jǐn)?，，較多降 低了采暖、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)。

② 水源熱泵機(jī)組直接設(shè)置用戶房間內(nèi)，減少了輸配損失。

③ 水源熱泵機(jī)組能效系數(shù)較高，且性能系數(shù)穩(wěn)定性較好。

④ 水源熱泵系統(tǒng)具有熱回收性能。當(dāng)同一建筑中有房間需供熱，有房間需空調(diào)時(shí)，往 往無需冷卻及輔助加熱。

三、水源熱泵系統(tǒng)可靠性
采暖、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性指是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，調(diào)節(jié)靈活。所謂穩(wěn)定性好指 是采暖空調(diào)房間溫度、濕度、氣流速度等熱舒適性參數(shù)不受外界影響，保持設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，即當(dāng)系統(tǒng)某一部分發(fā)生事故，或某用戶設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，對另外房間沒有影響或 影響較少。水源熱泵系統(tǒng)熱泵機(jī)組設(shè)置每個(gè)房間內(nèi)，當(dāng)某一臺發(fā)生故障后，將聯(lián)接該設(shè)備供、回水閥關(guān)斷，就不會對相鄰用戶產(chǎn)生任何影響。說，水源熱泵穩(wěn)定性非 常好。

水源熱泵溫度自控裝置組合熱泵機(jī)組中，無需另設(shè)控制中心或控制室，用戶自己 愿望，可靈活控制室溫和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種方式適合于公共建筑，對不同年齡、不同職業(yè)和不同生活要求居住住宅建筑來說，這就顯更為重要了。

除此之外，水源熱泵系統(tǒng)便于進(jìn)行熱計(jì)量，物業(yè)公司用戶耗電量就可向用戶收費(fèi)，是 解決當(dāng)前采暖、空調(diào)收費(fèi)難一項(xiàng)重要舉措。

四、設(shè)計(jì)是水源熱泵實(shí)現(xiàn)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性保證條件之一
水源熱泵機(jī)組為水源熱泵空調(diào)采暖系統(tǒng)創(chuàng)造了關(guān)鍵性條件，沒有這種機(jī)組，就不 存這種系統(tǒng)。但機(jī)組運(yùn)行好壞與源、網(wǎng)、機(jī)組系統(tǒng)組合方式密節(jié)相關(guān)。即與系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

水源熱泵采暖空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)見表9

水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 表9 項(xiàng)目 水源熱泵 中央空調(diào)
水系統(tǒng) 水溫(℃) 15℃/35℃ 空調(diào)7℃/12 ℃采暖60℃/50℃
水量(m3/h)流速(m3/s) 每冷噸0.191/s0.684m3/hV≯0.83m /sG≮1GPM=0.0631/s 空調(diào)制冷量/5℃ 采暖 制熱量/10℃
風(fēng)系統(tǒng)) 風(fēng)量(l/s)送風(fēng)溫差(△t)風(fēng)速(m/s) 每冷噸142~248l/s(高、中、低三檔)511~893m3/h=約10℃~15 ℃主干管2~3支干管2~2.5m/s 用戶要求、要求高、△t小、風(fēng)量大。主干管3-4m/s、主干管2.5-3m/s
補(bǔ)助加熱量(KW) 按吸熱量計(jì)算、考慮同時(shí)使用系數(shù) 或夜間改變設(shè)計(jì)參數(shù)后，補(bǔ)助加熱量約為設(shè)計(jì)熱負(fù)荷1/2~1/3 按設(shè)計(jì)熱負(fù)荷計(jì)算
冷卻塔 按總散熱量0.6~0.8選擇冷卻塔 按總散熱量計(jì)算
自動控制 熱泵專用控制;恒溫調(diào)節(jié)器、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、水溫控制器、機(jī) 組安全控制、風(fēng)速三檔控制 戶內(nèi):風(fēng)機(jī)盤管三速控制中央控制室溫度、壓力、流量 控制

運(yùn)行參數(shù)* 表10 參數(shù) 空調(diào)運(yùn)行 采暖運(yùn)行
最低 標(biāo)準(zhǔn) 最高 最低 標(biāo)準(zhǔn) 最高
運(yùn)行 進(jìn)風(fēng) 干球 溫球 21 14 24 18 29 26 13 - 20 - 21 -
水 進(jìn)水 出水 7 12 33 38 59 54 -4*2?-6*2 18 14 29 26
極限 進(jìn)風(fēng) 干球 溫球 18 12 - - 35 26 5 - - - 27 -
水 進(jìn)水 出水 7 12 - - 49 54 - 4*2?-6*2 ? - - 29*3?26*3?

〖BG)F〗

注:[WB]*1機(jī)組送風(fēng)量為每冷噸0.16m3/s，水流量為每冷噸0.16升/s至0.19升/s。

[DW]*2此時(shí)為乙稀乙二醇溶液。

[DW]*3短時(shí)間內(nèi)可以為35/28℃。

水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾個(gè)問題。

① 水源熱泵機(jī)組容量不要過大。中央空調(diào)冷熱源設(shè)備選型時(shí)，設(shè)備制冷(熱)量約為設(shè)計(jì) 冷( 熱)負(fù)荷1.05~1.10。水源熱泵機(jī)組選型時(shí)，應(yīng)盡量接近設(shè)計(jì)冷(熱)負(fù)荷。若機(jī)組偏大時(shí) ，運(yùn)行時(shí)間短，啟動頻繁。機(jī)組容量合適，運(yùn)行時(shí)間長，有利于除濕。

② 封閉水系統(tǒng)水溫選擇，夏季要求水溫低些，目是提高能效，降低耗電功率。冬季水 溫不要太高，水溫高時(shí)，制冷量高了，但耗電功率也高了，能效系數(shù)變化不大。

③ 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮采暖空調(diào)對象建筑物同時(shí)使用系數(shù)。同時(shí)使用系數(shù)取值與建筑物類型 有關(guān)，與建筑物數(shù)量有關(guān)，需理論計(jì)算和實(shí)測確定。《住宅建筑空調(diào)負(fù)荷計(jì)算中同時(shí)使用系數(shù)確定》列出數(shù)據(jù)是:當(dāng)住戶〈100戶時(shí)，該系數(shù)為0.7;當(dāng)戶數(shù)為100~150戶時(shí)， 為0.65~0.7;當(dāng)戶數(shù)為150~200戶時(shí)為0.6。

五、結(jié)束語
從以上分析可知，水源熱泵系統(tǒng)是一種可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能采暖方式。如此， 它使用清潔能源，它節(jié)能效果明顯，節(jié)能就是環(huán)保，電力已進(jìn)入買方市場條件下，人民生活條件迅速改善條件下，水源熱泵無疑將是一種受大家歡迎采暖空調(diào)方式
(參考)北京華陽水/地源熱泵 010-81762900