摘要：本文分析了水源熱泵的工作原理和優(yōu)勢。結(jié)合工程實例，對熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計進行了探討并且對技術(shù)經(jīng)濟信息采用了表格形式進行了分析。
　　關(guān)鍵詞：水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計；技術(shù)優(yōu)勢
　　水源熱泵技術(shù)是一種以淺層地?zé)豳Y源為主要能源，通過先進空調(diào)設(shè)備將地下的低位能量開發(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，開發(fā)利用地下的低位能量，通過先進的水源熱泵機組變?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。水源熱泵整機是由微電腦控制，無需專人的值守，自動平衡能量的需求，使機組始終處于最佳經(jīng)濟運行狀態(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
　　我國地?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，對于調(diào)整我國目前的能源結(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：
　　1.水源熱泵技術(shù)利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源進行能量轉(zhuǎn)換。地表土壤與水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量500倍還多，而且還是一個巨大的動態(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)散的相對均衡。水源熱泵利用儲存于其中的近乎無限的太陽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，機組的效率提高。美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好水源熱泵，平均可以節(jié)約用戶30～60%的供熱制冷空調(diào)運行費用。
　　2. 運行穩(wěn)定可靠。水體溫度一年四季相對穩(wěn)定，波動的范圍遠遠小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源與空調(diào)冷源，水體溫度較恒定特性，使運行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。
　　3. 冬季運行不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的損失，同時避免了空氣源熱泵冬季除霜難點問題。
　　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，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。水源熱泵運行沒有任何污染，可建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，排煙，也沒有廢棄物，不需堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。
　　5. 自動運行。由于運行工況穩(wěn)定，可以設(shè)計簡單系統(tǒng)，部件相對較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，壽命長可達到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也能進行正常的制熱運轉(zhuǎn)，達到室內(nèi)溫度要求。溫度的檢測應(yīng)在系統(tǒng)連續(xù)安全運行24小時后測定。
　　二、水源熱泵系統(tǒng)方案的技術(shù)經(jīng)濟分析
　　本文以上海地區(qū)某小區(qū)為例，結(jié)合住宅與商業(yè)的負荷情況及小區(qū)的建設(shè)特點，冬、夏季均由水源熱泵機組來承擔(dān)空調(diào)負荷，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)濟性計算，初投資與運行費用與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)（電制冷+燃氣鍋爐）進行了分析和比較。
　　2.1設(shè)計參數(shù)
　　小區(qū)內(nèi)住宅設(shè)計為新型節(jié)能建筑，單位建筑面積冷負荷與熱負荷分別按45W/m2和40W/m2進行概算，系統(tǒng)冷熱負荷概算結(jié)果見表1。
　　
　　表1系統(tǒng)冷熱負荷概算表
　　2.2設(shè)備選型與初投資
　�、潘�源熱泵機組
　　本方案采用了2臺水源熱泵機組（單臺制冷量為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
　　

�、迫細忮仩t+螺桿冷水機組
　　本方案采用了2臺螺桿式冷水機組(單臺制冷量為1406kW)，用于夏季制冷，2臺燃氣鍋爐(單臺制熱量為1400kW)，冬季供熱。主要設(shè)備的選型列于表3。
　　表3燃氣鍋爐+冷水電制冷劑組主要設(shè)備選型表
　　
　　2.3運行的費用分析
　　年運行費用按冬夏兩個季節(jié)計算，夏季的運行按照每天運行18小時，運行150天，冬季的每天運行為18小時，運行90天算。綜合考慮設(shè)備同時使用的系數(shù)0.8。本工程上海地區(qū)電價政策：06:00～22:00—0.61元/kWh，22:00～06:00—0.30元/kWh，天然氣2.2元/m3，進行年運行費用分析。結(jié)果如表4所示。
　　表4年運行費用分析表
　
　　2.4經(jīng)濟的比較
　　對兩種空調(diào)方案初投資及運行費用分析，結(jié)合兩種不同的空調(diào)方案特點，分析結(jié)果如表5。以上對兩種方案系統(tǒng)的初投資與運行費用綜合分析結(jié)果得出：
　　表5兩種方案初投資及運行費用比較
　　項目（A） 水源熱泵（B） 常規(guī)空調(diào)（C） 費用差額（B-C）
　　初投資（萬元） 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
　　年運行費用(萬元) 123.84 152.38 -28.54
　　單位建筑面積運行費用(萬元/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年運行費用與投資回收期：
　　水源熱泵機組單位建筑面積年運行費用21.27元/m2，在同樣的供熱和制冷負荷條件下，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后，每年為業(yè)主節(jié)省運行費用，即為凈利潤。系統(tǒng)按15年運行期考慮，節(jié)省運行費用而產(chǎn)生的總利潤為334萬元；水源熱泵系統(tǒng)所需要維護的設(shè)備較少，維護費用更低。
　　三、水源熱泵系統(tǒng)對環(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)對長江水的利用僅限于熱量的提取和轉(zhuǎn)換，在使用過程中嚴格限制對長江水進行任何的化學(xué)處理，有限的處理也僅限于對其進行過濾、沉淀以及其加熱冷卻等物理處理，長江水的成分在整個使用過程中沒有發(fā)生任何變化，因此，水源熱泵系統(tǒng)運行不會給長江水造成污染。
　　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，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，通過技術(shù)經(jīng)濟分析，不僅技術(shù)上可行，經(jīng)濟上也很合理。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，但運行費用低，且對環(huán)境保護有積極的促進作用。
　　水源熱泵系統(tǒng)正常使用前提下，限于對其進行過濾、沉淀以及其加熱冷卻等物理處理，水源熱泵系統(tǒng)的運行不會帶來長江水的污染問題�，F(xiàn)有條件下，可以采用長江水水源熱泵系統(tǒng)，須做好過濾與除氧防腐工作。在長江中修建引水管道與構(gòu)筑物須經(jīng)相關(guān)管理部門的同意，最好和與長江沿岸的景觀相協(xié)調(diào)。
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