上海某生態(tài)住宅小區(qū)中央空調方案及經濟分析(水源熱泵VS水冷螺桿)

1、 水源熱泵空調系統(tǒng)是一種可以利用地球表面淺層水源(如地下水、河流和湖泊,和人工再生水源(工業(yè)廢水、中水、地熱尾水等的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調系統(tǒng)。水源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能,實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位熱能的轉移。將水體和地層蓄能作為冬、夏季的供暖熱源和空調冷源,即在冬季,把水體或地層中的熱量“取”出來,提高溫度后,供給室內采暖;夏季,把室內的熱量“取”出來,釋放到水體和地層中去。水源熱泵系統(tǒng)60 年代開始在美國提出之后,經過30 年不斷改進和發(fā)展,技術日趨成熟,其產品已逐漸商品化,迄今已經在北美建筑中應用了40 多年。進入70 年代后,這項技術在日本的推廣應用很快。 70 80

2、 年代以來,我國采用水源熱泵空調系統(tǒng)的建筑也逐年增多。目前,在深圳、上海、北京以及一些中小城市均有 但大多數(shù)水源熱泵系統(tǒng)以地下水作為冷熱源,據(jù)報道,目前我國青島建起了以海水為冷熱源的水源熱泵空 調系統(tǒng),十分廣闊。 93490 ,其中,住宅建筑48230 ,住宅戶數(shù)473 戶,住宅人數(shù)1514 人。2 空調系統(tǒng)冷熱源方案和可行性分析2.1 空調系統(tǒng)冷熱源方案本工程水源熱泵系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。冬季,工質通過板式換熱器從河水中吸收熱量,通過熱泵系統(tǒng)的冷凝器加熱空調系統(tǒng)的循環(huán)水,向用戶供暖。夏季工質通過板式換熱器向河水中排出熱量,通過熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器吸收空調系統(tǒng)的循環(huán)水的熱量,向用戶供冷。由于冬季

3、江水溫度較低,為了提高換熱效果,直接利用江水和板式換熱器進行換熱。為了得到更低的蒸發(fā)器溫度,工質采用乙二醇溶液(加防凍劑等添加劑。 w w w .z h u l o n g .c o m 圖1 水源熱泵系統(tǒng)原理圖2.2 水源熱泵方案可行性分析 1000 米,江堤附近的河面開闊,根據(jù)最低和最高水位的實際情況,引水管的取水口的安設位置對航道不會造成影響,因此,水源熱泵具備利用長江水資源的條件。另外,小區(qū)附近有一條通向長江的排水明渠,可直接利用該明渠向長江排水,只需安設一根引水管,因此敷設取水管道的初投資可以相應減少。其次,根據(jù)上海市的氣象、水文條件,夏季長江水最高月(8 月平均溫度一般為27.62

4、8.0,以換熱器5溫差考慮,則熱泵機組夏季的進水平均溫度不高于33,如果夏季熱泵的冷卻水側進出口溫差為5,則熱泵機組出水溫度不高于38,根據(jù)熱泵機組的技術要求,這時的冷卻水供回水溫差是能夠保證夏季熱泵機組制冷正常運行。在冬季,崇明長江水最低月(2 月平均溫度一般為5.66.7左右,以換熱器2溫差考慮,則熱泵機組冬季的進水溫度不高于3.6,以冬季熱泵的冷凍水側進出口溫差為5考慮, 則熱泵機組出水溫度不到1.4,則須在循環(huán)水中添加防凍液。考慮到長江水易泥沙、水藻等雜質含量高,水表面直接與空氣接觸,水體含氧量較高,腐蝕性強,如果將地表水直接供應到每臺熱泵機組進行換熱,容易導致熱泵機組壽命的降低,換熱

5、器結垢而性能下降,嚴重時還會導致管路阻塞,因此不宜將地表水直接供應到每臺熱泵機組換熱。因此本工程將長江水和冷凝器或蒸發(fā)器的循環(huán)水之間是用熱交換器分開,熱交換器采取小溫差換熱的方式運行,這樣就可以用廉價的換熱器保護昂貴的水源熱泵機組。綜上所述,根據(jù)崇明向陽住宅小區(qū)所處的地理位置,可利用長江水資源的優(yōu)越條件,選用大型水源熱泵機組作為住宅小區(qū)內住宅空調系統(tǒng)的冷熱源,以長江水作為水源熱泵機組的冷熱源技術上是可行的。3 水源熱泵系統(tǒng)方案技術經濟分析根據(jù)住宅和商業(yè)的負荷情況及小區(qū)的建設特點,冬、夏季均由水源熱泵機組來承擔空調負荷,夏季為末端提供7/12的冷凍水,冬季為末端提供50/40的熱水。系統(tǒng)方案經濟

6、分析計算初投資和運行費用并常規(guī)空調系統(tǒng)(電制冷+燃氣鍋爐進行分析比較。 w w w .z h u l o n g .c o m3.1 設計參數(shù)小區(qū)內住宅設計為節(jié)能建筑,單位建筑面積的冷負荷和熱負荷分別按45W/和40W /進行概算,系統(tǒng)冷熱負荷概算結果見表1。 3.2 設備選型和初投資水源熱泵機組本方案采用2 臺水源熱泵機組(單臺制冷量為1312kW、制熱量1257kW,用于夏季供冷和冬季供熱。主要設備和初投資選型表如表2。moc.gnoluhz.www燃氣鍋爐+冷水電制冷機組本方案采用2 臺螺桿式冷水機組(單臺制冷量為1406kW,用于夏季供冷,2 臺燃氣鍋爐(單臺制熱量為1400kW,用于

7、冬季供熱。主要設備選型表如表3。moc.gnoluhz.www3.3 運行費用分析年運行費用主要按冬夏兩個季節(jié)計算,夏季運行按照每天運行18 小時,運行150 天:冬季每天運行18 小時,運行90 天算。綜合考慮設備同時使用系數(shù)0.8。本工程上海地區(qū)的電價政策:06:0022:000.61 元/kWh,22:0006:000.30 元/kWh,天然氣2.2 元/ m3 ,據(jù)此,進行年運行費用分析。其結果如表4 所示。3.4 經濟比較通過對兩種空調方案的初投資及運行費用分析, 結合兩種不同空調方案的特點,分析結果如表5表5 兩種方案初投資及運行費用比較從以上對兩種方案系統(tǒng)的初投資與運行費用綜合分

8、析結果得出: 初投資水源熱泵空調系統(tǒng)冷熱源部分單位建筑面積的初投資為91.23 元/。常規(guī)空調空調系統(tǒng)冷熱源部分單位建筑面積的初投資為71.55 元/ 年運行費用和投資回收期:水源熱泵機組單位建筑面積的年運行費用為21.27 元/,比常規(guī)空調分別降低23%。其投資回收期為4 年。水源熱泵空調方案在投資回收期過后, 每年為業(yè)主節(jié)省的運行費用,即為凈利潤。系統(tǒng)按15 年運行期考慮,因節(jié)省運行費用而產生的總利潤為334 萬元;且水源熱泵系統(tǒng)所需要維護的設備較少,維護費用更低。4 水源熱泵系統(tǒng)對環(huán)境的影響根據(jù)水源熱泵系統(tǒng)的原理可知,本工程水源熱泵空調系統(tǒng)對長江水的利用僅限于熱量的提取和轉換, 并在使用過程中嚴格限制對長江水進行任何的化學處理,有限的處理也僅限于對其進行過濾、沉淀以及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)的運行不會給長江水造成污染。5 結論與建議5.1 水源熱泵空調系統(tǒng)具有效率高、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點; 同時,水源熱泵空調系統(tǒng)技術和產業(yè)化已經成熟, 崇明生態(tài)小區(qū)集中空調系統(tǒng)冷熱源具備利用長江水有利條件,通過技術經濟分析,不僅技術上可行,經濟上也合理。根據(jù)本文所做的概算,水源熱泵的初投資比常規(guī)空調稍高,但運行費用低,年節(jié)省運行費用約28.54 萬元。5.2 長江水水源熱泵系統(tǒng)正常使用的前提下,僅限于對其進行過濾、沉淀以及加熱冷卻等