天津地矿宾馆热泵供暖空调系统研究
前言
水源热泵技术是利用地球表面浅层水如地下水、地热水、地表水、海水及湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地能(地下水、土壤或地表水)作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。本文对利用低品位的浅层地下水作为水源热泵的冷热源，冬季热泵机组把地能中的热量“取”出来，向建筑物供暖;夏季热泵机组把室内热量取出来，释放到地下水中的热泵系统进行了可行性分析，并对热泵供暖和制冷的经济性分别进行了分析研究。
工程概况
地矿宾馆要求冬季采暖夏季制冷的总面积为6105m2。生产井和回灌井井相距34m，井深均为200m。利用浅层的地下水作为热泵的冷、热源，热泵直接用于冬季供暖和夏季制冷。生产井和回灌井冬夏季互换，即冬季供暖的生产井为夏季制冷的回灌井，冬季供暖的回灌井为夏季制冷的生产井。水源热泵有2台，其中：1#机组：66KW，制热量300KW，制冷量：260KW。2#机组：45KW，制热量198KW，制冷量：182KW。空调设备为“三速开关”控制的风机盘管。
低温热泵供暖的系统示意图如图1所示。
系统运行分析
供暖技术参数
为了深入研究系统冬季采暖和夏季空调的运行效果，分别对该系统一个供暖季和供冷季的运行情况进行了跟踪记录，全天每隔2小时观测并记录系统运行数据，供暖工况机组运行136天，供冷工况共运行100天。主要记录参数有生产井和回灌井的温度和流量、供水温度、回水温度、室内温度、室外温度。流量是用流量指示积算仪配以涡轮流量计来测量;供回水温度及抽水井与回灌井水温度来自水源热泵数字仪表显示，精度达±0.1℃;室内外温度的记录采用温度计，精确为±1℃，其中室内温度是选一间客房为测试对象而记录的数据。根据现场实测数据，整理后得到整个供暖期和供冷期室内外温度变化曲线、生产井和回灌井的温度变化曲线，如图2～图7所示。
系统运行分析
供暖技术参数
为了深入研究系统冬季采暖和夏季空调的运行效果，分别对该系统一个供暖季和供冷季的运行情况进行了跟踪记录，全天每隔2小时观测并记录系统运行数据，供暖工况机组运行136天，供冷工况共运行100天。主要记录参数有生产井和回灌井的温度和流量、供水温度、回水温度、室内温度、室外温度。流量是用流量指示积算仪配以涡轮流量计来测量;供回水温度及抽水井与回灌井水温度来自水源热泵数字仪表显示，精度达±0.1℃;室内外温度的记录采用温度计，精确为±1℃，其中室内温度是选一间客房为测试对象而记录的数据。根据现场实测数据，整理后得到整个供暖期和供冷期室内外温度变化曲线、生产井和回灌井的温度变化曲线，如图2～图7所示。
从图2、图3可看出，冬季室内温度基本稳定在22.3℃左右，夏季室内温度在25.5℃左右，因此，室内温度能够满足供暖或供冷的要求。
从图4可看出，采井温度在采暖初期变化幅度较小，主要是由于冷水回灌到地层中，将沿着地层通道向最容易流动的方向运移，并在流动过程中被岩石加热。虽然井距较近，但由于第四系砂岩缝隙较小，冷水在朝着采井方向移动时，需要一定的时间;同时由于流速较慢，可有足够的时间被岩石加热。因此在回灌初期，冷水对生产井温度的影响并不明显。但随着尾水回灌量的增加和回灌温度的下降，地下水流速在流量增加的推动下加快，同时由于采井水位降深的变化，热储层压力下降，更加速冷水向生产井运移的速度，造成回灌冷水没有足够的时间被岩石加热，因此采井温度也在呈下降趋势。
从图5可看出生产井温度随着地热尾水回灌量的持续增加呈上升趋势。这同样是由于生产井和回灌井的距离较近，回灌对生产井温度的影响。夏季热泵机组运行时是从地下水中提取冷量供给室内冷负荷，同时把室内的热量带走，随着冷源地热水的回灌，把热量储存在地下，即为冬季供暖储存热量，因此随着回灌量的增加生产井的水温会有所上升。
从图6、7可看出，无论是供暖工况还是供冷工况，抽水井和回灌井的流量基本相等，这说明，热泵只是提取了地下水的“热量”或“冷量”，并没有利用地下水的“水”，这有利于保护地下水资源不受污染及防止地面下沉。
经济性分析
热泵运行费用
运行费用包括能耗(电费和水费)、人工费、维修费、折旧费。由于该系统带有回灌，根据相关优惠政策，免收水费，所 以能耗主要费用是电费。表1和表2分别给出了热泵供暖和供冷的运行费用。
与其他供暖空调设备的比较
冬季采用燃油锅炉或者燃气锅炉，夏季采用收式制冷机供冷时，表3分别给出了供暖和供冷的经济性分析，并与热泵机组进行了比较。收式制冷机采用燃气锅炉提供热源，燃油，燃气锅炉的效率取0.9。
燃料的燃烧热值为：
燃气(天然气)：38640KJ/ m3(9200Kcal/m3),
燃油(轻柴油)：46200KJ/ kg(11000Kcal/kg)。
由表1可看出，热泵供暖和空调的运行费用较低。热泵供暖和空调的运行费用分别为9.5万元和4.21万元，折合到单位面积的运行费用为15.56元/m2和6.9元/m2。但是由于热泵机组的初投资较大，考虑设备折旧和维修后，运行成本较高。热泵供暖成本是16.53万元，单位面积成本27.08元/m2;夏季空调的成本为11.11万元，单位面积成本18.51元/m2。
由表3可看出热泵供暖和夏季空调全年的能耗费用为12.27万元，较燃气锅炉+吸收式致冷机组的17.18万元，节省了4.91万元;较燃油锅炉+吸收式致冷机组的18.76万元，节省了6.49万元。
结论
由以上分析可看出热泵供暖和空调的节能效果很好，并且热泵直接消耗的只是电能，对环境没有任何污染，环境效益显著;另外，带有回灌的热泵供暖和空调系统，抽上来的地下水经过热泵机组提取冷量后，基本全部回灌，热泵只是提取了地下水的“热量”或“冷量”，而并没有利用地下水的“水”，这有利于保护地下水资源不受污染及防止地面下沉。
