1工程概况
1.1建筑概况：
中科院外国专家公寓坐落在北京市海淀区中关村南路，位于中科院中关村科技园区中心地带，是一家以接待外国来访专家为主的涉外旅游饭店。饭店于1992年开业，总建筑面积10825m2，结构形式为框架结构。该建筑物的一、二 层公用部分为一次回风加新风的全空气系统，客房部分为风机盘管系统。
该建筑外墙采用250加气混凝土，外窗为单层铝合金窗。建筑物总高度。
1.2供暖、空调和生活热水供应系统现状
原空调制冷系统采用的是上海冷冻机厂生产的LS-500型、两台开启式螺杆冷水机组，单台制冷量为500000kcal/h，单台机组输入功率为2×75KW；供暖系统利用城市热网，经水-水换热器二次换热后，进入空调末端系统；全年的生活热水用一台1t的燃油蒸汽锅炉作为热源，直接加热水箱中的冷水至55~60，在通过热水给水系统，送到每个用水点。具体的设备安装情况见下表：
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序号
|
设备名称
|
规格型号
|
数量
|
装机容量（Kw）
|
备注
|
|
1
|
冷水机组
|
LSF-500
|
2
|
4×75
|
|
|
2
|
冷水循环泵
|
IS125-100-315
|
2
|
2×15
|
|
|
3
|
冷却水循环泵
|
IS150-125-250
|
2
|
2×15
|
|
|
4
|
冷却塔
|
CDBNL-200
|
2
|
2×7.5
|
|
|
5
|
补水泵
|
IS50-32-200
|
2
|
2×5.5
|
|
|
6
|
供热用热水循环泵
|
IS125-100-315
|
2
|
2×15
|
|
|
7
|
补水泵
|
IS50-32-200
|
2
|
2×5.5
|
|
|
8
|
生活热水给水泵
|
IS50-32-200
|
2
|
2×7.5
|
|
|
9
|
合 计
|
|
|
442
|
|
1.3水文地质条件介绍
外专公寓一带为第四季沉积层，主要为沙河、永定河冲击物，厚度约100米。含水层主要为粗砂、砂砾石层，主要分布在，累计含水层厚度，长期抽水结果及北京地区地下水动态表明，丰水期一般为每年3~4月，丰枯水期水位差05~10。地下水温度在15 ，不受季节、环境的影响。其补给主要来源于西部山前地带，补给距离近，地下水量丰富。
2改造目的
1、 夏季利用空调系统的余热可无偿提供5个月的生活热水，每天生活热水供应量按81吨计，可节约0.465吨柴油；以每吨柴油价格为3000元计，每天可节省1395元，5个月可节约20.925万元。
2、 本工程选用一台中科能公司生产的GWHP400型高温水源热泵机组做为全年生活热水供应系统的热源；选用一台WRB470型水源热泵机组做为空调、采暖系统的冷热源。两个系统相互联系，组成一个节能、高效、环保的水源热泵空调、生活热水供应系统。本公司生产的热泵机组采用半封闭活塞式压缩机，每个压缩机组成相对独立的系统，共用冷凝器和蒸发器，便于平时的维修和保养，延长机组寿命。而且当机组在部分负荷下运行时，可以保持高效率运行，耗电量小，节省运行费用。原系统单台活塞式水冷机组仅有2台压缩机，机组在部分负荷下运行时，运行效率低，因而耗电量大，运行费用高。
3、 由于本建筑为高档酒店式公寓，所处位置在北京市市区，环境污染控制严格。用活塞式水冷机组，则需要冷却塔进行冷却循环，对大气造成热污染；燃油锅炉的烟气排放也会污染大气，6t的储油罐也属危险品。水源热泵系统是利用地下水做为热泵机组的恒温冷热源，地下水经机组换热后，再回灌至地下。系统不消耗水量，也不会对水源造成任何污染。
4、水源热泵空调系统既可制冷和供暖，还能提供生活热水和解决过渡季节的空调、采暖问题。
3负荷情况
3.1、依据
①《实用供热空调设计手册》
② 根据外专公寓提供的建筑资料和北京市气象参数
3.2、室内设计参数：
|
项目
|
夏季
|
冬季
|
|
温度
|
湿度
|
温度
|
湿度
|
|
会议室
|
26
|
60%
|
24
|
40%
|
|
大堂
|
26
|
65%
|
18
|
30%
|
|
餐厅
|
25
|
65%
|
21
|
40%
|
|
公寓
|
25℃
|
60%
|
23℃
|
40%
|
3.3冷、热负荷分析：
外专公寓已使用多年，按其制冷机的运行记录，全年几乎是单台机组运行，占运行时间的95%以上，由此可推算出建筑物最大冷负荷小于620kw；冬季热负荷为748.9Kw。
全年能耗夏季为918MJ/a,冬季为1071MJ/a。
3.3生活热水
按甲方提供的数据：每天需要的热水量为81吨，热水温度50℃—60℃，自来水温度15℃。每天生活热水负荷：
夏季和过渡季： 81000×(55-15)×1000/860=3768KW
冬季： 81000×(60-15)×1000/860=4239KW
4系统控制模式
总体方案就是采用一台机组、一个循环水泵、一个冷却水泵组成一个系统，以两个机组为主体，形成两个相对独立的系统，它们之间相互联系、相互备用，组成一个完整的供冷、供热和生活热水供应系统。他们之间的联系与切换，是利用中心控制器，控制与机组相联的专用水泵的启、停和管路中的辅助电动阀，来实现功能的转换。参照原理图详述如下：
3.1夏季：
a.制冷：
当系统回水温度th＞系统设定的回水温度（12℃），机组进入制冷状态，中心控制器控制顺序启动13#系统循环水泵、4#井水给水泵、1#热泵机组；若1#机组全部投入运行后，系统回水温度th依然＞系统设定的回水温度（12℃），那么，中心控制器将控制顺序启动14#系统循环水泵、3#井水给水泵、2#热泵机组。
b.制备热水：
当热水贮水箱的水温tR＜设定的热水温度（50℃），机组进入制备热水状态，中心控制器控制顺序启动14#系统循环水泵、22#制备热水用循环水泵、2#热泵机组。直到热水贮水箱的水温tR＞设定的热水温度（60℃）时，中心控制器控制2#机组处于常规制冷待命状态。同时，中心控制器将即时检测系统的回水温度，根据检测的回水温度情况，来控制机组的运行。
在制备热水期间，若系统回水温度th＞系统设定的回水温度（12℃），中心控制器控制顺序启动13#系统循环水泵、4#井水给水泵、1#热泵机组，将1#机组投入运行。反之：当系统回水温度th＜系统设定的回水温度（12℃），中心控制器控制顺序停1#热泵机组、4#井水给水泵、13#系统循环水泵，将1#机组停止运行。
在制备热水期间，中心控制器检测系统回水温度，但不控制2#机组的运行，仅控制1#机组的运行。2#机组通过热水箱中热水温度来控制。一旦制备热水工作完成，2#机组由中心控制起来控制。
c.模糊状态：
当2#机组正处于普通制冷状态，若热水贮水箱的水温tR＜设定的热水温度（50℃），中心控制器控制将强制22#制备热水用循环水泵投入运行，同时切断3#井水给水泵（要求延时切断，延时时间15-30sec）
3.2 冬季：
a.制热：
当系统回水温度th＜系统设定的回水温度（45℃），机组进入制热状态，中心控制器控制顺序启动13#系统循环水泵、4#井水给水泵、1#热泵机组；若1#机组全部投入运行后，系统回水温度th依然＜系统设定的回水温度（45℃），那么，中心控制器将控制顺序启动14#系统循环水泵、3#井水给水泵、2#热泵机组；
b.制备热水：
当热水贮水箱的水温tR＜设定的热水温度（50℃），机组进入制备热水状态，中心控制器控制顺序启动3#井水给水泵、22#制备热水用循环水泵、2#热泵机组。直到热水贮水箱的水温tR＞设定的热水温度（60℃）时，中心控制器控制2#机组处于常规制热待命状态。同时，中心控制器将即时检测系统的回水温度，根据检测的回水温度情况，来控制机组的运行。
在制备热水期间，若系统回水温度th＜系统设定的回水温度（45℃），中心控制器控制顺序启动13#系统循环水泵、4#井水给水泵、1#热泵机组，将1#机组投入运行。
在制备热水期间，中心控制器检测系统回水温度，但不控制2#机组的运行，仅控制1#机组的运行。2#机组通过热水箱中热水温度来控制。一旦制备热水工作完成，2#机组由中心控制器来控制。
c.模糊状态：
当2#机组正处于普通制热状态，若热水贮水箱的水温tR＜设定的热水温度（50℃），中心控制器控制将强制22#制备热水用循环水泵投入运行，同时切断14#系统循环水泵（要求延时切断，延时时间15-30sec）
3.3过渡季：
a.制冷：
按夏季制冷工况运行。
b.制热：
按冬季制值热工况。
5主要设备选择及装机容量
|
序号
|
设备名称
|
规格型号
|
数量
|
装机容量（Kw）
|
备注
|
|
1
|
常温热泵机组
|
WRB470
|
1
|
132
|
|
|
2
|
高温热泵机组
|
GWHP400
|
1
|
103.6
|
|
|
3
|
井水给水泵
|
250QJ100/70
|
2
|
2×15
|
|
|
4
|
冷冻水循环泵
|
IS125-100-315
|
2
|
2×15
|
原有设备
|
|
5
|
井水循环水泵
|
250QJ50/18
|
2
|
2×5.5
|
|
|
6
|
补水泵
|
IS50-32-200
|
2
|
2×5.5
|
原有设备
|
|
7
|
生活热水循环泵
|
IS50-32-200
|
2
|
2×7.5
|
原有设备
|
|
8
|
生活热水给水泵
|
IS50-32-200
|
2
|
2×7.5
|
原有设备
|
|
9
|
总 计
|
|
|
347.6
|
|
6抽灌井
按常规，地下水层在30~120米深度，单井涌水量要求不小于100m3/h。通过成井报告知：本地区主要含水层在32~37、48~67，含水层厚度在24米左右，实际井深76.5米，涌水量大于160m3/h,采用单井回灌，回灌效果良好。
7末端设备
末端系统不变，仍采用原有的系统。
8机房安装设备清单
|
序号
|
名称
|
规格型号
|
单位
|
数量
|
配电
功率
|
备注
|
|
1
|
普通型热泵机组
|
WRB470
|
台
|
1
|
|
|
|
2
|
高温型热泵机组
|
GWHP400
|
台
|
1
|
|
|
|
3
|
井水给水泵
|
Q=45M3/h.H=18mH2O
|
台
|
1
|
|
配1#热泵
|
|
4
|
井水给水泵
|
Q=45M3/h.H=18mH2O
|
台
|
1
|
|
配2#热泵
|
|
5
|
调节水箱
|
4000×5000×2000
|
台
|
1
|
|
|
|
6
|
除沙过滤机
|
TGR100
|
台
|
1
|
|
|
|
7
|
井水给水调节站
|
D259×860
|
台
|
1
|
|
|
|
8
|
供水潜水泵
|
250QJ100/65 Q=100M3/h.H=65mH2O
|
台
|
1
|
|
|
|
9
|
取水井
|
H=120m
|
|
|
|
|
|
10
|
回扬潜水泵
|
250QJ100/65
Q=100M3/h.H=65mH2O
|
台
|
1
|
|
|
|
11
|
回灌井
|
H=120m
|
|
|
|
|
|
12
|
井水回灌调节站
|
D259×860
|
台
|
1
|
|
|
|
13
|
系统循环水泵
|
IS125-100-315
|
台
|
1
|
|
配1#热泵（原有）
|
|
14
|
系统循环水泵
|
IS125-100-315
|
台
|
1
|
|
配2#热泵（原有）
|
|
15
|
电子循环水处理仪
|
Q=200M3
|
台
|
1
|
|
|
|
16
|
除污器
|
DN250
|
个
|
1
|
|
原有设备
|
|
17
|
集水器
|
|
|
|
|
原有设备
|
|
18
|
分水器
|
|
|
|
|
原有设备
|
|
19
|
系统补水箱
|
|
|
|
|
原有设备
|
|
20
|
系统补水泵
|
IS50-32-200
|
台
|
1
|
|
原有设备
|
|
21
|
膨胀水箱
|
|
|
|
|
原有设备
|
|
22
|
制热水用循环泵
|
Q=45M3/h.H=18mH2O
|
台
|
1
|
|
配2#热泵
|
|
23
|
制备热水用水箱
|
|
|
|
|
原有设备
|
|
24
|
热水给水泵
|
IS50-32-200
|
台
|
2
|
|
原有设备
|
|
25
|
电控设备
|
|
套
|
1
|
|
|
九、投资
略
10系统测试结果与分析
10.1测试时间和条件：
时间2002.2.6~2.8；室外温度：白天2~6℃；晚上-3~１℃；客房入住率80%以上。测试房间的室温均在20℃以上。
10.2供暖测试情况分析
（1）机组运行费
根据2.6~2.8号三天对机组运行状态的连续跟踪纪录，分析得出常温热泵机组在上述时间、室内外温度条件下，每天三个机头的工作时间分布情况如下：
三个机头工作时间：1小时；
二个机头工作时间：7.5小时；
一个机头工作时间：15.5小时；
每天机组总耗电量：1474kwh,电价：0.75元/kwh,则机组每天费用为1518
0.75=1105.5元/天。
以此数据为依据，按照年平均气温对此数据进行修正，需增加17%，则全年采暖期机组运行费用：
1105.5天/元 * 120 * 1.17=15.52万元/年；
过渡季的采暖费用按采暖期的20%计，为15.52 * 20%=3.1万元
整个采暖期的机组运行费用预计为18.6万元。折合成单位建筑面积运行费用为16元左右。
（2）室内温度测试
通过对不同朝向、不同维护结构类型的房间温度的测试，都能达到20~22℃以上，完全满足室内温度的需要。特别是对送风口送风温度的测试，即使在风机盘管高档上运行时，送风口的温度都在40~42℃以上，没有吹冷风的感觉。
10．3制备生活热水情况
3．3.1测试情况
通过多次的测试，知到高温热泵机组可在27~30分钟的时间，将西侧的热水（16.5m3）内的水从43℃提高到60℃。
3．3.2结果分析：
(1)机组供热量：
16500 * （60-43） * 4.187=1174453.5KJ;
(2)机组耗功
（172+15） * 28/60=87.3kwh=314160KJ，（折合运行费用：87.3 * 0.75=65.48元）
(3)系统cop
1174453.5KJ/314160=3.74
(4)每天制备81吨55~60℃热水的费用
65.48元 * （81000 * （55-15） * 4.187）/1174453.5=756元/天
（5）全年热水费用
756元/天 * 210天/年=15.88万元
结论：
通过运行测试、分析，机组和整个改造后的系统完全满足设计要求，达到了改造的目的。
