中央空调热泵冷热源实际工程案例分析

一、工程概况

桐庐大酒店位于城市发展的商业中心——杭州市桐庐县城区。桐庐大酒店是按四星级酒店标准设计的集客房、餐饮、娱乐、休闲、会议、办公及商场为一体的多功能综合性项目。地上建筑面积：34210m²。地下建筑面积：3160m²。夏季制冷负荷为2500KW，冬季供热负荷为2000KW。单位面积冷指标为70.4W/m²。单位面积热指标为58.5W/m²。热水负荷为5000KW/天。

二、不同冷(热)源热泵方案初投资比较

2.1混合源地源热泵冷(热)源与初投资

系统性能南方地区制冷负荷大于供暖+热水负荷的20%左右，为维持地下土壤温度场的平衡，实现经济运行目的，设计采用混合源(地埋管+冷却塔)地源热泵。地下土壤源温度场可维持在16～22℃之间变化，热泵热源温度平均保持12～6℃之间变化，。热泵是以15℃热源作为供热量指标，在热源温度12～6℃条件下运行供热虽有衰减，但仍能满足2500KW供暖和热水负荷的需求量。热泵供热性能系数COP值可达3.5以上，主要是依靠昂贵造价的地源埋管系统作陪衬，才能实现单项运行经济指标的高效。

系统初投资近期原萨斯特地源埋管钻井施工队在为浏阳市一座别墅做地源埋管，岩层钻孔单井深度35米，钻机日进尺深度只有10米，井深造价超过100元/米。在大型建筑物中用地紧张，单井深度可达到80～100米，随着井深增加岩层硬度会更高，井深造价为120～200元/米之间(四川地源热泵示范工程)。采用混合源地源热泵机组及冷(热)源地源埋管系统的初投资为710.00万元左右(详见表1)。

2.2空气源热泵冷(热)源与初投资

系统性能酷暑制冷，空气源热泵的制冷效率与室外气候有直接的关系，随室外温度的升高而降低，机组消耗功率随室外环境温度的升高而增加。空气温度35℃，出水温度7℃，空气源热泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供热，南方地区受特定地质与气候条件因素影响，成为冷暖气流对峙区“低温高湿”，空气中低品位“潜热”含量高，空气源热泵因构造缺陷，不能有效地利用低品位热源，持续期累计约50天左右(-5～2℃温度有近10天左右，2～5℃温度有近40天左右)。当空气源热泵迎面风速为2M/S时，室外空气干球温度在0～5℃，相对湿度>80%时结霜最为严重，此时平均每小时化一次霜，按现代技术不停机旁通换向化霜程序，一次化霜的时间不少于8分钟左右(包括室内反向取热)。空气源热泵在0～5℃条件下处于无霜至结满霜与半结霜状态下运行，供热性能下降35～40%；化霜减少的供热量达15～20%左右。因此，在最恶劣工况条件下空气源热泵机组的实际供热输出量，只有标准工况供热量的50%左右，供热性能系数COP平均只有1.5左右。

系统初投资冬季酒店供热需求量为2500KW，选择空气源热泵方案，容量应按实际供热能力确定为：

Q=Q0·δ+RQ0为设定的标准供热量、δ为实际供热系数、R为辅助热源；

Q0=3800KWδ=0.53R=500KWQ=Q0·δ+R=3800*0.53+500=2514KW

设计采用标准制冷量为3800KW空气源热泵机组加500KW辅助电加热装置，能够满足制热最不利工况下供热。根据涡旋压缩机构造不适应空气源热泵结霜后，长期处在高压差下运行，容易损坏等因素，应采用螺杆压缩机组，空气源热泵主机方案初投资为716.00万元左右(详见表1)。

2.3热源塔热泵冷(热)源与初投资

2.3.1热源塔热泵原理

热源塔热泵定义为：夏季为高效水蒸发冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热泵。

热泵所提升的低品位能来自热源塔，热泵必需是在较小的传热温差下运行，才能获得较高的供热性能系数，需要按热源塔实际使用工况设计热泵工况，所以定位为热源塔热泵。

热源塔热泵工作原理：由热源塔旋流风机扰动环境中“低温高湿”空气从塔体底部进入，经低温宽带换热器底部迎风面逆向流通，形成传热面与环境空气之间的

显热与潜热的交换。宽带换热器将来自热泵小温差蒸发器的低温循环溶液(乙二醇稀释溶液)从宽带换热器上部进液底部出液，获得低于环境温度2～3℃的溶液作为热源塔热泵的低温位热源(见图)。

热源塔热泵工作原理

自然无霜运行期：南方冬季，环境温度为2～5℃的持续时间为40天左右，占冬季低温高湿天气85%以上，是传统窄带空气源热泵结霜率较频繁期。闭式热源塔由于设计上采用了冷库-15℃的低温宽带小温差传热技术，比传统窄带空气源热泵结霜温度下降了5～6℃，减少了85%的结霜机率。环境空气温度高于2.0℃以上时，空气相对湿度较大潜热含量高，宽带换热器在进行热交换时凝结水量大，凝结水分离系统自动排出凝结水份。

人工无霜运行期：南方冬季，环境空气温度低于1.0℃以下时的累计时间约10天左右，为防止负温度湿空气遇冷(低温宽带换热器)结霜，负温度喷淋装置根据智能控制要求，自动喷淋环保防冻溶液(选用食品行业用无毒、无腐蚀、环保的防冻液)降低换热器表面冰点，待低温期过后采用浓缩装置分离水份。

2.3.2闭式热源塔热泵应用案例与性能

湖南吉首市金煌宾馆，地处湘西山区，冬季低温高湿，夏季高温酷暑。空调面积2300平方米，其中客房80间，大堂150平方米，茶艺中心95平方米。生活热水需求量15吨/日，供暖温度要求28℃。系统设计，采用“热源塔热泵冷暖空调热水三联供”系统，热泵机组设计容量，按夏季标准工况制冷量采用160KW机组二台。在厂家交货前进行标准工况制冷量测试时发现每台只有120KW/台。比原设计配置减少了160*2-120*2=80KW，相当于25%的设备容量配置。2008年南方遭受了50年一遇的-1～-4℃冰冻期，这个先天性不足的容量配置系统，经受了严峻的实际考验。标准工况制冷量为120*2=240KW的机组在低温位热源进水温度为-5℃情况下，压缩机自然衰竭要大于标准工况制冷量的25%，实际工况供热量为90*2=180KW。在冰冻期期间，由于热源塔热泵低温位热源来源稳定，无霜运行效率高满足要求，平均日输出45℃生活热水15吨，客房供暖温度达到28～33℃，大堂供暖温度达到24～26℃。热源塔热泵性能，在“低温高湿冰冻期”就闭式热源塔而言，只要保障溶液冰点浓度，在-5℃低温位热源，输出热水45℃情况下，机组的供热性能系数COP不低于3.0(实验室测试，传统干式热泵螺杆机组在给定-5℃低温位热源，输出热水52℃条件下，供热性能系数COP不低于2.6)。