中央空调热泵冷热源方案浅析内容

摘要:冷(热)源来源经济与否直接关系建筑物空调的初投资与综合运行费用。本文以实际设计方案为例,对不同制冷机冷源与热泵热源来源方案进行了综合性经济分析、比较,从而得出结论:用“热源塔热泵”系统可实现冷暖空调卫生热水三联供,的确是一个经济合理的方案。     热源塔热泵夏季为高效水蒸发冷却热回收制冷机,可以向酒店免费提供卫生热水和桑拿热水;过度季节制取卫生热水时产生的冷量可供餐厅、娱乐及多功能厅空调免费利用;冬季热泵的低品位热源来自高效宽带无霜热源塔系统,可有效地保障热泵供暖及卫生热水所需要的低品位热源。在无锅炉等辅助热源条件下,热源塔热泵经受住南方五十年一遇的冰冻期考验,室内供暖温度达到30℃,热水45℃以上。系统运行可靠维修量小,这种无需设计锅炉、水源和地埋管等辅助热源系统的热泵,初投资经济合理,室内外机械设备综合占地面积都比较小、节能效果明显,以及对周围环境影响符合国家环保标准的空调冷(热)源来源方式,值得和大家交流探讨。
关键词:热源塔;冷(热)源;热源塔热泵
    1.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。
    2.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。
    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=3800KW  δ=0.53  R=500KW  Q=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。
    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。
    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)。
    系统性能 热源塔热泵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。由冷热源吸收设备——闭式热源塔和低位热源提升设备——低热源热泵组成。环境空气温度高于1.5℃以上时属于无霜运行期,环境空气温度低于1.5℃以下时累计时间约10天左右,为防止零下温度湿空气遇蒸发器结霜,系统负温度防霜系统自动喷淋环保防冻溶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,保障了热源塔热泵在最恶劣工况下0~5℃供热性能系数COP值不低于3.2.系统初投资 冬季酒店供热需求量为2500KW,选择热源塔热泵方案,容量应按实际供热能力确定为:Q=Q0.δ+R  Q0为设定的标准制冷量、δ为实际供热系数、R为辅助热源;