一种空气源热泵结合水环热泵系统的经济性分析_赵培安

一种空气源热泵结合水环热泵

系统的经济性分析

克莱门特捷联制冷设备（上海）有限公司　赵培安☆　时　佳

摘要　结合上海一实际工程，介绍了一种空气源热泵＋空气源热泵热回收机组＋冷却塔负荷计算、设备选用、运行策略。经济性分析表明该系统＋水环热泵系统的室内外计算参数、

运行费用低于传统空气源热泵系统和水冷多联机＋燃气锅炉系统。

关键词　空气源热泵　冷却塔　水环热泵　负荷计算　运行策略　经济分析

Ｅｓｃｏｎｏｍｉｃａｎａｌｓｉｓｏｆａｎａｉｒｏｕｒｃｅｈｅａｔｕｍ－　　　　　　ｙｐｐ

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），，，ＣｌｉｍａｖｅｎｅｔａＣｈａｔｕｎｉｏｎＲｅｆｒｉｅｒａｔｉｏｎＥｕｉｍｅｎｔ（ＳｈａｎｈａｉＣｏ．Ｌｔｄ．Ｓｈａｎｈａｉｈｉｎａ★Ｃ　　　ｇｑｐｇｇ

但是受　　地源热泵系统是比较节能的空调系统，

到水源或场地和埋管施工、投资等方面的限制。在地源热泵不能合理使用的情况下，如何满足建筑物的制冷和供暖需求，同时又可以尽量节能是设计人员需要考虑的问题。

空气源热泵机组具有夏季制冷、冬季供暖的特点，可以广泛应用于工业、民用建筑工程中，应用范围从原来的华南及长江流域扩展到了黄河流域及广阔的西北地区。但是空气源热泵机组与水冷机组及地源热泵机组相比存在着ＥＥＲ较低的问题。此外，对于长江以北地区，在冬季室外温度较低的条件下存在制热供暖水温较低的情况。

笔者以一栋商业办公楼空调系统为研究对象，根据实际项目的现场条件提出采用空气源热泵＋空气源热泵热回收机组＋冷却塔＋水环热泵的设计方案并与常规空调系统进行了经济性比较分析。

１　项目概况

项目毗邻黄浦江，位于外滩景观区的延伸带，

与陆家嘴金融城隔江而望。总建筑面积７８１１０　

２２２

，，，其中地下约３地上约４建ｍ０５６２ｍ７５４８ｍ　　筑高度为１分裙房和主楼两个部分。裙房为１０ｍ，

餐饮区。主楼１，３层２层为办公区挑空大堂，３～２为办公层。

虽然该项目毗邻黄浦江，但受政策限制，不能使用水源热泵；另外受场地限制，也不能使用地埋管地源热泵。２　室内外计算参数１　室外计算参数２．

室外湿夏季空调：室外干球温度ｔ３４．６℃，ｗ＝／。风速ｖ球温度ｔ２８．２℃，３．４ｍｓｗｗ＝ｓ＝

相对湿夏季通风：室外干球温度ｔ３０．８℃，ｗ＝

男，大学９７５年１２月生，１☆赵培安，

２０１４１９上海市星火开发区白云路８８号克莱门特捷联制冷设

（）备上海有限公司

（）１０３９１７６３０９５９

：Ｅ－ｍｃａｉｌｚｈａｏｅｉａｎｌｉｍａｖｅｎｅｔａｕ．ｃｎ－＠ｃｐ

收稿日期：０１３－１２－０２２一次修回：０１４－０１－０９２二次修回：０１４－０３－０３２

度φｗ＝６９％。

相对冬季空调：室外干球温度ｔ１．２℃，ｗ＝－／。风速ｖ湿度φｗ＝７４％，３．３ｍｓｗ＝

冬季通风：室外干球温度ｔ３．５℃。ｗ＝）见表１２．２　室内计算参数（

表１　室内计算参数

室内干球温度／℃相对湿度／％夏季

大堂　办公室餐饮区

２６　５２　２５　

冬季１８　２０　２０　

夏季６０　５５　６０　

ｍ冬季（３０　３０　３０　

新风量／

３／（人·

２．１　空调水系统３．

）裙房部分采用两管制系统，夏季供冷、冬季１供热。冷热水系统采用一次泵循环方式，水泵采用变频运行方式，根据空调负荷的变化进行运行调节，实现节能。水系统为异程形式，各空调末端设电动调节与动态平衡一体阀。

Ａ声级噪

））声／Ｂｄｈ

５０４５５０

２０　３０　２０　

）办公楼采用两管制系统，为确保各多联机２

主机稳定运行，水泵采用定流量运行方式，水系统采用垂直异程和水平同程方式，各层水平回水支管设静态平衡阀。根据水温，由闭式冷却塔散热或由空气源热泵机组补热。

）办公楼大堂周边地埋管水系统采用水平同３程方式，各层电梯厅风机盘管水系统采用垂直异程方式，各层水平回水支管设压差平衡阀，供水支管设静态平衡阀。

）裙房空气源热泵机组和办公楼补热空气源４

热泵机组水系统之间设切换管和切换阀，并设计量设施，实现互为备用，以增加系统可靠性。）办公楼水环水系统和大堂空调冷热水系统５

采用膨胀水箱定压，裙房冷热水系统采用膨胀定压罐定压。

）空调水环系统水管、冷热水管均以自然补６偿为主，必要时设补偿器补偿。２．２　空调风系统３．

根据各功能场所的特点，设计采用全空气系统、空气－水系统或直接蒸发式多联机系统。）餐饮区等大空间功能场所采用集中式低速１

风道空调系统，由空气处理机组独立处理新、回风。气流组织采用顶部均匀送风、下部集中回风的形式。部分全空气空调系统风机设变频器，在部分负荷时变风量节能运行。

）裙房小空间功能用房设吊装空调器，自带２新风，顶送顶回。）办公楼１层大堂设集中式低速风道空调系３统，由空调机组独立处理新、回风，均匀送风，下部集中回风。另沿周边外窗地板设嵌地式盘管下送风。

）办公层均采用吊顶式可接风管室内机。４

）办公楼各层设热泵热回收型直接蒸发式新５

风机，新风自竖井取风，经新风机组处理后送至各办公单元内区，各层水平总管设定风量阀，冬季采用高压喷雾加湿器加湿。

３　负荷计算及系统设计

１　负荷计算结果３．

冷负荷指标裙房空调系统冷负荷为６８７ｋＷ，

２

；／热负荷为３热负荷指标为７为１３９Ｗｍ４８ｋＷ，０２

。大堂空调系统冷负荷为５／冷负荷Ｗｍ４９ｋＷ，２

；／热负荷为２热负荷指标指标为８４Ｗｍ３９ｋＷ，２

。／为３６Ｗｍ

３层以上办公室空调系统冷负荷为４３２８　

２；／热负荷为２冷负荷指标为１２３Ｗｍ１７ｋＷ，９　

２。／热负荷指标为７ｋＷ，５Ｗｍ

３．２　系统设计

该工程裙房餐饮区和主楼办公区空调分设集中冷、热源，需要时可互为备用。根据裙房空调冷热负荷特性，设计采用空气源热泵冷、热水机组，夏季供冷、冬季供热，热源供回水温度为４５℃／４０

冷源供回水温度为７℃／１２℃。℃；

）办公楼主楼大堂、各层电梯厅、地下商务中１

心和消防控制中心等区域采用热回收型空气源热泵冷、热水机组作为冷热源。

）主楼办公区空调设计采用水环直接蒸发式２

可变流量分体多联机系统，各层分单元设多联机主机，水环系统夏季设闭式蒸发式冷却塔散热，冬季由空气源热泵机组补热，控制水环水系统水温。夏出水温度为３冬季冷却水进水温度为３７℃，２℃；季热泵补热供水温度为３回水温度为３５℃，０℃。根据空气源热泵机组的性能，降低热水供水温度，最低热水供水温度为２０℃。另按楼层设置了直接蒸发式热回收型热泵新风机组。办公区空调系统预留冷却能力。

）裙房空气源热泵冷热水机组和办公楼大堂３

空气源热泵机组、闭式蒸发式冷却塔均设于裙房２层屋顶。

）办公楼各层办公室排风经热泵热回收型直６

接蒸发式新风机组内的排风机排入竖井后至屋顶排放，各层水平总管设定风量阀。

）各集中式空调系统空调箱内设空气净化装置。７

）办公楼各层电梯厅等采用风机盘管。８

４　设备选用

：裙房（负荷６Ｂ８７ｋＷ）ＳＲＡＮ１１０２２台Ｃ－Ｘ－

空气源热泵。

，）公共区域（含大堂、办公楼：负荷５４９ｋＷ）１电梯厅等：ＳＲＡＮ２００２Ｃ－Ｘ－Ｒ－ＨＬ型空气源热泵热：水回收机组１台。２）各楼层办公楼（３２ｋＷ）４８　环ＶＲ方便将来出租后分户计量，冷源：闭Ｆ系统（式冷却塔；热源：ＳＲＡＮ２２０２Ｃ－Ｘ－ＨＬ型空气源热。泵机组３台）

５　运行策略

）大堂空气源热泵冷热水机组采用热回收１型，在夏季利用热回收冷凝器和冷却水实现水冷运行，提高机组制冷运行效率。

）办公楼采用水环直接蒸发式变制冷剂流量２

分体多联机系统，机组运行效率有很大幅度提高，节能减排效果好。

）办公楼采用水环直接蒸发式变制冷剂流量３

分体多联机系统，冬季补热采用空气源热泵，形成

由水环连接的双级压缩系统，供热效率高于空气源热泵系统或风冷多联机系统。

）办公楼新风采用直接蒸发式热回收型热泵４

机组，对排风余冷、余热进行回收，运行效率高，可节能减排。

）裙房和办公大堂空调冷、热水泵采用变频５控制，在部分负荷时变水量运行，以减少能耗。）部分集中式全空气空调系统风机设变频器６

调节风量，减少运行能耗。）办公大堂部分采用置换空调方式，冷、热直７

接作用于人员活动区，减少运行能耗。）办公新风送至内区，在过渡季利用新风供８冷，减少运行能耗。）所有的空调、通风系统均设置自动控制系９统，有效控制启停和温度，避免能源浪费。６　经济性分析）办公楼公共区域１

选用１台ＣＳＲＡＮ２００２－Ｘ－Ｒ－ＨＬ型全热回收型高效低噪声风冷螺杆机组。工况：冷水１２℃／７输入冷却水３２℃／３７℃。制冷量７４４．５ｋＷ，℃，功率１Ｃ７３．９ｋＷ，ＯＰ＝４．２８。３种冷热源方案的运行费用比较见表２。标准煤消耗量见表３。

万元

空气源热泵系统主机：５６

水冷机＋燃气锅炉

冷水机组：０３燃气锅炉：５２合计：５５２０．５

表２　办公楼公共区域３种冷热源方案运行费用比较

初投资／万元

冬季空气源热泵（本文系统）夏季空气源热泵热回收＋冷却塔，

主机：７７冷却水泵：５１．冷却塔：为办公楼系统自带，不计入合计：８．５７１．８２　

全年供冷运行费用／万元全年供热运行费用／万元投资回收期

２６．６　

８．３１８．３３４．９１　　

，相对于冷水机本文系统相对于空气源热泵系统投资回收期为３ａ

组＋燃气锅炉系统投资回收期为２ａ

）本文系统夏季运行费用含主机、空气源热泵系统夏季仅含主机运行费用，水冷机＋燃气锅炉系统夏注：冷却塔和冷却水泵耗电费用，１

季运行费用含主机、冷却塔和冷却水泵耗电费用，未列入比较。２）计算依据：３种冷热源方案冷水泵和末端的投资和耗电费用相同，

３，，，，）／（，供冷季节１燃气价格为供热季节１每天运行１季节使用系数为０．电价１元／燃气低热值为３５０ｄ５０ｄ４ｈ５１，Ｗ·ｈ５５９０ｋＪｍｋ　

３

３元／ｍ。４．

表３　办公楼公共区域３种冷热源方案

运行能耗折合成标准煤的比较

本文系统

全年供冷消耗量全年供热消耗量合计全年标准煤消耗量

８８　７５　１６３　

空气源

热泵系统１０７　７５　１８２　

与普通水冷冷水螺杆机组相当。０，５．

ｔ

水冷机＋

燃气锅炉８３９９１８２

冬季办公楼采用空气源热泵作为水环热泵热源。／热水进出水温度２冬季工况：环境温度７℃，１℃２６功率１℃。单台热泵机组制热量７８８．８ｋＷ，３７．４ｋＷ，

。办公楼热负荷为ＣＯＰ＝５．７４１７ｋＷ。水环系统：２９　／。热源温度２Ｃ６℃２１℃，ＯＰ＝５．３

３

，／锅炉计算依据：天然气低热值３５５９０ｋＪｍ　３

，电价１元／效率０．９，燃气单价４．３元／ｍ

）各层办公楼区域２

夏季采用水环ＶＲＦ热泵＋闭式冷却塔系统。在室内工况参数干球温度／湿球温度２７℃／１９℃，

室外冷却塔工况参数３２℃／３７℃条件下，ＯＰ＝Ｃ

）。（ｋＷ·ｈ

３种热源运行费用比较见表４。

表４　办公区域３种热源运行费用比较

水环＋空气源

热泵

水环机组耗电费用５５０　空气源热泵耗电费用４１２．２天然气费用合计９６２．２水环＋燃气

锅炉５５０４３．６１１　　１６９３．６元／ｈ

燃气锅炉

。　　３种冷热源方案初投资及运行费用比较见表５

３种冷热源运行费用折合成标准煤消耗量的比较见表６。

可以看出采用水环＋空气源热泵系统冬季供暖费用明显低于水环＋燃气锅炉和单独燃气锅炉系统。

水环＋燃气锅炉

３７０　

水环机组：０３．５１

燃气锅炉：水环机组：８．９，２２．５５１２８４．９　２１．　

冷水机组＋燃气锅炉＋末端３６０

冷水机组：１１１燃气锅炉：５１１２６２１．８

１４０９．７　

１４０９．７表５　办公区域３种冷热源方案初投资及运行费用比较

水环＋空气源热泵

初投资／万元

全年供冷运行费用／万元全年供热运行费用／万元合计全年运行费用／万元投资回收期／ａ　

４６０　

水环机组：０３．５１

空气源热泵：水环机组：８．９，４．１５４０６．５２　

注：冷却水泵、冷水泵耗电量相当，未列入比较。水环系统自带末端，与室内空气进行换热。计算依据同表３。３种冷热源方案冷却塔、

表６　办公区域３种冷热源运行费用折合成标准煤消耗量的比较

水环＋空气源热泵

全年供冷消耗标准煤量全年供热消耗标准煤量全年合计消耗标准煤

４１８　

空气源热泵：水环机组：３８，７８２１８３４　

４１８　

燃气锅炉：水环机组：３８，４６２３１００２　　

水环＋燃气锅炉

４４８

燃气锅炉：２６４８７４

ｔ

冷水机组＋燃气锅炉

７　结论

无需机房、锅１　本文系统采用空气源热泵主机，７．

炉房，节省了建筑成本和后期维护保养的费用。２　空气源热泵热回收机组夏季制冷可采用冷却７．

塔冷却，提高机组运行效率。机组效率达到４．０以上，明显优于普通空气源热泵，接近水冷冷水机组。３　地源热泵系统在受到条件限制不能采用水源７．

或地埋管时，可以考虑夏季采用地源热泵机组＋冷却塔系统；冬季采用空气源热泵＋水环热泵系统。系统的稳定性和节能性得到提高，值得推广应用。

·征文通知·

如４　空气源热泵系统在室外温度较低条件下，７．

果降低制热的出水温度，机组的效率和稳定性大大提高。参考文献：

［］代宝民．空气源热泵用于房间供暖的分析１　马一太，

（）：［］０１３，１４８１Ｊ．制冷与空调，２６－１

［］中２版．北京：Ｍ］．２　陆耀庆．实用供热空调设计手册［

国建筑工业出版社，２００８

［］一种水与空气双源热泵机组：中国，Ｌ２０１１Ｚ３　　陈睿．

［２０１１－１２－２０２０５３４９８５．８Ｐ］．

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第６届全国建筑环境与设备技术交流大会征文通知

０１５　　第６届全国建筑环境与设备技术交流大会将于２“大会的主题是：传承年１０月下旬在广东省广州市召开，。为开好这次大会，创新务实发展”会议将编辑出版会议交流文集。文集征文要求如下：

论文以暖通空调领域的绿色、低碳、节能、高效为中心，内容可涉及当前暖通空调创新实践的重点与热点，包括暖通空调技术的发展方向，新技术、新产品研发与应用，典型工程设计、新的设计方法与应用、设计经验总结，重大科研成果介绍、工程运行测试与分析，相关标准规范的编制和执行情况介绍等。

论文内容应有创新、实用性，观点清晰，论述严密完整，

文字通顺，数据准确；每篇稿件的字数控制在６００字之０　内；在其他公开出版物上已出版的论文不在本次征集范围投稿邮箱为：内。征文截稿时间为２０１５年６月１０日，ｈｆｈｊ。论文可直接发至投稿信箱或由中国勘察设计ａｄ．ｃｎ＠ｃｇ统一发至投协会建筑环境与设备分会各地方委员会推荐，稿信箱。

中国勘察设计协会建筑环境与设备分会将组织专家评——《审论文，经过评审入选的论文将刊登在大会文集—暖通空调》杂志２暖０１５年第１０期增刊上。论文的具体要求同《通空调》杂志。

（中国勘察设计协会建筑环境与设备分会）