中央空調熱泵冷熱源實際工程案例分析
一、工程概況
桐廬大酒店位于城市發展的商業中心——杭州市桐廬縣城區。桐廬大酒店是按四星級酒店標準設計的集客房、餐飲、娛樂、休閑、會議、辦公及商場為一體的多功能綜合性項目。地上建筑面積：34210m²。地下建筑面積：3160m²。夏季制冷負荷為2500KW，冬季供熱負荷為2000KW。單位面積冷指標為70.4W/m²。單位面積熱指標為58.5W/m²。熱水負荷為5000KW/天。
二、不同冷(熱)源熱泵方案初投資比較
2.1混合源地源熱泵冷(熱)源與初投資
系統性能南方地區制冷負荷大于供暖+熱水負荷的20%左右，為維持地下土壤溫度場的平衡，實現經濟運行目的，設計采用混合源(地埋管+冷卻塔)地源熱泵。地下土壤源溫度場可維持在16～22℃之間變化，熱泵熱源溫度平均保持12～6℃之間變化，。熱泵是以15℃熱源作為供熱量指標，在熱源溫度12～6℃條件下運行供熱雖有衰減，但仍能滿足2500KW供暖和熱水負荷的需求量。熱泵供熱性能系數COP值可達3.5以上，主要是依靠昂貴造價的地源埋管系統作陪襯，才能實現單項運行經濟指標的高效。
系統初投資近期原薩斯特地源埋管鉆井施工隊在為瀏陽市一座別墅做地源埋管，巖層鉆孔單井深度35米，鉆機日進尺深度只有10米，井深造價超過100元/米。在大型建筑物中用地緊張，單井深度可達到80～100米，隨著井深增加巖層硬度會更高，井深造價為120～200元/米之間(四川地源熱泵示范工程)。采用混合源地源熱泵機組及冷(熱)源地源埋管系統的初投資為710.00萬元左右(詳見表1)。
2.2空氣源熱泵冷(熱)源與初投資
系統性能酷暑制冷，空氣源熱泵的制冷效率與室外氣候有直接的關系，隨室外溫度的升高而降低，機組消耗功率隨室外環境溫度的升高而增加。空氣溫度35℃，出水溫度7℃，空氣源熱泵制冷能效比EER值在2.5左右。隆冬供熱，南方地區受特定地質與氣候條件因素影響，成為冷暖氣流對峙區“低溫高濕”，空氣中低品位“潛熱”含量高，空氣源熱泵因構造缺陷，不能有效地利用低品位熱源，持續期累計約50天左右(-5～2℃溫度有近10天左右，2～5℃溫度有近40天左右)。當空氣源熱泵迎面風速為2M/S時，室外空氣干球溫度在0～5℃，相對濕度>80%時結霜最為嚴重，此時平均每小時化一次霜，按現代技術不停機旁通換向化霜程序，一次化霜的時間不少于8分鐘左右(包括室內反向取熱)。空氣源熱泵在0～5℃條件下處于無霜至結滿霜與半結霜狀態下運行，供熱性能下降35～40%;化霜減少的供熱量達15～20%左右。因此，在最惡劣工況條件下空氣源熱泵機組的實際供熱輸出量，只有標準工況供熱量的50%左右，供熱性能系數COP平均只有1.5左右。
系統初投資冬季酒店供熱需求量為2500KW，選擇空氣源熱泵方案，容量應按實際供熱能力確定為：
Q=Q0·δ+RQ0為設定的標準供熱量、δ為實際供熱系數、R為輔助熱源;
Q0=3800KWδ=0.53R=500KWQ=Q0·δ+R=3800*0.53+500=2514KW
設計采用標準制冷量為3800KW空氣源熱泵機組加500KW輔助電加熱裝置，能夠滿足制熱最不利工況下供熱。根據渦旋壓縮機構造不適應空氣源熱泵結霜后，長期處在高壓差下運行，容易損壞等因素，應采用螺桿壓縮機組，空氣源熱泵主機方案初投資為716.00萬元左右(詳見表1)。
2.3熱源塔熱泵冷(熱)源與初投資
2.3.1熱源塔熱泵原理
熱源塔熱泵定義為：夏季為高效水蒸發冷卻制冷機，冬季為高效寬帶無霜空氣源熱泵。
熱泵所提升的低品位能來自熱源塔，熱泵必需是在較小的傳熱溫差下運行，才能獲得較高的供熱性能系數，需要按熱源塔實際使用工況設計熱泵工況，所以定位為熱源塔熱泵。
熱源塔熱泵工作原理：由熱源塔旋流風機擾動環境中“低溫高濕”空氣從塔體底部進入，經低溫寬帶換熱器底部迎風面逆向流通，形成傳熱面與環境空氣之間的
顯熱與潛熱的交換。寬帶換熱器將來自熱泵小溫差蒸發器的低溫循環溶液(乙二醇稀釋溶液)從寬帶換熱器上部進液底部出液，獲得低于環境溫度2～3℃的溶液作為熱源塔熱泵的低溫位熱源。
熱源塔熱泵工作原理
自然無霜運行期：南方冬季，環境溫度為2～5℃的持續時間為40天左右，占冬季低溫高濕天氣85%以上，是傳統窄帶空氣源熱泵結霜率較頻繁期。閉式熱源塔由于設計上采用了冷庫-15℃的低溫寬帶小溫差傳熱技術，比傳統窄帶空氣源熱泵結霜溫度下降了5～6℃，減少了85%的結霜機率。環境空氣溫度高于2.0℃以上時，空氣相對濕度較大潛熱含量高，寬帶換熱器在進行熱交換時凝結水量大，凝結水分離系統自動排出凝結水份。
人工無霜運行期：南方冬季，環境空氣溫度低于1.0℃以下時的累計時間約10天左右，為防止負溫度濕空氣遇冷(低溫寬帶換熱器)結霜，負溫度噴淋裝置根據智能控制要求，自動噴淋環保防凍溶液(選用食品行業用無毒、無腐蝕、環保的防凍液)降低換熱器表面冰點，待低溫期過后采用濃縮裝置分離水份。
2.3.2閉式熱源塔熱泵應用案例與性能
湖南吉首市金煌賓館，地處湘西山區，冬季低溫高濕，夏季高溫酷暑。空調面積2300平方米，其中客房80間，大堂150平方米，茶藝中心95平方米。生活熱水需求量15噸/日，供暖溫度要求28℃。系統設計，采用“熱源塔熱泵冷暖空調熱水三聯供”系統，熱泵機組設計容量，按夏季標準工況制冷量采用160KW機組二臺。在廠家交貨前進行標準工況制冷量測試時發現每臺只有120KW/臺。比原設計配置減少了160*2-120*2=80KW，相當于25%的設備容量配置。2008年南方遭受了50年一遇的-1～-4℃冰凍期，這個先天性不足的容量配置系統，經受了嚴峻的實際考驗。標準工況制冷量為120*2=240KW的機組在低溫位熱源進水溫度為-5℃情況下，壓縮機自然衰竭要大于標準工況制冷量的25%，實際工況供熱量為90*2=180KW。在冰凍期期間，由于熱源塔熱泵低溫位熱源來源穩定，無霜運行效率高滿足要求，平均日輸出45℃生活熱水15噸，客房供暖溫度達到28～33℃，大堂供暖溫度達到24～26℃。熱源塔熱泵性能，在“低溫高濕冰凍期”就閉式熱源塔而言，只要保障溶液冰點濃度，在-5℃低溫位熱源，輸出熱水45℃情況下，機組的供熱性能系數COP不低于3.0(實驗室測試，傳統干式熱泵螺桿機組在給定-5℃低溫位熱源，輸出熱水52℃條件下，供熱性能系數COP不低于2.6)。
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