地源热泵系统与风冷热泵系统方案比较

【摘 要】 随着越来越多的地源热泵系统在江南地区不断推广，地源热泵系统被江苏省节能审图中心推荐的三大节能系统之一，因为被推荐与人们主动去选择是两个不同概念，本文通过常州的一个项目的分别采用地源热泵系统和风冷热泵的方案进行了初投资和运行费用比较，让人们对地源热泵的环保节能进一步认识加深。

【关键词】 地源热泵 风冷热泵 节能 环保 热回收

0 引言

地源热泵空调系统的技术经过国内多年的发展，在2009年达到最高峰，地源项目越来越大，从事地源热泵行业的人员越来越多。国家早在2005年就出台了中华人民共和国国家标准GB50366-2005地源热泵技术规程，2009年又进行了改版和补充。江苏省也因地制宜，出台了DGJ32/TI89-2009江苏省地源热泵技术规程。任何技术从国外传到国内总会变得大型化、复杂化，系统选取要因地制宜。地源热泵在夏季可以免费制取生活热水，冬季也可轻松制取生活热水，是节能的体现，并实现一机三用；即节能又环保。地源热泵系统跟江南地区传统的风冷热泵系统相比具有那些特点，哪里值得推荐，本文列举常州某工程方案选取，通过初投资和运行费用比较，让大家对地源热泵系统特点进一步认识。

1 工程概况

该项目就位于江苏省常州市武进区，中央会所（包含文化中心、健身中心、生活服务中心）建筑总面积约为13000m2，生活用热水量统计量见附表1。

统计得出，淋浴日用水量约为7000L，水池日用热水量约为33m3，泳池容积为421m3。

2 设计参数

（1）夏季空调计算干球温度34.6℃，（2）夏季空调通风计算温度 32℃，（3）冬季空调计算干球温度-3℃，（4）冬季空调计算湿球温度 -5℃，（5）最大冻土厚度8CM，（6）夏季室内设计温度24～28℃，（7）冬季室内设计温度18～22℃，（8）游泳池容积： 421m3，面积为312m2，池水温度26～28℃，设定平均温度27℃，室温28℃，（9）淋浴等日用热水量和温度：7000升（50℃），（10）洗浴中心水池总日用热水量和温度：33m3，40℃。

3 设计负荷

3.1 建筑负荷

该项目采用指标法冷负荷120w/m2的指标，热指标80w/m2进行计算。建筑总冷热负荷见附表2。

3.2 生活热水负荷

（1）泳池用水负荷：

1）一次性冲击负荷（初次充水或换水）

以冬季的工况计算，自来水温度取最低值：6℃；换水周期24-48小时，本项目取24小时（即使用或换水时提前一天开启机组进行加热）。则：Ph=1.15×V×（t2-t1）×1000/（860×40）=1.15×421×（28-6）×1000/860×24=511.05kw。

2）日经常负荷：

弥补散热损失负荷：当池水水温为27℃，室温为28℃时，查手册表1得每平方米的池水散热量为372W/m2；小时散热负荷Ph1=312.5×372/1000=116kW；日散热负荷为Qh1=116×24=2784kW。

3）补水补热负荷：以每日补水量为5%的池容积计，冬季工况冷水温度为6℃时，小时补水补热负荷Ph2=[V×B×1000/24×（t2-t1）/860×0.95]=421×0.05×1000×（28-6）/（24×860×0.95）=23.62kW，日补水补热负荷Qh2=Ph2×24=23.62×24=567kw

该游泳池日使用热负荷为：∑Qh1=Qh1+Qh2=2784+567= 3351kW。

（2）洗浴中心用热水负荷：

1）淋浴等用水量及日用热负荷Qh3：淋浴日用热水量7000升/日（50℃），设小时最大流量为1/3的日用热水量（每场次用水量），Wh=V/3=7000/3=2333升/小时。日用热负荷Qh3=V×（50-6）/（860×0.95）=7000×44/817=377kw；

2）洗浴中心用热水负荷Qh4：日用水量33000升/日（40℃），初始水温设定为最低温度6℃，一日换水一次：日用热负荷Qh4=V×（40-6）/（860×0.95）=33000×34/817=1373kw；

3）该洗浴中心日使用热负荷为：∑Qh2=Qh3+Qh4=377+1373= 1750kw。

（3）本项目总日用热水负荷为：∑Qh=∑Qh1+∑Qh2=3351+1750= 5101kW，按8小时加热，平均每小时负荷：5101/8=637.6kw。

（4）水箱选取：选取10m3水箱一个用于泳池水温平衡和洗浴中心与更衣室淋浴设施，选取20m3水箱一个用于洗浴中心水池用水。

4 方案配备

4.1 地源热泵系统

（1）地埋管换热量选取（项目的热响应测试结果见附表3）

根据本项目的测试报告选取单UDe32，夏季排热量取52w/m，冬季取热量取42w/m。埋管深度100m，孔径150mm，孔间距暂按4m进行计算。

（2）地埋管个数：

夏季总冷负荷：1560kw。

冬季总热负荷：1677.6kw。

地源热泵机组夏季性能系数为：6.4，冬季性能系数为：5.1。

最大释热量：Q1=夏季总冷负荷×（1+1/6.4）=1560×1.156 =1803kw。

最大吸热量：Q2=冬季总热负荷×（1-1/5.1）=1677.6×0.8 =1342kw。

按夏季最大释热量计算钻孔个数：1803×1000/100×52=346个。

按冬季最大释热量计算钻孔个数：1342×1000/100×42=320个。

以满足最大钻孔个数，按夏季钻孔个数进行布孔，本项目钻孔个数需要346个。

（3）机组选型：（见附表4）

主机选用半封闭螺杆机组，压缩机数量2台，由于本次热水用量较大，换水较频繁，为保证夏季空调运行期热回收期，缩短加热时间，选用全部热回收机组。

（4）水泵选型（见附表5）

4.2 风冷热泵系统

（1）机组选型（见附表6）

主机选用螺杆式风冷热泵机组，全热回收型机组，机组冬季辅助加热装置，单独辅助加热功率2kw。

（2）水泵选型（见附表7）

5 初投资比较（地源热泵系统与风冷热泵系统比较见附表8）

6 运行费用比较（地源热泵系统与风冷热泵系统见附表9）

由上表可以看出，平均一年每平方约23.8元（含热水），使用地源热泵跟风冷热泵每年的运行费节约为16万元。地源热泵的初投资比风冷热泵高出90万元。如果使用地源热泵的话：90÷16=5.6年，大约5.6年就能把多投资的部分节省下来，往后使用就能比风冷系统节省16多万元。（每天使用时间越长越节省费用，如果全天候使用空调的话，不到两年即可把多投入的收回。）

7 优缺点的比较

7.1 地源热泵

优点：①由于地源热泵是以土壤作为换热介质，换热效果优良，且供暖无需化霜处理，不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。所以运行使用效果极佳。②主机体积小，不用考虑排气顺畅等问题，主机安装有利于环境美观设计。③不论制冷制热能效比都高于其它空调，且系统运行稳定，不随室温变化而变化，比风冷热泵节能30%以上。

缺点：①受建筑物周边场地与土壤情况因素制约。②初投资成本相对较高。

7.2 风冷热泵

优点：①利用屋顶空地放置风冷热泵机组，既减少了土地使用。②技术成熟，维护简单，造价相对地源热泵便宜。

缺点：①风冷热泵会因环境温度变化，制热或制冷的效率及能力均不同不够稳定。如冬季气温寒冷需要增加电辅热功能，运行成本增加，有热导污染，不利于环保。②屋顶设置机组的话需要考虑楼层的承重，土建投资相对增加。

8 结语

通过分析比较，风冷机组和地源热泵机组在夏季运行时都可以通过热回收功能免费制取在50℃左右的生活热水，运行季节时机组免费制取生活热水，冬季采暖季节及过度季节时，打到供热状态，但是由于地源热泵的能效比高于风冷热泵，加上地源热泵的运行费用远低于风冷热泵（在极端天气下风冷热泵制取热水还需开启电辅助加热，更增加风冷热泵的运行费用），所以显而易见：在相同天气条件下制取相同温度和体积的热水，地源热泵的费用将远远低于风冷热泵。

结合建筑物周边土地情况，会所中心西北角及人工湖的空地可以满足地埋管面积，土壤条件也完全达到使用地源热泵的条件。尽管地源热泵的初投资比风冷热泵高一点，但是考虑到地源热泵机组使用寿命比风冷热泵长10年左右加上运行费用低30%，从长远来看采用地源热泵更具有经济性。

参考文献：

[1]GB 50366-2005.地源热泵系统工程技术规范[S].

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]GB 50019-2003.采暧通风与空气调节设计规范[S].

[4]GB 50189-2005.公共建筑节能设计标准[S].