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中央空調熱泵冷熱源方案淺析內容

12-05 14:12:54  瀏覽次數:285次  欄目:暖通空調
標簽:暖通空調設計規范,暖通空調設計, 中央空調熱泵冷熱源方案淺析內容,http://www.nvlbio.live

  摘要:冷(熱)源來源經濟與否直接關系建筑物空調的初投資與綜合運行費用。本文以實際設計方案為例,對不同制冷機冷源與熱泵熱源來源方案進行了綜合性經濟分析、比較,從而得出結論:用“熱源塔熱泵”系統可實現冷暖空調衛生熱水三聯供,的確是一個經濟合理的方案。

  熱源塔熱泵夏季為高效水蒸發冷卻熱回收制冷機,可以向酒店免費提供衛生熱水和桑拿熱水;過度季節制取衛生熱水時產生的冷量可供餐廳、娛樂及多功能廳空調免費利用;冬季熱泵的低品位熱源來自高效寬帶無霜熱源塔系統,可有效地保障熱泵供暖及衛生熱水所需要的低品位熱源。

  在無鍋爐等輔助熱源條件下,熱源塔熱泵經受住南方五十年一遇的冰凍期考驗,室內供暖溫度達到30℃,熱水45℃以上。系統運行可靠維修量小,這種無需設計鍋爐、水源和地埋管等輔助熱源系統的熱泵,初投資經濟合理,室內外機械設備綜合占地面積都比較小、節能效果明顯,以及對周圍環境影響符合國家環保標準的空調冷(熱)源來源方式,值得和大家交流探討。

  關鍵詞:熱源塔;冷(熱)源;熱源塔熱泵

  1.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。

  2.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。

  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?諝鉁囟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)?諝庠礋岜迷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=3800KW  δ=0.53  R=500KW  Q=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。

  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。

  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?照{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)。

  系統性能 熱源塔熱泵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。由冷熱源吸收設備——閉式熱源塔和低位熱源提升設備——低熱源熱泵組成。環境空氣溫度高于1.5℃以上時屬于無霜運行期,環境空氣溫度低于1.5℃以下時累計時間約10天左右,為防止零下溫度濕空氣遇蒸發器結霜,系統負溫度防霜系統自動噴淋環保防凍溶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,保障了熱源塔熱泵在最惡劣工況下0~5℃供熱性能系數COP值不低于3.2.系統初投資 冬季酒店供熱需求量為2500KW,選擇熱源塔熱泵方案,容量應按實際供熱能力確定為:Q=Q0.δ+R  Q0為設定的標準制冷量、δ為實際供熱系數、R為輔助熱源;

  Q0=3450KW  δ=0.75  R=0KW  Q=Q0.δ+R=3450×0.75+0=2587KW設計采用標準供熱量為3450KW熱泵熱水機組,能夠滿足制熱最不利工況下供熱。系統應采用滿液式螺桿壓縮機組,熱源塔熱泵及冷(熱)源初投資方案為445萬元左右。

  小結:混合源地源熱泵冷(熱)源與初投資710.00萬元左右;空氣源熱泵方案初投資為716.00萬元左右;熱源塔熱泵及冷(熱)源初投資方案為445.00萬元左右,是三個空調方案中最低的。

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