水源熱泵在辦公大樓中的應用

水源熱泵在辦公大樓中的應用

       某研發基地可建用地580畝，利用廢坑塘注水造水面約150畝。建筑規模9.5萬平方米，主要用途為科研、開發、倉儲、辦公用房及實驗住宅等配套設施，大致分配比例為：研究與開發-建筑面積10萬平方米，實驗住宅-3萬平方米，公建-0.74萬平方米，市政-0.22萬平方米。根據基地實際情況及院有關部門的意見，考慮環保要求，擬利用地表水水源熱泵系統進行供暖和供冷。項目采用集中的大型水-水水源熱泵機組+風機盤管的形式。根據規范，北京地區的空調室外計算參數如下：

　　年平均溫度11.4℃

　　冬季空調室外計算干球溫度-12℃

　　冬季通風室外計算干球溫度-5℃

　　冬季空調室外計算相對濕度45%

　　夏季空調室外計算干球溫度33.2℃

　　夏季通風室外計算干球溫度30℃

　　夏季空調室外計算濕球溫度26.4℃

　　研發基地建筑物的室內設計參數初步定為：

　　夏季室內設計溫度為25-27℃，室內相對濕度小于60%；

　　冬季室內設計溫度為18-20℃，室內相對濕度不做要求。

　　初步估算本工程設計冷負荷指標約為100W/㎡，設計熱負荷指標約為50W/㎡，按照一期10萬平方米計，同時使用系數定為0.9，則合計空調系統冷負荷為9000、kW，熱負荷為4500、kW.假定水源熱泵機組制冷工況下的C.O.P.值約為4.3，制熱工況下的C.O.P.值約為2.6，則地表水在制冷工況下需帶走的熱量為11093、kW，在制熱工況下需提供的熱量為2769、kW，。

　　根據《研發基地簡介》，廢坑塘注水造水面約150畝，水深平均為3.5、m，該水體的總蓄水量為3.5×105、m3.考慮基地的夏季空調每天運行12小時，每天向水體的散熱量為Q=11093、kW×12h×3600=479×106kJ.水體的溫升為Q/CM=479×106/（4187×3.5×105）=0.33℃。以換熱器5℃溫差考慮，帶走11093、kW熱量所需水流量為：G=0.86×11093×1000/（1000×5）=1908、m3/h，整個水體全部循環一次約需175小時，約合7天左右。由此可見夏季水體溫升很小，考慮到水體與空氣和大地熱交換，水體溫升則更小甚至可以忽略。

　　而基地冬季空調要以每天運行24小時考慮，冬季每天從水體提取的熱量為Q=2769、kW×24h×3600=239×106kJ.北京地處寒冷地區，地表水會結冰，結冰期冰層厚度以較為保守的100cm考慮，則水深平均降為2.5、m，該水體的總蓄水量為2.5×105、m3，水體的溫降為Q/CM=239×106/（4187×2.5×105）=0.23℃。以換熱器2℃溫差考慮，帶走2769、kW熱量所需水流量為：G=0.86×2769×1000/（1000×2）=1191、m3/h，整個水體全部循環一次約需210小時，約合9天左右。由此可見，與夏季相比冬季水體溫降更小，所需水量與水塘能夠提供的有效水量相比也是較小的，考慮到水體與空氣和大地的熱交換，水體溫降則更小甚至可以忽略。

       考慮到冬季有可能出現持續低溫，水量減少，導致水體溫度過低，水量過小的極端情況，為保證這種情況下的正常供熱，需考慮采用輔助熱源提升熱泵機組冷凍水的溫度，根據該基地的實際情況，輔助熱源可以考慮采用燃氣鍋爐的形式，以最極端的條件，即地表水已經完全不能提供熱量，所有熱量均由燃氣鍋爐提供，鍋爐的供回水溫差以25℃考慮，則鍋爐生產的熱水帶走2769、kW熱量所需水流量為：G=0.86×2769×1000/（1000×25）=95、m3/h.。

       根據初步估算，采用地表水水源熱泵系統供暖氣其運行費用為22.1元/㎡，低于燃氣鍋爐房供熱價35元/㎡.整個基地年節省運行費用約186.2萬元。