水源热泵与未利用能

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1、水源热泵与未利用能在全国的总能耗中，民生用采暖、空调耗能比例逐年增长。目前，采暖、空调存在能效低、恶化城市大气环境质量等问题，以低温、空调方式，具有耗能少，不污染利用方式，如水源热是一种较理想的采暖、空调方式，具有耗能少，不污染环境等优点，符合可持续发展的要求。中国工程院能源与矿业学部，东北电力集团总工黄其励院士提出了关于城市小区热、电、冷三联供技术咨询项目。通过实验论证了以热电厂冷却循环水、矿井水为热源的水源热泵采暖空调系统的可行性，经济性和节能性；提出了发展热、电、冷三联供的咨询报告。一、未利用能及利用方式未利用能指的是还没有利用的能，它不等同于余热、废热。表1 为未利用能的分类。未利用大

2、至分为自然类和城市基础设施（人工类），若按温度高未利用能的分类表 1能源温度分类自然类地热中温 - 高温温泉中温河水、海水、湖水、地下水低温城市基础设施（人工类）清扫工厂、工业废弃物、下水污泥高温工场、发电厂低温 - 高温下水、变电站地下送电电缆、地下铁 地下室、冷冻仓库、游泳池冰场、公共浴室低温低区分，可分为低温、中温和高温。低温指的是数C40c接近环境温度的热源，可利用的能量是温差显热。中温是从数拾的燃烧气体等的热源，可利用发生蒸汽的潜热。图 1 表示低温热源的利用方式。民用设施上利用低温热能的方式大致分为，（a）热泵，（b）直接利用，采暖、生活热水需要40c以上温度的热能，因此，必须采用

3、热泵，除使用制冷机（或热泵）制冷之外，直接将冷水流过空气冷盘管也可实现制冷，此时，由于冷却盘管出日空气的温度为1619，因此，可利用的最高温度为15 一 18，它比空调用冷水（5 一7）高，其除湿能力较小，为了扩大低温热的利范围，在使用热泵的条件下，有时还必须投入补助能源。因此，评价其节能效果时，不仅要了解贮存热量的多少，还应符合热力学第二定律。图 2 表示直接或间接利用中温热进行采暖、生活热水的方式，制冷使用吸收式制冷机。利用中温热能时，贮热量直接和一次能的减少率相关，因此，仅用热量就进行评价。图 3 表示垃圾焚烧：热等的高温热能利用方式。即，首先利用高温高压蒸汽发电，然后，直接或间接地利用

4、抽气或排气蒸汽进行采暖、行活热水和空调。地球环境问题，城市大气环境污染问题，能源供应不足问题等可持续发展促进 了国家和各级政府关心、重视未利用能源的问题。随着经济发展和人民生活水 平的提高，民用能源的需求量不断提高，大部分民用能源并不要求高温热源。 这就为未利用能源的利用提供了机会。 现在，未利用能源的利用是大家经常讨论的课题、国家的有关法律，如节能法 都予以支持、鼓励。 二、以电厂冷却循环水为热源的水源热泵采暖空调系统。1、水源热泵系统 水源热泵是一个双管封闭的水系统，并联连接住宅建筑中每户的热泵机组，从 而构成一个中央采暖和空调系统。这个水源热泵系统的理想正常运行温度（指热泵进水温度）为1

5、5到35之间。冬天，如果水源的水温低于15时，则必须由辅助和热器向系统加入热量，以维持水温达到最低温度15。反之在夏季，当水系统水温升达35以上时，多余的热量需要通过排热设施或冷却塔排放到室外。综上所述，水源热泵空调系统一般由开式冷却塔、换热器、双管封闭水系统、热泵、循环和补助热装置等组成。2。电力大厦采用水源热泵空调系统的有利条件及优越性大连发电总公司拟建电力住宅大厦，是由发电总厂、大连电业局、东电二公司和大连电力工业学校四家联合投资共建。占地面积约为 2880 平方米，距发电总厂约 6oo 米，地下两层，地上三十层（三层以下是公建，四层以上为住宅）。住宅总建筑面积44000 平方米，公建8

6、000 平方米，地下部分2000 平方米。有利条件大连地区气象条件：冬季采暖室外计算温度一11，采暖期 131 天，采暖期室外平均温度一14。夏季室外空调计算温度28.5，空调期约为90 天。电力住宅大厦室内气象条件：冬季，室内温度18，相对湿度40 一 50%；夏季，室内温度26，相对湿度60 一 70%。大连第一发电厂循环水温度统计值见表2。从表中可知，冬季以循环水出口水为热泵供水，夏季则以循环水人口为热泵供水一表 2 大连第一发电厂循环水温度统计值项目1月2月7月8月9月入口水温25.72527.631.729.1出口水温c34.4 32.4 37.238.936.8由于大连发电总厂冷却

7、循环水冬季（ 11 月、 12 月、 1 月、 2 月）水温约25，热泵冬季运行时，可以用循环水作热源，水设辅助加热装置；夏季水温约为30，低于热泵机组要求的35，故夏季运行时，也可以不设冷却塔。优越性A、可降低供热空调系统初投资。由于系统采用电厂冷凝循环水作为水源热泵的热源，水温在热泵系统需要的正常范围之内，与一般的水源热泵空调系统相比，可不设冷却塔和补助加热装置，初投资约降低10。B、节约了采暖耗能节能的原因在两方面，一是冬季循环水温约保持在25，这样热泵机组的COP值稳定在 4. 2 （当 EWT25c时，cop=2.7/0.64=4 . 2;当 EWT=15时，cOP=2.2/0.6=

8、3 . 6） c0P值较高且稳定，说明节能好，二是不需辅助热源，节能量的计算见表3：表 3 水源热泵与热电联产运行经济性比较方案采暖期需热量（ Kwh/m2a）采暖期需热量（Kg 标煤 /m2a）节煤量（Kg 标煤 /m2a）水源热泵99.63 9.7热电联产99.6315.4电力大厦4. 2万m2每年节煤量为239t标煤/a。C、降低运行费用水源热泵运行费用是由热泵机组用电费，循环水系统电费，维修费和管理费组成。其运行费为14元/m2.a,而热电联产每年每m2收18元/m2因此水源热泵年节约运行费为4元/m2.a,电力大厦年节约运行费16. 8元/a。D占地少，主要表现：不设空调机房，不设竖

9、井，不占居室平面面积。E、安装、维修方便，调节控制简便易行。3、水源热泵模拟运行的测试与分析为考证热泵特性及制热、制冷能否满足需要，大连总厂于 98 年 12 月刀日至 2月 3 日和 99 年 7 月 20 日至 8 月 4 日在厂内新建综合楼专设热泵试验房间，分别进行了热泵特性模拟试验。对热泵采暖、制冷8 项性能指标进行测定。试验房间位于三楼西侧，在容积为 6. 95 x6. 35x3.15m2的室内安装了一台HW/二123R型水源热泵，循环水热源利用供暖水经表面式加热器换热，使供水度加热至 20-23.5 ，以模拟设备冬季运行的实际条件；夏季，有工业水（水温在18）作为循环水。热泵由一台

10、流量0 6m3 h 循环水泵，保持该水加热系统的运行。冬季采暖期共运行了 331 小时（最大不间断连续运行72 小时），夏季制冷过行 72 小时。对整套系统进行了全测试，并对测试数据进行分析。测试结果说明：（1）供热能力：计算的试验房间设计热负荷为3057VV试验期间，冬季室温为18，夏季室温为26C,冬季水源热泵CO次4. 00（ 2） 经济性（见表4）（ 3）节能性（见表4）表 4 水源热泵的经济性、节能性1Kwhtt热量运行费1Kwhtt热量耗能水源热泵（供热）0.122 元/1Kwh0.105Kg 标煤 /1Kwh低温循环（供热）0.181 元/1Kwh0.154Kg 标煤 /1Kwh

11、从表4可知，电力大厦采用水热源泵供热后，每1m2每采暖期约节约运行费5元，节标煤5gk。噪音为4155分贝，室内中间距热泵1. 5m处为37-42分 贝，均低于住宅建筑设计规范的规定值50 分贝。三、以矿井水为热源的水源热泵采暖空调系统充州隆庄矿是我国先进矿区之一，设计年产煤量 3m万吨。实际年产煤已提高到 500万吨。矿区有丰富的地下水，现建有水井 18座，取水量26717,m3/d,水 温：冬季15，夏天19，水质可饮用。矿区的矿井水也十分丰富，水温19。现己投资lm 万元对矿井水进行水质处理。兴隆矿拟对十八层单身职工公寓和新建三角地住宅小区实施联供方案，由单纯供暖改造成热冷联供。为提高工

12、程的技术经济先进性和运行可靠性，咨询组共提出四个方案进行比较，见表5，比较结果见表6。表 5 采暖空调方案比较 序号方案 采暖空调方式备注方案 1 以地下水为热源的水源热泵（水- 空气 ）, 冬天：热泵产生热风送至户内夏天：热泵产生冷风送至户内每户设热泵一台将风送至各房间方案 2以地下水为热源的水源热泵（水-水）冬天：热泵产生热水送至风机盘管夏天：热泵产生冷水送至风机盘管 热冷源集中、每户设风机盘管方案 3+电厂采暖冬天：热电厂蒸汽+汽气换热器夏天：中央空调机送冷水至风机盘管热冷源集中、每户设风机盘管对比方案分体空调+锅炉房采暖冬天：锅炉房（热电厂）供热、户内散热器夏天：每户安装分体空调机热源

13、集中、冷源分散、空调品质较差表 6 备方案综合比较方案项目单位供热（冷）量的能耗（ kg 标煤 /m2 年）单位供热（冷）量的系统投资（万元 /kw）单位供热（冷）量设备全年运行费（万/kwh）方案 10.0570.414 （进口）0.07方案 20.0570.053 （进口）0.415 （国产0.07方案 30.1330.421对比方案0.1480.4550.11兴隆矿实施水源热泵采暖空调方式，以方案为最佳。虽然方案：水源热泵（水一空气）和方案2 水源热泵（水一水），都是在技术与经济可采用的方案，但方案 2 中大型热泵是一种集中冷（热）源的方式，目前，国内尚元大型水源热泵厂家，进口设备较贵，

14、而国产水源热泵系列不全，单台容量较小。只能将多台设备集中放置机房时，才能形成中冷（热）源形式，这给安装运行维护均带来不便。采用方案1 无论是从单位供热（冷）量所需能耗，还是从投资和运行费上看都具有明显优越性。其中进口热泵机组的价格与方案 2 中的国产投资相近，但比方案2 进口设备造价得多，且不要另建机房”因此推荐十八层单身宿舍角地住宅小区采用方案：作为实施方案。至于两个分工程用什么水源作为热泵的冷（热）源，需根据三种水源的施工方便及水量保证情况，灵活选择。目前，业主已按方案1 进行设计。四、小结从以上叙述可知，利有用未利用能进行民生用采暖、空调的热源是可行的，与其它采暖、空调方式比较，这种方式具有明显的经济效益、节能效益和环境效益，在有条件的地方，应积极宣传和推广。在表1 的未利用能项目中，有许多适合作采暖、空调热源的种类。为此，希望继续开发，在更大的范围内使用未利用能，为空调、采暖、供热的可持续发展作出更大的贡献。本文叙述内容、计算数据可能有误，请批评指正。参考文献1、成田树昭关于寒冷城市未利用能和区域供热的研究2、黄其励等关于城市小区热。电冷三联供技术的研究1 ” 9 123、大连发电厂综合楼循环水水源泵试验报告1999 ， 9