河北省部分地源热泵建筑应用典型案例赏析

      河北省位于黄河下游以北，地处东经113°27′-119°50′，北纬36°05′-42°40′之间，总面积18.8万平方公里。2017年末，全省常住总人口达到7519.52万人。

      河北省域内有高原、山地、丘陵，有平原，有湖泊、海滨。浅层地热能分布广泛，储量巨大，可用性强，应用前景十分广阔。有关研究表明，平原区浅层地热能容量为487.773x10^14千焦，折合标准煤166432.259x10^4吨；山间盆地浅层地热能容量为17.325x10^14千焦，折合标准煤5911.595x10^4吨。浅层地热能储量在全国名列前茅。

      近年来，河北省积极推进地源热泵建筑应用。现从河北省住房城乡建设厅征集的“可再生能源建筑应用”典型案例中，选取3个地源热泵建筑应用项目摘要如下：

      一、唐山冀东水泥股份有限公司办公楼水源热泵项目

      （一）工程概况

      将公司既有11层办公大楼、外宾招待所和会议礼堂原有分体空调拆除，采用新型高效水源热泵机组，利用公司自备电厂的冷却水做水源，建造中央空调系统。项目总建筑面积约9500㎡。末端采用风机盘管形式。

      （二）技术方案

      该项目夏季室温控制在25°C以下，冬季室温在20°C以上。冷、热复合指标分别按100和70W/㎡计，总的冷、热负荷为950和665KW。引入电厂的冷却水做热泵机组的冬季用热源水。冬季水温最低为22°C。按每小时50吨热源水水量，需提取9°C的水温，排水温度为13°C，热源水量可满足冬季采暖用。

      主机选用高效满液式水源热泵机组一台，在设计工况下性能如下：制热量1304KM/台，输入功率240KM/台，冬季空调进出水温为45-50°C，热源水排水温度按22-13°C，制热能效比5.43；制冷量955KW/台，输入功率192KW/台，夏季空调水进出水温为12-7°C，利用冷却塔辅助散热，制冷能效比5.18。

      满液式蒸发器机组是相对干式蒸发器而言的，其内部的制冷剂在蒸发器内走壳程。蒸汽从壳体上部排出，内部始终是液体间的换热，使得压缩机的容积效率有所提高，制冷量增大。

      系统设备基本数据如下：

      1.水源热泵机组（1台，满液式蒸发器）：LSBLGR-1200M；制热量1304KW，功率240KW，制冷量995KW，功率192KW。

      2. 空调侧循环水泵（2台）：SLS150-160；流量150m³/h，扬程32m，功率22KW。

      3. 冷却水循环水泵（2台）：SLS200-250；流量200m³/h，扬程20m，功率18.5KW。

      4. 全自动软水器（1台）：FY-2A。

      5. 软化水箱（1台）：4m。

      6. 冷却塔（1座）：流量200m³/h，风量13800m³/h，功率7.5KW。

      7. 电子水处理仪（1台）：处理水量145-210m³/h。

      （三）运营模式

      该项目由物业公司自行管理热泵系统。采用一台高效节能满液式水源热泵空调机组，满足夏季制冷和冬季采暖。冬季，在设计工况下，22°C的电厂冷却水经潜水泵被输送至热泵机组的蒸发器侧，被冷却成13°C后再输送回冷却水管中。夏季，因水温较高，需配置冷却塔系统。

      （四）运行效果

      该项目主机、机房附属设备、机房电气部分及安装系统总投资约330万元。该系统因夏季电厂冷却水温度过高，不易用作空调系统。冬季余热水温高，宜作理想热源。经测算，冬季运行费用为10.3万元，较市政管网供热年节约14.4万元，节能效果显著。

      二、保定市天河电子技术有限公司红外精密激光雷达产业化基地水源热泵系统应用项目

      （一）工程概况

      该项目位于保定高新区北部三期区域内，占地面积30760㎡，建筑面积26082㎡。项目功能为办公及生产车间。2010年8月开工，2013年3月竣工。

      （二）技术方案

      项目采用水源热泵方式为建筑提供所需的冷、热源。中央空调进行冬季供暖及夏季供冷，空调系统末端采用风机盘管，不设集中新风系统。空调水系统为双管系统，冬夏合用一套管路，定压补水装置设于水源热泵房内。

      冷热源均由水源热泵房提供，冷负荷指标76.14W/㎡，热负荷指标64.8W/㎡；设计冷负荷1930KW，热负荷1640KW。夏季空调设计冷水供水温度7°C，回水温度12°C；冬季空调设计热水供水温度45°C，回水温度40°C。

      系统设备基本数据如下：

      1.水源热泵（1台）：WCFXHP87R；制冷量2062KW，制热量2374KW，制冷输入功率308KW，制热输入功率438KW。

      2. 冷（热）水循环泵（4台）：KQL200/315-55/4；流量400m³/h，扬程32m，功率55KW。

      3. 潜水泵（4台）：200QJ100-60；流量100m³/h，扬程60m，功率25KW。

      4. 定压补水设备（2台，变频）：DFG40-160（1）/2/3；流量11.5m³/h，扬程32m，功率3KW。

      5. 软化水设备（1台），处理水量3m³/h。

      6. 旋流除砂器（1台），流量200m³/h。

      （三）运营模式

      该项目为企业自筹资金、企业独立运行管理模式，企业外聘管理人员操作运行，所有设备、系统的产权均为企业自有。企业制定了规范的运行管理制度，确保系统运行安全稳定。通过各项数据采集分析进行优化。

      数据收集。通过人工采集方式采集的数据为示范项目的基本信息，以及需要人工定期填写的监测数据（建筑基本信息、不能自动采集的能耗信息等）；通过自动采集方式采集的数据为监测指标，由自动计量装置实时采集监测数据，通过自动传输方式实时传输至市建筑能耗监测平台。

      运行维护。该水源热泵中央空调系统投入使用后，为保证水源热泵机组系统的持续正常工作，应根据设备系统情况准备运行工作，并按照计划进行日常的运行管理。系统的维护包括水源热泵机组、冷冻水泵、深水井、附件的维护。

      （四）运行效果

      通过对该项目水源热泵系统夏季和冬季运行工况的测试和分析，得出如下系统运行监测数据：

      测试期间在室外气候条件下，夏季抽测区域的供冷保证率为100%，冬季抽测区域的供热保证率为100%。

      测试期间在实际运行工况下，抽测热泵机组在夏季的制冷平均性能系数为5.55，热泵系统制冷平均性能系数为3.77；热泵机组在冬季的制热平均性能系数为5.22，热泵系统制热平均性能系数为3.58。

      实施效果：年节约标准煤86.25吨，减排二氧化碳213.04吨，减排二氧化硫1.73吨，减排粉尘0.86吨。年节约费用13.05万元，静态投资回收期为8.92年。

      三、承德市双桥区大石庙镇石门沟村污水源热泵项目

      （一）工程概况

      石门沟村于2008年7月列为双桥区城中村改造范围。占地面积133亩，分别于2007、2009、2010年征为建设用地。已建成多层楼房7栋，总建筑面积43000㎡。采用污水源热泵采暖技术，满足石门沟村小区住户冬季采暖需求。

      （二）技术方案

      该项目利用承德市污水处理厂处理后的中水，通过地下管道引至项目机房污水提升井，经污水源热泵提取5°C温度后，回馈到污水处理厂原出口。供暖面积43000㎡。这一项目，填补了承德市冬季取暖方式的空白。

      该系统设计采用“二级中水污水源热泵系统”型式为建筑提供供热服务。43000㎡住宅楼建筑设计热负荷指标60W/㎡，则热负荷为2580KW。末端系统采用暖气片供暖方式，设计采暖供回水温度为60/50°C。

      利用污水处理厂排放的二级污水通过管道引至热泵机房，经热泵机组提取温度后再通过管道排放至污水处理厂总排水管道；热泵机组所提取出的热量再利用管道循环水泵为末端建筑提供热源。该系统根据天气变化情况，利用设置时段自动控制运行模式。

      系统设备基本数据如下：

      1.热泵机组（2台）：BSBL-1200G；制热量1270KW；输入功率446KW。

      2.系统循环泵（2台）：DFW250-400B/4/5；流量450m³/h；扬程38m；功率75KW。

      3.水泵（2台）：250QJ160-42；流量160m³/h；扬程42m；功率30KW。

      4.电子水处理仪（1台）：HD-10；流量590m³/h。

      5.高效过滤器（1台）：MZG-10A；流量500m³/h。

     6.定压补水装置（1套）：NZG-1400；单灌体双泵；流量16m³/h；扬程85m；承压1.6MPa。

      7.软化水装置（1套）：MT5；工作流量5m³/h。

      8.补水箱（1个）：4m³；玻璃钢拼装。

      9.智能控制柜（1台）：PLC编程智能控制。

      （三）运营模式

      承德市系全国可再生能源建筑应用示范城市。该项目作为承德市首个应用污水源热泵技术进行采暖的示范工程，符合国家项目建设补助规定，给予每平方米建筑补贴40元，共补贴172万元，不足部分以剩余建筑物抵顶。相关设备产权自验收之日移交村委会管理。

      该项目由污水源热泵生产厂家负责系统设备安装、调试、技术培训指导，以及售后维修保养服务并交付使用，系统的运行管理均由村委会组织统一管理，包括热泵机组运行、热泵机房日常维护保养、取暖费的收取工作等。

      （四）运行效果

       由河北省建筑科学研究院的检测报告得知：根据对石门沟污水源热泵系统冬季运行工况的测试分析，测试期间在室外气候条件下，所抽查房间的室温都在18°C以上，满足要求；测试期间，在实际运行工况下，所抽测地源热泵机组的制热性能系数为3.72，热泵系统的制热性能系数为3.10。

      该项目热泵系统冬季采暖消耗1629313.7KWh，当地价格按0.52元/KW.h计算，城市集中采暖面积按24.0元/㎡计算，该项目年节约取暖费用18.5万元。年常规能源替代量298.1吨标准煤，二氧化碳减排量736.3吨，二氧化硫减排量5.96吨。(来源：《地源热泵》杂志)

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