導語：中央空調熱泵冷熱源方案探究論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

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。空氣溫度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）。空氣源熱泵在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=3800KWδ=0.53R=500KWQ=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。空調面積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+RQ0為設定的標準制冷量、δ為實際供熱系數、R為輔助熱源；

Q0=3450KWδ=0.75R=0KWQ=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。

3.不同冷（熱）源熱泵方案能耗比較在對方案進行綜合經濟性比較時，首先應注意比較基準的基本一致。

應用相同設備檔次、能源價格等基準條件進行比較，才能保證比較結果的科學性和合理性。對比方案全部采用滿液式螺桿機組。

4.不同冷（熱）源熱泵方案選擇與確定

4.1混合源地源熱泵方案最初的設計方案是采用地下水源熱泵機組，由于項目建筑紅線建筑范圍內，場地基礎地質巖體廣布，地質構造復雜，經水文地質勘測找不到足夠的地下水源來作為熱泵系統的冷（熱）源，而地源土壤源打孔費用和機組造價高達710.00萬元左右，對比熱源塔熱泵節能空調系統增加初投資265.35萬元，年支付貸款利息為27.76萬元，全年節能回報只有5.85萬元左右。且本項目又處在市中心，沒有足夠可利用的空地打孔。因此，地下水源、地下土壤源冷（熱）源方案雖然節能，沒有成熟可靠的條件使用。更何況節能費用尚不能抵消增加的初投資貸款利息。

4.2空氣源熱泵方案在地源熱泵方案被否定后，考慮采用空氣源來作為來作為熱泵系統的冷（熱）源方案。夏季，空氣源熱泵的冷源來自空氣冷卻，空氣源動力風機的噪聲也會對周邊環境及酒店自身產生影響，冷卻效果受“高溫酷暑”環境溫度影響，最惡劣工況時能效比只有EER=2.5左右，比水蒸發冷卻增加了近一倍的能耗。冬季，空氣中低位“潛熱”含量高，空氣源熱泵因構造缺陷不能有效地利用低位熱源，結霜降低機組換熱效率，而除霜既要耗能又影響連續供暖能力；當室外溫度過低，會使機組保護停機不能正常工作，即使可以工作，其效率也很低，影響酒店的正常經營。而其空氣源熱泵螺桿機組造價高達716.00萬元左右，對比熱源塔熱泵節能空調系統增加初投資271.65萬元，年支付貸款利息為28.4萬元，全年能耗對比其它節能空調系統增加71.27萬元左右。

4.3熱源塔熱泵方案經慎重考慮科學論證后，最后提出一種介于水冷卻制冷機節能與無霜空氣源熱泵之間的組合制冷與熱泵系統。經多方面研究與網上市場調查了解到，熱源塔熱泵可有效地解決了地下水源熱泵無水源，地源土壤源熱泵造價高，傳統風冷熱泵夏季制冷能耗高、冬季供熱翅片換熱器易結霜降低換熱效率、化霜耗能等問題，造成供熱能耗高。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，經受住南方五十年一遇的冰凍期考驗，客房供暖溫度達到30℃、熱水45℃以上。熱源塔熱泵冷、暖空調和熱水三聯供一機三用，無需輔助熱源，節能環保、高效，且初投資合理，熱源塔熱泵冷（熱）源系統造價為445.00萬元左右，與其它熱泵方案對比如下：

①對比混合源地源熱泵方案減少初投資265.35萬元，減少年還貸利息27.76萬元，能耗增加5.85萬元，實際比混合源地源熱泵方案年減少21.91萬元的費用。

②對比空氣源熱泵方案減少初投資271.65萬元。減少年還貸利息28.41萬元，年節能耗減少71.27萬元左右，實際比空氣源熱泵方案年減少99.68萬元的費用。

5.結論

通過對不同熱泵及冷（熱）源系統方案進行的綜合經濟分析不難看出，熱源塔熱泵冷（熱）源系統作為大中型建筑物（特別是酒店服務業）中央空調系統的冷（熱）源具有明顯的初投資低、節能和性能穩定優勢。不受區域地質及自然環境的限制，在氣候適宜的長江流域以南地區可在冬、夏過度季節共用，省去了鍋爐設備、水源和地埋管等輔助冷（熱）源系統，符合我國南方地理情況。一機三用，設備利用率高。

熱源塔熱泵夏季制冷具有比冷卻塔更好的冷卻效果，較低的風速令人滿意的降低了噪音；冬季熱源塔由于采用了寬帶小溫差傳熱設計，吸取低品位熱源能力比窄帶空氣源熱泵換熱器結霜溫度下降了5～6℃，減少了85%的結霜機率。在環境負溫度運行期間，設計有噴淋防霜系統以及旋流汽液分離消噪系統，有效地控制了對環境的污染。

熱源塔熱泵系統全年可比混合源地源熱泵系統年節約綜合運行費用11.6%左右，減少初投資265.35萬元；比空氣源熱泵年節約綜合運行費用61%左右，減少初投資271.65萬元。因此，熱源塔熱泵系統在氣候適宜的長江流域以南地區大中型建筑中可以廣泛地應用。