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摘要:本文以大连某生态住宅小区的建筑单体为例，进行建筑冷热源及空调系统方案比较，得出采用海水水源热泵系统结论，并分析海水水源热泵系统的技术指标及关键技术实施要点，充分利用了可再生能源，实现节能住宅理念。
关键词:冷热源；海水水源热泵系统；空调方案
1 引言
水源热泵和太阳能利用早已被公认为“绿色能源”方式，考虑二者的有机结合使用以及对海水资源的利用以缓解大连市淡水缺乏现状，小区的冷热源及空调系统将实现节能与环保的高度完美结合。小区的建成将会成为具有代表性的海水源热泵系统与太阳能系统综合利用示范小区。
2 小区供暖、空调负荷概算
为了正确选择各房间水源热泵机组或者集中式水源热泵机组的大小和合理地确定系统环路水温的控制范围，在规划和单体设计均确定后的初步设计阶段不仅应采用空调动态负荷计算方法，计算各空调房间夏季设计日的最高小时冷负荷和冬季设计日的最高小时热负荷，而且还应计算出各空调房间全年逐时冷、热负荷值。
本论文为可行性研究，因此根据以下条件估算小区冬夏季负荷，进行方案的初步分析和比较：规划小区未来住户为300户，按每户3人计，小区未来住户约为1000人。小区居住面积和公共建筑面积可按每户250～300m2算，可得建筑面积约为75000～90000m2。
根据建筑节能规范要求及大连市当地气候条件，夏季空调负荷按20～40W/m2，冬季供暖负荷按20~30W/m2。为安全起见，小区总建筑面积按90000m2概算。根据集中供应热水时的65℃热水用量标准，概算小区每天生活热水需求量为100吨。
3 方案选择原则
（1）空调冷热源和空调系统形式应满足节能、高效、先进、可靠的原则。
（2）要求采用洁净能源，减少小区范围废气或污染物的排放。
（3）应充分利用规划用地便利的海水资源，尽量避免消耗淡水。
（4）建筑群所处地段高度差异较大，应灵活结合集中和分布形式的优缺点。
（5）尽量减少对建筑和环境的视觉破坏及噪音影响，要求空调设备选型和安装与建筑格调协调一致，而且便于使用管理。可考虑在建筑设计中增加地下设备用房，因为在低层别墅屋顶设置风冷机组设备时，由于地势的差别，将影响高层建筑窗外视觉的美感。
（6）利于小区物业管理和收费，利于运行管理和设备的维护。
4 冷热源方案列举
充分考虑本生态小区的开发理念和设计要求、当地自然条件、负荷大小以及地势特征，主要可供选择的冷热源方式如下。
（1）风冷式热泵型机组 这种机组可实现一机两用，夏季制冷，冬季供热，冬季供热的能效比远高于直接电加热采暖。夏季制冷时采用风冷冷却制冷系统的冷凝器，省去了水冷机组的水系统和室外的冷却塔，但由于室外机组仍然必须设置在室外通风排热良好的位置，会破坏小区景观，并带来噪声污染。
（2）水冷冷水机组 需要设置冷却水系统，包括冷却塔和水泵等，机组运行时有一定的淡水耗水量，冷却塔须占去一定屋顶空间或地面空间，噪声大，且若屋顶设置冷却塔的建筑物高度不够，会造成视觉污染，破坏小区的优雅环境，同时影响高层住宅的声环境。
（3）电锅炉供热 使用电锅炉的好处是对局部环境污染小。但由于我国目前的电能为燃煤火力发电的高品位能源，因此用于供热的综合能源效率低，实际上这是一种在所有供热方式中对大气环境污染最为严重的供热方式。而且电锅炉运行成本也高，因此不宜采用。但是电加热方式可以作为太阳能生活热水系统的辅助热源。
（4）燃气锅炉 优点是一次能源消耗量低，采暖能效比高，但运行产生的NOx、CO2等有害气体对局部环境有一定破坏作用。应用中的是缺点是集中燃气锅炉房占地面积大，分户燃气锅炉目前的使用者有安全性问题的反映。同时由于燃气价格制定得不合理，使得运行价格偏高。
（5）水源热泵 水源热泵是一种利用地下浅层水体蓄能（包括地下水或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现水体的低温热能向高温转移。水体蓄能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把水体中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，排放到水体中去。
水源热泵空调系统具有环保、省水、节能、灵活、美观、经济的特点。水源热泵系统还有一项重要优点就是在于其具有热回收性能。
（6）太阳能供热 可考虑利用太阳能集热板负责住宅建筑供暖以及生活热水。根据对本小区可能采集到的太阳能和采暖负荷模拟分析可知，尽管本方式有可能冬季供暖时配合水源热泵系统工作，但是在本小区建筑能源系统中只考虑太阳能生活热水系统。
5 推荐实施方案
通过对各种冷热源的优缺点比较，结合小区当地可利用再生资源情况，按照上一节方案选择原则, 建议本小区建筑冷热源及空调系统所用能源综合利用海水蓄能及太阳能，实施手段为海水源热泵系统及太阳能真空集热系统的结合，并考虑利用电加热方式作为生活热水系统的辅助热源。
以海水源热泵作为主要的供暖空调冷热源，太阳能集热器作为辅助的热源通过蓄热罐接入海水源热泵水系统。海水源热泵的组成可以分为三部分：
（1）室外换能系统（海水系统），相关设备包括深井群或取水设备房、抽水泵和钛金板换器。
（2）闭式水环热泵系统，包括水源热泵机组以及连接室外换能系统和水源热泵机组的水循环部分。水源热泵水系统是以双管封闭的水系统连接建筑中全部的水源热泵机组。根据小区建筑的不同类型，采用不同的系统形式。
对于社区活动中心等公共建筑采用集中式系统，集中式水源热泵机组布置在机房内，冷热量集中通过风道或水管分配系统送到各房间。对于各个单元住户采用分散式热泵机组，用中央水泵采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自己的热泵机组向房间空调末端提供冷热源。
分户式水环热泵系统的用户有独立的控制装置，可根据自己的需要选择制冷或制热工况，用两管制实现了四管制的功能。
（3）室内输配系统以及空调末端部分。
空调末端选择与传统空调方案相同。可采用风机盘管或直接蒸发式送风系统，冷暖共用。采暖还可以考虑地板采暖方式，但夏季空调就需要采用另一套末端。
6 水源热泵机组性能计算
以清华同方水源热泵中央空调机组性能技术参数为例，根据估计的负荷列表分析在不同负荷和取水水温下系统所需要消耗的电量和水量。机组型号选择为清华同方水源热泵GHP1000，运行工况为夏季空调时冷冻水入口温度为14℃，出口温度为7℃；冬季供暖时冷却水入口温度为44℃，出口温度为54℃。采用“大温差，小流量”的工况选择原则，夏季冷却水进出口温差为10℃，冬季冷冻水进出口温差为7℃。
参考文献
[1]杨毅，何其伟.工程实例中空调冷热源的经济技术分析比较.工程设计学报，2003，10（4）：242~244
[2]魏鋆，张维亚.空调冷热源方案经济技术比较.华北科技学院学报，2004，1（3）：52~54.
[3]吴乃诚，再谈空调冷热源的选择. 陕西建筑暖通空调专刊,2000，2（1）：66-67.
[4]于立强.青岛东部开发区建设以海水作冷热源大型热泵站可行性分析[A].全国暖通空调制冷1996年学术年会论文集[C].428～432.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
关键词:冷热源；海水水源热泵系统；空调方案
1 引言
水源热泵和太阳能利用早已被公认为“绿色能源”方式，考虑二者的有机结合使用以及对海水资源的利用以缓解大连市淡水缺乏现状，小区的冷热源及空调系统将实现节能与环保的高度完美结合。小区的建成将会成为具有代表性的海水源热泵系统与太阳能系统综合利用示范小区。
2 小区供暖、空调负荷概算
为了正确选择各房间水源热泵机组或者集中式水源热泵机组的大小和合理地确定系统环路水温的控制范围，在规划和单体设计均确定后的初步设计阶段不仅应采用空调动态负荷计算方法，计算各空调房间夏季设计日的最高小时冷负荷和冬季设计日的最高小时热负荷，而且还应计算出各空调房间全年逐时冷、热负荷值。
本论文为可行性研究，因此根据以下条件估算小区冬夏季负荷，进行方案的初步分析和比较：规划小区未来住户为300户，按每户3人计，小区未来住户约为1000人。小区居住面积和公共建筑面积可按每户250～300m2算，可得建筑面积约为75000～90000m2。
根据建筑节能规范要求及大连市当地气候条件，夏季空调负荷按20～40W/m2，冬季供暖负荷按20~30W/m2。为安全起见，小区总建筑面积按90000m2概算。根据集中供应热水时的65℃热水用量标准，概算小区每天生活热水需求量为100吨。
3 方案选择原则
（1）空调冷热源和空调系统形式应满足节能、高效、先进、可靠的原则。
（2）要求采用洁净能源，减少小区范围废气或污染物的排放。
（3）应充分利用规划用地便利的海水资源，尽量避免消耗淡水。
（4）建筑群所处地段高度差异较大，应灵活结合集中和分布形式的优缺点。
（5）尽量减少对建筑和环境的视觉破坏及噪音影响，要求空调设备选型和安装与建筑格调协调一致，而且便于使用管理。可考虑在建筑设计中增加地下设备用房，因为在低层别墅屋顶设置风冷机组设备时，由于地势的差别，将影响高层建筑窗外视觉的美感。
（6）利于小区物业管理和收费，利于运行管理和设备的维护。
4 冷热源方案列举
充分考虑本生态小区的开发理念和设计要求、当地自然条件、负荷大小以及地势特征，主要可供选择的冷热源方式如下。
（1）风冷式热泵型机组 这种机组可实现一机两用，夏季制冷，冬季供热，冬季供热的能效比远高于直接电加热采暖。夏季制冷时采用风冷冷却制冷系统的冷凝器，省去了水冷机组的水系统和室外的冷却塔，但由于室外机组仍然必须设置在室外通风排热良好的位置，会破坏小区景观，并带来噪声污染。
（2）水冷冷水机组 需要设置冷却水系统，包括冷却塔和水泵等，机组运行时有一定的淡水耗水量，冷却塔须占去一定屋顶空间或地面空间，噪声大，且若屋顶设置冷却塔的建筑物高度不够，会造成视觉污染，破坏小区的优雅环境，同时影响高层住宅的声环境。
（3）电锅炉供热 使用电锅炉的好处是对局部环境污染小。但由于我国目前的电能为燃煤火力发电的高品位能源，因此用于供热的综合能源效率低，实际上这是一种在所有供热方式中对大气环境污染最为严重的供热方式。而且电锅炉运行成本也高，因此不宜采用。但是电加热方式可以作为太阳能生活热水系统的辅助热源。
（4）燃气锅炉 优点是一次能源消耗量低，采暖能效比高，但运行产生的NOx、CO2等有害气体对局部环境有一定破坏作用。应用中的是缺点是集中燃气锅炉房占地面积大，分户燃气锅炉目前的使用者有安全性问题的反映。同时由于燃气价格制定得不合理，使得运行价格偏高。
（5）水源热泵 水源热泵是一种利用地下浅层水体蓄能（包括地下水或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现水体的低温热能向高温转移。水体蓄能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把水体中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，排放到水体中去。
水源热泵空调系统具有环保、省水、节能、灵活、美观、经济的特点。水源热泵系统还有一项重要优点就是在于其具有热回收性能。
（6）太阳能供热 可考虑利用太阳能集热板负责住宅建筑供暖以及生活热水。根据对本小区可能采集到的太阳能和采暖负荷模拟分析可知，尽管本方式有可能冬季供暖时配合水源热泵系统工作，但是在本小区建筑能源系统中只考虑太阳能生活热水系统。
5 推荐实施方案
通过对各种冷热源的优缺点比较，结合小区当地可利用再生资源情况，按照上一节方案选择原则, 建议本小区建筑冷热源及空调系统所用能源综合利用海水蓄能及太阳能，实施手段为海水源热泵系统及太阳能真空集热系统的结合，并考虑利用电加热方式作为生活热水系统的辅助热源。
以海水源热泵作为主要的供暖空调冷热源，太阳能集热器作为辅助的热源通过蓄热罐接入海水源热泵水系统。海水源热泵的组成可以分为三部分：
（1）室外换能系统（海水系统），相关设备包括深井群或取水设备房、抽水泵和钛金板换器。
（2）闭式水环热泵系统，包括水源热泵机组以及连接室外换能系统和水源热泵机组的水循环部分。水源热泵水系统是以双管封闭的水系统连接建筑中全部的水源热泵机组。根据小区建筑的不同类型，采用不同的系统形式。
对于社区活动中心等公共建筑采用集中式系统，集中式水源热泵机组布置在机房内，冷热量集中通过风道或水管分配系统送到各房间。对于各个单元住户采用分散式热泵机组，用中央水泵采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自己的热泵机组向房间空调末端提供冷热源。
分户式水环热泵系统的用户有独立的控制装置，可根据自己的需要选择制冷或制热工况，用两管制实现了四管制的功能。
（3）室内输配系统以及空调末端部分。
空调末端选择与传统空调方案相同。可采用风机盘管或直接蒸发式送风系统，冷暖共用。采暖还可以考虑地板采暖方式，但夏季空调就需要采用另一套末端。
6 水源热泵机组性能计算
以清华同方水源热泵中央空调机组性能技术参数为例，根据估计的负荷列表分析在不同负荷和取水水温下系统所需要消耗的电量和水量。机组型号选择为清华同方水源热泵GHP1000，运行工况为夏季空调时冷冻水入口温度为14℃，出口温度为7℃；冬季供暖时冷却水入口温度为44℃，出口温度为54℃。采用“大温差，小流量”的工况选择原则，夏季冷却水进出口温差为10℃，冬季冷冻水进出口温差为7℃。
参考文献
[1]杨毅，何其伟.工程实例中空调冷热源的经济技术分析比较.工程设计学报，2003，10（4）：242~244
[2]魏鋆，张维亚.空调冷热源方案经济技术比较.华北科技学院学报，2004，1（3）：52~54.
[3]吴乃诚，再谈空调冷热源的选择. 陕西建筑暖通空调专刊,2000，2（1）：66-67.
[4]于立强.青岛东部开发区建设以海水作冷热源大型热泵站可行性分析[A].全国暖通空调制冷1996年学术年会论文集[C].428～432.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”