第２４卷第２期 制冷与空调 Ｖｂ１．２４ Ｎｏ．２ ２０１０年４月 Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ａｐｒ．２０１０．５２￣５５ 文章编号：１６７１．６６１２（２０１０）０２—０５２—０４ 洛阳地区地下水源热泵可行性研究 殷明刚 （河南域建学院平顶山４６７０４４） 【摘要】 以洛阳地区为例，通过对水源热泵系统和两种常规的空调方案各项性能参数对比分析。同时对 实际中存在的问题进行了分析，证明水源热泵在该地区的运用具有很好的可行性、节能性和经 济性。 【关键词】 地下水源热泵；节能性；经济性；回收期 中图分类号 ＴＵ８３ 文献标识码Ｂ Ｆｅａｓｉｂｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｙｉｎ Ｍｉｎｇｇａｎｇ （Ｕｒｂａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｎａｎ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ，４６７０４４） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔａｋｅｎ Ｌｕｏｙａｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐａｒｅｄ ＧＳＨＰ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｐｏｐｕｌｒａ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、 ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｐ ｒｏｊｅｃｔ．Ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ＧＳＨＰ ｉｓ ａｖａｉｌａｂｌｅ、ｅｎｅｒｇｙ・ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｓｔ．ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ Ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ；Ｅｎｅｒｇｙ－－ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ；Ｃｏｓｔ－－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｐａｙｂａｃｋ ｐｅｒｉｏｄ ０ 引言 夏季平均气温为２２．７℃～２８．１℃。 ２００６年国家颁布《可再生能源法》，把水源热 １．２洛阳地区的地质条件 泵作为一种可再生能源利用技术进行推广。随着 洛阳盆地内的第四纪沉积比较完整，第四纪广 《夏热冬冷地区居住建筑节能标准》、《公共建筑节 泛分布于黄土台塬和伊洛河冲积平原区，伊洛河冲 能设计标准》等标准的发布，不少地区的节能示范 积平原区主要有砂卵石和粉尘粘土组成，呈多层结 项目都采用了水源热泵技术。但由于我国不同地区 构。而黄土台塬则由单一的黄土或黄土与下伏砂卵 的气候差异性较大，在实际应用中有很多的误区和 石、砂质粘土组成。本文的主要研究对象是伊洛河 问题。本文以洛阳地区为例，详细分析了水源热泵 冲积平原。 与两种常规冷热源方案的各项性能参数，说明水源 １－３洛阳地区的水文条件 热泵在洛阳地区的可行性。 本文研究区域属黄河流域的伊洛河水系，主要 河流有伊河、洛河及洛河支流涧河和渡河。 １ 地下水源热泵在洛阳地区的可行性论证 水源热泵对水源系统的要求是：水量充足、水 １．１洛阳地区的地理条件和气象条件 温适度、水质适宜、供水稳定Ｌ２ｊ。洛阳地下水的主 洛阳地处河南西部的洛阳盆地，北依邙山，南 要物理性质为：无色、无嗅、无味、透明、无肉眼 诋嵩山，西有小秦岭，中东部为伊洛河冲积平原。 可见物，水温１６℃～１８℃，符合《水源热泵机组》 洛阳属于寒冷地区…，暖温带季风气候年平均气温 （ＧＢ／Ｔｌ９４０９—２００３）中地下水式机组制冷和制热 为１３．０℃～１５．６℃，冬季平均气温为０．１℃～１．４℃， 的要求（１０℃－－２５℃）【ｊＪ。 作者简介：殷明刚（１９８７一），男，本科生。 收稿日期：２００９．０９．１０ 第２４卷第２期 殷明刚：洛阳地区地下水源热泵可行性研究 表１ 洛阳地下水水质与水源热泵推荐水质要求比较 洛阳地区水量充足，单井出水量为１０００ ～３０００ｍ ／ｄ，平均水位比较低，位于第一、第二含 水层之间。开采难度不大，开采费用不太高。开采 的潜力比较大。上述条件说明地下水源热泵在洛阳 地区是可行的。 ２地下水源热泵在洛阳地区的能耗分析 ２．１ 工程概况 以洛阳市某办公楼为例进行分析。该办公楼空 调面积为６０００ｍ ，该建筑物的冷负荷为６００ｋＷ， 热负荷为３６０ｋＷ。夏季空调室外设计温度为３５．７ ℃，湿球温度为２７．６℃；冬季空调设计温度为～７￣Ｃ， 相对湿度为５７％。夏季设计参数２４￣２６￣Ｃ，湿度 小于６５％；冬季设计参数１８～２０℃。在能耗计算 中，假定所选的空气处理方案都是一样的，所以各 方案均不考虑冷冻水泵和末端装置的耗电量。 ２．２各种冷热源方案以及设备的选型 下面用表格的形式对三种方案的设备型号和 初投资进行比较分析： 表２方案一：７｝（源热泵系统 名称 参数 功率单 数量小 （万） （万） 表３方案二：空气源热泵系统 名称 参数 功率单价数量小计 （万） （万） 表４方案三：水冷机组＋热力站机组 名称 参数 功率单价数量小计 （万） （万） 注①：地下水井费用按８００元／米计算。 ②：辅助电加热器在冬季温度低于一５℃时使用。 ③：管道系统的投资按机组设计的１０％计算。 ２＿３各方案全年能耗计算及分析 制冷季节性能参数ＳＥＥＲ（Ｓｅａｓｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ Ｒａｔｉｏ）［ ］ ＳＥＥＲ：—ＣＳＴＬ —（１） ＣＳ’Ｉ’Ｅ 式中：ＣＳＴＬ表示制冷季节总负荷； ＣＳＴＥ表示制冷季节总耗电量。 制热季节性能参数ＨＳＰＦ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｅａｓｏｎａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ） 【４】 ＨＳＰＦ：—ＨＳＴＬ （２） —ＨＳ Ｉ’Ｅ 式中：ＨＳＴＬ表示制热季节总负荷； ＨＳＴＥ表示制热季节总耗电量。 一次能源利用率ＰＥＲ（（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒａｔｉｏ）［５１ ＰＥＲ＝ｑｘｅ （３） 式中：．ｎ为发配电效率，取０．２９；￡为机组性能参 数：夏季为ＳＥＥＲ，冬季为ＨＳＰＦ。 ・５４・ 制冷与空调 ２０１０正 在计算ＨＳＰＦ、ＳＥＥＲ和ＰＥＲ时也计入冷却水 ３．２各种方案的总投资 系统和辅助设备的能耗。 洛阳的生活用电电价为０．６元／ｋＷｈ，采暖费用 各种方案的总投资＝设备初投资＋安装费＋土 建费＋用电增容费 刚。详细数据见表８。 表８各种方案的总投资 为４８０元／天。为更详细的计算运行费用，我们设 定夏季制冷天数为１２０天，日运行时间为８ｈ；冬 季制热天数为１２０天，日运行时间为８ｈ。制冷季 节的总负荷４６０８００ｋＷｈ，制热季节的总负荷 ２５９２００ｋＷｈ。 表５各方案供热季节能耗分析计算 表６各方案制冷季节能耗分析计算 全年的能耗分析计算表明，水源热泵机组在制 热季节和制冷季节的一次能源利用率都要高于空 气源热泵和水冷机组＋热力站。就运行费用而言， 水源热泵机组总体上低于空气源热泵和水冷机组 ＋热力站。 ３地下水源热泵的经济性分析 ３．１各方案的安装费、土建费和能源增容费 接着对系统的安装费、土建费和用电增容费进 行经济性分析 刚。具体数据如下表： 表７各方案的安装费、土建费和用电增容费 注：①按设备投资的１０％￣ｉ 算（不包括水井费用）。 ②每平方米按５００元造价计算。 ③用电增容费按５００元／ｋｗ计算。 ３．３地下水源热泵的增加投资回收期 本文采用静态回收期方法计算回收期 Ｊ。静态 回收期计算不考虑银行贷款利率、常规能源上涨率 到等影响因素，常用于概念设计阶段，可以迅速了 解增投资的大概回收期，计算公式如下： Ｙ ＝Ｗ ／ｗｊ （４） 式中：Ｙ一水源热泵系统的简单投资回收期； Ｗ 一水源热泵系统增加的初投资； ｗｉ一水源热泵系统的简单节能费用。 表９ ７ｋ源热泵系统回收期 增加初投资／万节能费，万回收期，年 通过各项数据的对比分析，表明水源热泵机组 是最优化的设计方案。虽然初投资比其他方案高， 但运行费用比其他方案节省很多，节能效果好，具 有良好的发展前景。 ４地下水源热泵发展中存在的问题 （１）水源的使用和开采问题。我国为了保护 水资源，严格限制地下水的开采利用。这样会使开 采的难度增加，每个地区的地质结构和水文资料都 不相同，需要工程人员结合当地的资料选取合适的 含水层和打井的深度。打井时要注意抽水井和回灌 井的井问距和井结构。 （２）地下水的回灌问题。地下水的回灌问题 限制地下水源热泵进一步推广的主要问题，有研究 表明，对于一抽两灌的回灌方式，采用抽水井位于 两个回灌井中问的直线布置，效果最好；呈三角形 布置的，效果次之：回灌井位于抽水井同侧直线布 置，效果最差 Ｊ。回灌会影响地下水的化学平衡， 可能引起不良化学反应而产生金属沉淀，或者和粘 土颗粒离子交换而产生絮凝作用，堵塞滤丝过滤器 的正常工作，进而影响回灌水量。 第２４卷第２期 殷明刚：洛阳地区地下水源热泉可行性研究 ・５５・ （３）水源热泵的设计问题。水源热泵的设计 必须从整体出发，系统的设计应结合实际和参考相 关手册。若设计不当，会使夏季放热量和冬季取热 量不平衡，引起地下水温度发生变化，进而影响机 组的高效运行。 由于地下水源热泵的打井费用较高，初投资比其他 两种方案高，但由于地下水源热泵的节能性和高效 性，在３～８年内能回收增加的投资。 参考文献： 【１］ ＧＢ５０１８９ ２００５，公共建筑节能设计标准【Ｓ］．北京：建筑 工业出版社，２００５． 地下水源热泵是暖通空调技术和钻井技术的综 合应用，需要工程人员的相互协调。地下水源热泵 的经济性和本地的不同的能源结构价格，做好技术 经济分析，最终选择合适的系统形式和回灌方式。 ［２］ 刘婷婷，彭建国，张国强．地表水源热泵在湖南地区的应 用分析【ＪＪ．节能技术，２００４（０５）：１４—１６． ［３］ ＧＢ／Ｔ １９４０９—２００３，水源热泵机组［ｓ】．北京：中国标准 ５结论 洛阳地区的地下水温度全年在ｌ６℃～１８℃， 水量丰富，水质良好，适合发展地下水源热泵。本 文从可行性、节能性和经济性三大方面对地下水源 出版社，２００４． ［４】 胡健，曾伟平，谷波，等．基于多标准的空调系统季节能 效比计算分析［ＪＪ＿流体机械，２００７（９）． ［５】 马原良，曹家．直燃式溴化锂冷温水机组的能耗与经济 性分析［Ｊｌ１．制冷与空调：２００８（１）：４６—４８． ［６】 刘东．水源热泵的经济性分析及应用【Ｄ］．天津：天津大 学，２００４． 热泵与空气源热泵系统、冷水机组＋热力站进行了 比较。分析结果表明：在节能方面地下水源热泵运 行条件不受室外空气温度的制约。与空气源热泵相 比，年节省２６．４％的运行费用。与冷水机组＋热力 【７】 郑瑞澄．民用建筑太阳能热水系统工程技术手册【Ｍ】． 北京：化学工业出版社，２００６． 【８】 张鑫，张勇，张健．井位布置对地下水源热泵回灌的影响 ［Ｊ１．黑龙江科技信息，２００９（６）：２４７． 站相比，年节省１２．１％的运行费用；在性能参数方 面，地下水源热泵的ＳＥＥＲ和ＨＳＰＦ都明显高于其 他两种方案，在制冷季节更为显著；在经济性方面， （上接第４０页） 教学实验和科学研究，同时也可以对外承担检测服 务，创造明显的社会效益和经济效益，具有很强的 使用价值。 制冷剂过热产生高压，使量热器爆炸。另外，还给 计算机测控系统（弱电电路）提供电源。以上电气 控制线路的各种电气元件如继电器接触器、短路 器、空气开关以及接线端子等选取在符合电路容量 的要求下，尽量采用模数化、智能化的元件，这些 元件安装和维修更换比较方便，便于计算机控制实 现电气控制的自动化和智能化。 参考文献： ［１】 ＧＢ／Ｔ５７７３—２００４，容积式制冷压缩机性能实验方法【Ｓ］． ２００４． ［２］ 李征涛，邬志敏，徐彭龙，等．全自动量热器法制冷压缩 机性能实验台的研制ｆＪ１．华东工业大学学报，１９９５（１７）： ３结束语 试验台设计方法采用国家规定的容积式压缩 ７３－７８． ［３］ 邬志敏．量热器法试验台漏热量计算方法的研讨［Ｊ］． 流体工程，１９９１，４：５２—５６． ［４］ 江帆，施仁，张早校，等．全自动量热器法测试系统控制 装置的研制［ＪＩ．制冷学报，１９９３，１４（１）：１１ １４． 机性能试验方法中的干式制冷剂量热器法，辅助实 验采用水冷式冷凝器法。试验台设计中对以前学者 提出的试验方法进行了改进，提出了更加精确的控 制方法。该实验台既能够对制冷机整体进行性能测 试，又能够对压缩机、冷凝器和蒸发器等单体组成 设备的性能进行测试。使得该实验台不但可以用于 ［５】 卢道华，涂淑平，方良． 体化设计‘的中小型制冷压缩机 全自动测试台的构成［Ｊ１．压缩机技术，２００３（６）：２３—２５．