Discussion on the Application of Ground Source Heat Pump in Hotel
孙立梅 SUN Li-mei；贾丕建 JIA Pi-jian；邢学荣 XING Xue-rong
（烟台市节能监察支队，烟台 264003）
（Yantai Energy Conservation Supervision Detachment，Yantai 264003，China）
摘要：地源热泵原理是采用地下埋管换热方式，通过输入少量电能，采取地球浅层低温热能，对外供热（热水）或制冷，实现低位热能向高位热能转变，具有高效、环保、节能特点。将其用于酒店采暖制冷系统，能效比（COP值）测试值达到4～6，节能环保效果显著。
Abstract: The principle of ground source heat pump is to use underground buried heat exchange mode, adopt shallow low-temperature heat energy of the earth by inputting a small amount of electric energy for external heating (hot water) or refrigeration, and transforming low-level heat energy into high-level heat energy, so it has efficient, environmentally friendly and energy saving features. It is used in the hotel heating and cooling system, and the energy efficiency ratio (COP value) test value reaches 4-6, and the energy saving and environmental protection effect is remarkable.
关键词：地源热泵；采暖制冷系统；节能环保
Key words: ground source heat pump；heating and cooling system；energy saving and environmental protection
中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）27-0263-02
0 引言
地源热泵技术是利用地下的土壤、地表水和地下水温度相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，以达到供热或制冷的目的。这种技术还可供应生活用水，是一种有效利用能源的方式。地源热泵系统大体包括三种类型：以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵、以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统和以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统。目前，我国土壤源热泵被大量用于高容积率的住宅小区以及高负荷密度的公共建筑，单个系统规模大多超过1000kW。现以某五星酒店为例，研究地源热泵的酒店应用。
1 酒店基本情况
酒店总建筑面积97855平方米，16层。其中地下1层，建筑面积23569平方米；地上15层，建筑面积74286平方米。在功能划分上，地下1层用于复式停车和设备用房，地上1层为酒店办公、健身、游泳、SPA，部分租售，2层为酒店大堂、厨房餐饮，3层为宴会厅、餐饮包房、多功能厅等，4层以上为客房。
酒店建设严格执行山东省《居住建筑节能设计标准》JGJ 132—2001和《公共建筑节能设计标准》J10786—2006，采用高效围护结构，科学进行外墙保温，居住建筑节能65%以上、公共建筑节能50%以上。酒店重视利用可再生能源，利用地源热泵供应空调能量，是政府确认的建筑节能示范项目。
2 热泵选择
酒店热负荷由3部分组成，分别是夏天供冷、冬天供热和日常生活热水，设计酒店制冷供热空气调节面积为81855平方米，冷负荷为6986kW，热负荷为5648kW。生活热水需求为60℃热水395吨/日。根据酒店的冷热负荷需求，选择2台高效LSBLGR-1600MD满液式地源热泵机组负责制冷供热，选用2台带双蒸发器机组LSBLGRG-1300MD高温高效机组，供应生活热水。
根据酒店要求，热泵空调制冷时提供循环冷水温度为7/12℃，制热时提供循环热水温度为45/40℃，生活热水温度为60℃。以此确定制冷状态的标准工况是：地埋管循环水25/30℃，制冷循环水12/7℃；制热状态的标准工况是：地埋管循环水6/3℃，制热循环水40/45℃；制取生活热水工况：地埋管循环水6/3℃，生活热水60/55℃；制取生活热水的同时产生制冷效果即热回收工况：生活热水循环水60/55℃，地埋管循环水6/3℃，制冷循环水12/7℃。
机组参数如表1。
3 机组制冷能力分析
确定两台供应生活热水机组长期处于制热状态，两台空调机组冬季制热、夏季制冷。过渡季节空调制冷热源以热水机组换热获得。夏季最大制冷量为两台空调机组的制冷量加两台热回收机组在制热时的制冷量=（1334+814）×2=4296kW大于3586kW。冬季空调机组的最大的制热量为2486kW大于2448kW，满足设计要求。热水机组的制热量为2048kW大于1990kW。
夏季和过渡季节2台空调机组和2台热水机组均处于制冷状态，总的冷负荷由2台地源热泵空调机组和2台地源热泵生活热水机组提供，整个夏季和过渡季全部通过热回收的方式制取生活热水。按生活热水最大用水量考虑，可以回收的冷量为785×2=1570kW，可削峰量43%，保守考虑按削峰25%考虑，主机配置按冷量为3586×0.75=2689kW。
过渡季的空调热负荷量很小，按总热负荷的30%计算为734kW，这时的生活热水负荷也比较少，可以通过生活热水机组换热而获得（也是热回收方式——整个热水全部是热回收方式获得的）。
一年四季的生活热水均由地源热泵机组提供，但当冬季的空调负荷和生活热水负荷都达到峰值时，为了减少埋管数量，用燃气锅炉调峰，这样既可以减少打孔的初投资费用，又不会增加太多的运行费用（运行时间较短）。
4 费用对比分析
4.1 项目投资分析
热泵工程总投资（不含末端）为2396万元，其中设备投资838万元，安装费用90万元，打孔埋管费用1468万元。
传统供热和制冷模式投资（不含末端）为1563.00万元。其中城市热网投资929.62万元，螺杆式冷水机组投资400.32万元，机房内辅助设备投资100.16万元，安装工程费用90.00万元，燃气锅炉系统42.90万元。
4.2 运行费用分析
①地源热泵运行费用。
夏季供冷。按夏季制冷运行90天，每天运行24小时，平均负荷率60%，电费0.74元/ kW·h（平均）计算，夏季总耗电量为
WR1=（W1+W2）·t·T·η
=（2×296kW+2×232kW+2×195kW+2×115kW）×24×90×0.6=217.2万kW·h
夏季运行费用为：217.2万kW·h×0.74=160.07万元（含制取热水费用）
冬季供暖。酒店冬季供热运行140天，每天运行24小时，平均负荷率60%，电费0.74元/ kW·h（平均）计算，（实际使用按80%计算）冬季总耗电量为
WR1=（W1+W2）·t·T·η×0.8
=（2×318kW+2×289kW+2×239kW+2×115kW）×24×140×0.6×0.8=309.98万kW·h
冬季运行费用为309.98万kW·h×0.74=229.39万元
全年运行费用合计为： 389.46万元。
②传统供热和制冷模式（冷水机组系统+城市管网系统）运行费用。
夏季供冷。夏季总耗电量为
WS1=（W1+W2）×t1×T1×η1=（4×343kW+2×115kW）×24×90×0.6 =207.6万kW·h
夏季运行费用是：207.6万kW·h×0.74=153.62万元（不包含制取热水费用）
冬季供暖。冬季供暖运行费用（按城市管网收费38.4元/平方米计）则费用合计为：
38.4元/平方米×97855平方米=375.76万元
制取热水费用。自来水温度按冬季5℃，夏季20℃，全年平均12.5℃计算,设计最大热水需求量395吨/天（实际使用按65%计算），则全年制取热水需求热量为：
395×1.163×（60-12.5）×365=796.4万kW·h
需消耗燃气量约为
796.4 万kW·h/9.89=80.53万立方米
全年制取生活热水的费用（燃气价格按3.5元/立方米计算）
80.53万立方米×65%×3.5元/立方米=183.26万元
传统供热和制冷模式年运行费用合计为
153.6+375.76+183.26=712.62万元。
③由上面计算利用地源热泵系统与传统供热和制冷模式相比，年节省的运行费用为：
712.26万元-389.46万元=322.80万元
通过对两种方案的初投资费用、运行费用及环境影响的分析比较得出，方案一虽然初投资费用比方案二高833.72万元，但每年可节约运行332.72万元，静态投资回收年限仅为2.59年，且每年可节约标煤1950.1吨，减少二氧化碳排放量4692.6吨/年，减少二氧化硫排放量37.8吨/年。
5 需要注意问题
①科学设定出水温度。对于室内末端装置的设置，过高温度的热水不仅会降低室内的舒适性（出风温度过高或室内温度分布不匀），将降低热泵机组的COP（热水温度每升高1℃，热泵机组的COP将降低约2～3％，出水50℃要比40℃时的COP降低20～30％）。因此，采暖用热泵系统应鼓励采用低温热水的末端设备，在满足室内舒适性的前提下，尽可能降低所需的热水温度，提高热泵机组的效率。
②蓄冷装置的应用。水蓄冷技术利用峰谷电价差，在低谷电价时段将冷量存储在水中，在白天用电高峰时段使用储存的低温冷冻水提供空调用冷。当空调使用时间与非空调使用时间和电网高峰和低谷同步时，就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用，达到节约电费的目的。
水蓄冷系统以空调用的冷水机组作为制冷设备，以保温槽作为蓄冷设备。空调主机在用电低谷时制冷，并将制取的冷水蓄存起来，空调时将蓄存的冷水抽出使用。水蓄冷是利用水的温差进行蓄冷，可直接与常规空调系统匹配，无需其他专门没备。
6 结论
地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一门热泵技术， 虽然与对比方案相比，投资费用高34%，但每年可节约运行费用46%（静态回收期仅为2.51年），且减少了对周围环境的污染及排放量，是理想的环保、节能空调系统。
参考文献：
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