暖通工程师资料:水源热泵与风冷热泵制冷比较

项目概况

北京某办公楼位于城南，该办公楼为改造项目，地上五层，地下一层，总建筑面积约8000平米。需解决夏季空调制冷，冬季供暖问题，全年保持室温在18℃-25℃。

二、制冷供暖方案

风冷热泵加辅助电加热方案

利用风冷热泵实现夏季制冷，冬季供暖考虑到风冷热泵机组在室外温度-8℃时启动困难，需增加辅助电加热。

2、水源热泵方案

该方案要求在建筑物附近打三口井，井深80-100米，一口抽水，出水量为100M3/h，两口井回灌，保持地下水资源稳定，利用井水作为冷热源，水源热泵机组夏季制冷，冬季供暖满足办公楼要求。

负荷计算及机组

设计依据、范围及原则

本方案包含某办公楼的空调制冷供暖系统，包括冷热源、设备选型及末端系统方案。能够独立实现夏季制冷，冬季供暖。保证大楼的正常使用。

设计依据、范围及原则

2.空调冷热负荷计算

考虑到该建筑主要为办公室，根据国家标准单位建筑面积制冷负荷选取100W/M2，建筑总冷负荷约为800KW。单位建筑面积供暖热负荷选取60W/M2，建筑总热负荷约为480KW。

机组设备选型及技术参数

选择方案时应该考虑节省投资和保障该建筑正常制冷供暖要求。风冷热泵机组设计装机容量为835.2KW，配置风冷热泵机组MTD-80SH叁台。水源热泵机组设计装机容量为930KW，配置水源热泵机组MSRB80壹台。

表一　机组选型

项目风冷热泵水源热泵

设备名称风冷冷(热)水机组水源热泵机组

设备型号 MTD-80SH MSRB80

数量 3台 1台

单台制冷量 278.4KW 930KW

单台制热量 304KW 1116KW

总制冷量 835.2KW 930KW

表中机组的设计装机容量基本满足大楼的需求。

4.风冷热泵机组由于存在在室外温度-8℃时启动困难，需增加功率为480KW的辅助电加热设备，解决在严寒情况下供暖问题。

5.水源热泵机组对水资源要求严格，需要井水温度、流量稳定。必要时，应设置独立换热站，把井水与机组隔离。

四、风冷热泵机组与水源热泵机组的特点

风冷热泵机组的特点

风冷冷(热)水机组采用模块化设计，完全不必设置备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境的实际利用率相协调。

模块化机组的可靠性高，该机组由数个模块组成，任何模块的临时检修停运都不会影响整机的正常运行，大大提高了整个空调系统的合理性和可靠性。

机组可任意放置屋顶或地面，没有机房设施和冷却水塔系统，不占用有效使用面积。同时安装施工工作大为简便。

由于机组在运行过程中是全电脑自动控制，所以日常不需要专业技术人员管理维护。

风冷热泵有不足之处，由于在室外温度-8℃时启动困难，需增加辅助电加热。

2、水源热泵的特点

水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖;在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。该机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可靠等优点。由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：

环保效益显着

水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，，没有燃烧过程，避免了排烟污染;供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。

(2)高效节能

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。

(3)运行稳定可靠

水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

(4)一机多用，应用范围广

水源热泵系统可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装

置或系统。

(5)自动运行

水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低;自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。当然，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。

可利用的水源条件限制

水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

b.水层的地理结构的限制

对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

c.投资的经济性

由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

五、制冷供暖设备工程初投资

表二　初投资表(万元)

项目风冷热泵水源热泵

机组设备 100 100

辅助电加热设备 30 /

打井 / 40

施工费用 120 120

总计 250 260

单位造价 321.5元/平米 325元/平米

六、制冷供暖运行费用

夏季制冷大约120天左右，每天运行10小时，机组运行系数为0.7，每度电按0.57元计算：风冷热泵方案

0.57元×262.2KW×10小时×120天×0.7= 125541元

125541元÷8000米2=15.7元/米2

水源热泵方案

0.57元×178.8KW×10小时×120天×0.7= 85609.44元

85609.44元÷8000米2=10.7元/米2

冬季供暖大约120天左右，每天运行20小时，机组运行系数为0.7，每度电按0.57元计算：风冷热泵方案

风冷热泵费用

0.57元×120KW×20小时×100天×0.7= 95760元

辅助电加热费用

0.57元×480KW×20小时×20天= 109440元

合计：

95760元+109440元=205200元

205200元÷8000米=25.7元/米2

水源热泵方案

0.57元×120KW×20小时×120天×0.7=114912元

114912元÷8000米2=14.36元/米2

单位面积季度运行费用比较

表三单位面积费用表(元/平米)

项目风冷热泵水源热泵

夏季 1 10.7

冬季 25.7 14.36