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地温中央空调设计施工中的几个重要环节
地温中央空调是一种利用地下浅层地热资源（也称地能），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），实现低温位热能向高温位转移。在冬季把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；在夏季把室内的热量“取”出来，释放到地能中。以此达到给用户制冷制热。
地温中央空调具有环保、洁净、节能经济的特点：地温空调省去了锅炉房、冷却塔，避免了向空气中排放任何烟尘及有害物质，消灭了冷却塔的运行噪声，同时节省了锅炉房、冷却塔及煤渣所占用的宝贵面积。地温空调在作到“一机三用”（制冷、制热及生活热水）的同时，运行费用比传统的中央空调要低60%，能效比大大提高。
地温空调由末端（室内空气处理等）系统、地温空调主机（又称水源热泵）及其附属设备、水井三部分组成。地温中央空调未端和传统的中央空调未端没有什么区别，主要不同就在于机房和水井。
几年来通过对地温空调工程运行情况的回访和调查，有这样两个问题普遍存在：首先是回灌井的回灌效果不好，回灌水从井中溢出；其次就是水源热泵机组中积砂，影响水源热泵机组的制冷制热效果。为了避免以上问题的出现，我们在设计及施工中就应该引起重视，做好以下几个环节：
一、为防止回灌井堵塞，确保空调系统长期稳定的运行，水井管网设计成双回路，如图1-b所示，出、回水井可以互相切换使用，定期更换抽水井和回水井，这样可以保证水井中滤水层畅通，不会堵塞，保证回灌量，而且还可以保证水井的出水量。
二、水井管网中一定要设计排污管，现在常见的施工图设计中一般都考虑了出水管设排污管，如图1-a，这样有利于井管网安装后的洗井，将新打成的井连续抽洗，一般是日夜不停两三天左右，另外是每年夏冬两季开机的时候也要洗井，一般是一两天可以把水井抽清，井水抽清以后使用，即可延长主机、水泵等设备的使用寿命，又可以避免污染地下水源。

三、井水回水管和排污管连通，主机进出水管加旁通管，这样有利于彻底清洗管路中的杂质。一般设计人员的思路是水井抽清以后，开始往管网中注水，然后水从旋流除砂器排出，冲洗干净以后，关闭除砂器的排污管，开始向主机中注水。这样做缺点有三：①这样只冲洗了部分管路系统，即从水井到旋流除砂段，而旋流除砂器至主机段及主机出水到水井段的管路系统仍然是不清洁的，主机中易沉积杂质。②不清洁的水流回水井容易造成地下水污染。③旋流除砂器中流出的水不易及时排走，在机房中漫延。特别是机房设在地下室的情况，排污泵的流量往往只有几吨/小时，而深井泵的出水量少的也有几十吨甚至一、二百吨/小时。如按图 2 设置，以上所有问题都可以迎刃而解。
四、回水井设成有压回灌，将井加设法兰、密封井口，这样即可保证回水不会从井中外溢，又可以在外力的作用下使水井中透水层畅通，利于回水百分之百回灌。
五、选用高质量的旋流除砂器
有些施工单位为了降低工程造价，自己在现场用钢板加工旋流除砂器，严格来讲，这是不符合要求的。旋流除砂器在地温空调中是一个很重要的设备，正规厂家的产品在选材、尺寸设计上都是很严格的。经过正规计算，材质是选用耐磨、耐腐蚀、经久耐用的低碳钢，生产出的产品都经过国家权威部门的检验。而现场加工的产品都是选用普通钢材，且尺寸也是凭经验而定，这样的设备除砂效率不高。久而久之，砂粒就会在地温主机中越积越多，降低主机的效率，甚至报废。
选用了正规厂家的高质量除砂器，还要经常定期排污除砂，才能达到除砂的目的，起到保护水源热泵主机的作用。
地温中央空调系统是一柄“双刃剑”，利用的好，可产生巨大的经济效益和良好的社会效益；但是，如果处理不当，会对水资源和建筑物造成破坏。让我们从细微处着手，切实做好每一个环节，使地温中央空调运行的越来越好。

高温水源热泵蓄热空调系统
技术背景
1、电蓄能技术以其在电网削峰填谷方面的显著作用和低廉的运行费用，如今已在工程中大量应用。
2、目前国内市场上的水源热泵产品在制热运行时最高出水温度都在50℃左右，因而制约了这一新型技术的推广应用范围。最近制热出水温度可达75℃的高温水源热泵机组已经由中国科学院广州能源所研制成功，由中科能公司投入生产并在实际工程中成功应用，效果显著。
本方案将中科能公司利用中国科学院广州能源所最新研究成果生产的国内领先的高温水源热泵产品和电蓄热技术相结合，配以先进的控制系统，实现建筑物的冷、暖、生活热水三联供，以最少的投资和最少的运行费用达到最佳的使用效果，从而产生良好的经济效益和社会环境效益。
一、工程概况
本工程建筑面积10000m2，按节能建筑标准设计，为教学综合楼，中央空调系统，并有每天两小时的卫生热水供应。空调时间为每天早7：30至晚18：30。
二、供热空调系统初步方案
根据建筑物的使用性质，为合理利用能源，降低能耗，减少环境污染， 本建筑空调供热系统初步决定采用绿色新能源设备—水源热泵空调机组作为中央空调及热水系统的冷热源。
2.1 水源热泵系统具有如下几个方面的优点：
2.1.1 属可再生能源利用技术
水源热泵系统是利用地球表面浅层的无限可再生地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
2.1.2 属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，这种温度特性使得水源热泵系统比传统空调系统运行效率平均要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，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。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
2.1.3 环境效益显著
水源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
2.1.4 一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，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；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。

2.2 本工程水源热泵系统形式
本工程建筑物为综合性办公建筑，空调系统使用时间集中在白天，根据这一特点，为使运行费用最大限度的降低，我公司为本工程设计了高温水源热泵蓄热供热空调这一系统形式。在夏季高温水源热泵机组可直接作为制冷机用于空调系统供冷。在冬季运行时，机组制热最高出水温度可达75℃，根据电力部门峰谷电价计费政策，可以在谷电时用来蓄热，在峰电由蓄热水箱向空调系统供热。这种系统将中科能公司利用中国科学院广州能源所最新研究成果生产的国内领先的高温水源热泵产品和电蓄热技术相结合，配以先进的控制系统，以最少的投资和最少的运行费用达到最佳的使用效果，从而产生良好的经济效益和社会环境效益。
高温水源热泵蓄热主要有两种运行方式。一种是全部使用低谷电，（23：00～7：00为低谷电价）即低谷时段水源热泵开启运行并蓄热，平电及高峰用电时段（7：00～8：00、11：00～18：00执行平电电价，（8：00～11：00、18：00～23：00）执行峰电电价关闭水源热泵，由蓄热水箱中的热水向系统供热。另一种运行方式是在使用低谷电的同时使用一部分平价电，即低谷时段水源热泵开启运行并蓄热；白天由蓄热水箱中的热水向系统供热、同时使用一部分平价电蓄热或供热。
运行方式的不同，将对水源热泵的容量,蓄热水箱的容积，变压器大小，采暖运行费用的高低等产生较大影响。全谷电运行方式，运行费用最低，但初投资较大。谷电+平电运行方式，初投资适中，但运行费用比全谷电要高。综合分析显示，对于全天需要需要供热的系统，谷电+平电运行方式比较合理，而对于综合办公或商业建筑，因为夜间负荷很小，采用全谷电的运行方式在投资和运行方面都比较经济；根据核算， 3-5年内即可将增加的初投资收回。
本工程拟采用全谷电蓄热的运行方式。
2.3 高温水源热泵蓄热系统的优势
高温水源热泵蓄热式空调供热系统与传统的空调供热系统和常温水源热泵系统相比有如下几个方面的突破。
1. 制冷运行效率比普通冷水机组制冷效率可提高20%以上，并且可以生产卫生热水，功能得到了延伸。
2. 主要利用地下水中蕴藏的低位地能，与电锅炉蓄热系统相比，同样的制热量其耗电量减少65%以上，节能效果显著。
3. 解决了常温水源热泵系统制热出水温度低的问题，并且通过利用低谷电蓄热，使运行费用与常温热泵机组直接运行相比大幅度降低。
配备先进的自动控制系统，可以实相现无人职守运行，运行管理成本低；系统供水温度可以根据室内外温度变化自动调节，使系统运行更加合理节能。可满足各种环境及条件的要求。
三、系统设计
3.1 负荷估算
工程地点位于北京，根据当地气象参数和相关空调供热设计标准，夏季空调设计冷负荷概算指标取70W/m2，冬季建筑供暖设计热负荷概算指标取45W/m2，建筑平均空调供热负荷按设计负荷的70%计，由此可得：
建筑总冷负荷为700KW，平均冷负荷为490KW；
建筑总热负荷为450KW，平均热负荷为315KW。
卫生热水供水温度50℃，每天供水2小时，负荷估算为232KW。

3.2 设备选型
水源热泵蓄热空调系统是主要由机组蓄热系统、水源水系统和用户系统三部分组成。
机组蓄热系统主要由高温热泵机组、蓄热水箱、换热器、一次循环水泵、变频控制设备等组成。
水源水系统由抽回灌井、井用潜水泵、井口设备等组成。
用户系统由水处理设备、空调循环泵、补水定压装置等组成。
系统内的水源热泵、水泵、变频控制系统均由系统控制柜控制，加上电动碟阀可做到无人值守全自动运行，在需要时全部设备也可手动操作运行。
热泵机组：根据冷热负荷情况，考虑到设备运行的备用和调节等因素，本方案选用两台中科能公司生产的GWHP400型高温水源热泵机组作为系统的冷热源设备。单机额定制热量401KW，热水进出水温72℃/62℃额定制冷量356KW，冷水进出水温52℃/42℃。
蓄热水箱：蓄热水箱的最高水温可以达到72℃空调采暖系统供回水温度如果设定为50℃/40℃，考虑到换热器的换热温差，蓄热水箱的最低水温应不低于52℃。采暖期系统每天工作11小时平均总热负荷为3465KW，可以全部利用蓄热，考虑一定的热量损失，蓄热水箱总容积初步确定为160m3。谷电期间，两台机组同时工作，4.5小时即可蓄足白天所需热量，同时向系统小负荷供热保温。在天气特别严寒，蓄热不能满足系统需要时，可短时间开启热泵机组向系统补充热量。
水源井及潜水泵：根据冷热负荷和机组型号，经计算可知水源热泵系统井水最大流量为98m3/h。根据工程所在地水文地质情况，设一抽一回两口井即可满足使用要求，井深暂定80m，单井出水量按150m3/h设计，两口井交替使用，每口井设一潜水泵，型号为250QJ100-81/3，额定扬程81M，额定流量100m3/h。
其它相关附属设备如下表。
表1 系统设备一览表
序号         名称         型号         单位         数量         输入功率KW         备注
1         高温热泵机组         GWHP400         台         2         83/103         　
2         蓄热水箱         150m3         套         1         　        　
3         抽回灌井         80m         口         2         　        　
4         井用潜水泵         250QJ100-81/3         台         2         34         一用一备
5         一次循环泵         IRG100-125         台         2         11         一用一备
6         空调循环泵         ISG80-160         台         2         7.5         一用一备
7         供热换热器         CB76L         台         1         　        　
8         热水供水泵         IRG40-160         台         2         2.2         一用一备
9         热水换热器         CB27         台         1         　        　
10         热水一次泵         IRG50-100         台         2         1.1         　
11         热水箱         8 m3         个         1         　        　
12         软化水设备         4t/h         台         1         　        　
13         软化水箱         10m3         个         1         　        　　
14         补水定压设备         4t/h         套         1         2.2         　
15         变频控制器         　        套         1         　        　
16         中心控制器         　        套         1         　        　

3.3 系统运行原理
系统运行原理详见附图。
四、初期投资估算
序号         名称         型号         单位         数量         单价 (万元)         合价 (万元)         备注
1         高温热泵机组         GWHP400         台         2         　 　         　 　         　
2         蓄热水箱         150m3         套         1         　 　         　 　         　
3         抽回灌井         80m         口         2         　 　         　 　         　
4         井用潜水泵         250QJ100-81/3         台         2         　 　         　 　         一用一备
5         一次循环泵         IRG100-125         台         2         　 　         　 　         一用一备
6         系统循环泵         ISG80-160         台         2         　 　         　 　         一用一备
7         供热换热器         CB76L         台         1         　 　         　 　        
8         热水供水泵         IRG40-160         台         2         　 　         　 　         一用一备
9         热水换热器         CB27         台         1         　 　         　 　         　
10         热水一次泵         IRG50-100         台         2         　 　         　 　         　
11         热水箱         8 m3         个         1         　 　         　 　         　
12         软化水设备         4t/h         台         1         　 　         　 　         　
13         软化水箱         10m3         个         1         　 　         　 　         　
14         补水定压设备         4t/h         套         1         　 　         　 　         　
15         变频控制器         　        套         2         　 　         　 　         　
16         中心控制器         　        套         1         　 　         　 　         　
17         电动阀门         　        项         1         　 　         　 　         　
18         阀门管件         　        项         1         　 　         　 　         　
19         钢管\刚材         　        项         1         　 　         　 　         　
19         其它材料         　        项         1         　 　         　 　         　
20         施工费用         　        项         1         　 　         　 　         　
22         综合费用         　        项         1         　 　         　 　         　
23         合计         　        　　        　　        　        197.52         　
注:本估价仅供参考,工程实际造价根据最终设计图纸安相关规定进行预算。
五、运行费用简析
根据负荷情况，两台GWHP400型热泵机组和附属设备在冬季蓄热运行时，每日谷电用量约1130KWh， 附属设备每日平+峰电用电量约214 KWh；过度季节，热泵和供热水附属设备基本使用平电+峰电运行，日耗电量约120KWh；夏季空调时，系统主要利用平电+峰电运行，每日耗电量约910 KWh。
北京谷电价格暂按0.20元每度计算，平电和峰电平均电价暂按0.60元每度计算。
项目         谷电         平电+峰电         费用合计
        用电量         费用(元)         用电量         费用(元)        
冬季采暖热水120天         135600KWh         27120         25700 KWh         15420         42540
过度期热水135天         　        　        14200 KWh         8520         8520
夏季空调热水110天         　        　        100100 KWh         60060         60060
合 计         　        　        　        　        111120
由上表简单计算可知，整个系统每年的运行费用约111120元，折合每平米11.11元。此费用仅为燃气供热加普通冷水机组制冷运行费用的二分之一或电锅炉蓄热供热加普通冷水机组制冷运行费用的三分之一，而它的节能与环保效益更是其它供热空调方式所无法替代的。

六、结论
通过以上论证可见，采用高温水源热泵机组夏季空调，冬季蓄热供暖并提供全年生活热水，无论从系统投资还是运行费用方面，都较其它供热空调方式有显著的优越性。该种系统形式可以有效的节约能耗，降低环境污染，具有良好的社会效益和可持续发展性，不失为最优化的供热空调系统形式。

西藏地区使用水源热泵时供暖末端装置的选择分析
０. 前言
水源热泵进行供暖的工作原理为：冬季从水源中提取能量,也就是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,采用热泵原理,通过空气和水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。由于西藏地区缺煤少油，常规能源非常缺乏，一直困扰着西藏的经济发展，严重的电力不足制约着拉萨及周围地区的工农业发展。但西藏却有丰富的水力、地热、太阳能和风能等资源，其地下水比较丰富,它与河湖等地表径流的关系十分密切,全区地表径流约有30%系由地下水补给,因此,文中选用水源热泵的水源为地下水,并进行回灌。普通供热末端装置一般为风机盘管和散热器两种形式，本文将对这两种装置的优缺点进行分析并对这两种系统进行经济性分析，从而得出哪一种方式更适合西藏地区的供暖需要。
1. 末端装置的类型及其特点
1.1 风机盘管
1.1.1 风机盘管的优点
①风机盘管空调系统由于布置灵活,节省建筑空间, 对于不同建筑平面的布置形式都可以适应。
②在温度控制方面,分散分布的风机盘管有利于不同朝向的房间就地控制,从而使不同负荷房间的温度基本平衡，各空调房间可独立地通过风量、水量(或水温)的调节,改变室内温湿度,当房间无人时可关闭风机盘管机组而不会影响其它房间,节省运行费用。
③风机盘管出风有一定风速，所以室内气流分布均匀，流动较快，热交换充分，可以使房间在短时间内完成预热。
1.1.2 风机盘管的缺点：
①风机盘管送回风口必须装空气过滤器，否则用了一二年以后表冷器就积满灰尘，影响表冷器的传热效果，而且过滤器要定期清理，否则室内空气品质要下降。
②西藏地区由于其特有的地理环境及技术经济的相对落后，将给与风机盘管产品相配套的售后产品维护和维修带来较大的困难。
1.2 散热器
1.2.1 散热器的优点
①散热器作为供热末端装置，其运行费用很低，因为风机盘管运行时风机要消耗电能来使风机转动，而散热器不需要，节省了很多运行费用。
②散热器相对价格比较低廉，且安装简单，维修方便。
1.2.2 散热器的缺点：
①散热器供暖靠辐射对流，室内气流分布不太均匀，热交换不是很充分，所以相对风机盘管来说，其预热时间较长，如果房间为间断供暖，由于其预热时间长，所以一般散热器为全天供暖，造成能量的浪费。
②由于水源热泵提供热水，所以供水温度不太高，散热器的供回水温差不能取太大，这样使散热器传热效果下降。

2. 末端装置的选型
2.1 风机盘管的选型
2.1.1 选型方法
风机盘管有两个主要的性能指标,即风量和热交换量。风量由风机选型确定；热交换量则与盘管的传热面积、冷 (热)媒的温度和流量以及经过盘管的空气温度和流速等因素有关。一般厂家样本上都会给出风机在高中低三档下的在标况下的名义风量和名义制冷、制热量。我国行业标准JB/T4283-91《风机盘管机组》中规定:名义风量须在盘管不通水,空气进口静压差为零的条件下进行测定。但是风机盘管的使用条件显然不同于测试条件: 实际情况往往是风机盘管需加装进、出口短管,回风格栅需加装过滤器,使实际应用系统风的阻力增大,导致名义风量下降,从而造成供冷供热不足。所以,风机盘管实际风量和冷量热量是低于名义值的。对于仅供热使用的风机盘管,一般进水温度为50℃～60℃,尽管整个系统为软水,仍有一定的积垢、积尘影响,还需要进行污垢修正。为了保证实际风量,在选用风机盘管机组时,必须具备一定的机外静压,用来克服空调系统的阻力，一般取机外静压大于20Pa。
这样根据风量修正、污垢修正,一般取总的修正系数为1.3，求得盘管实际工况下的冷（热）量。当其大于等于计算冷（热）负荷时,则满足要求;当其小于计算冷（热）负荷时需增大盘管继续复核。
当提供三档速度控制开关或可调速电机时,一些设计师根据中档转速的额定冷量来选择风机盘管。这种方法既保证机组在室内运行起来较安静,而且在速度提高时能增大机组容量。但同时应该看到，由于大机小用,不仅加大了系统容量,提高了工程造价,而且使冷水机组长期处于大流量小温差的不良状态下运行,这会导致系统效率低下,能耗加大,所以按中速档参数选用风机盘管,并非合理作法,仅能作为目前的权宜之计。
2.1.2 选型参数
根据上述的选型方法，本文进行风机盘管选型时，取机外静压大于20Pa，总制热量的修正系数为1.3。
2.2 散热器的选型
2.2.1 选型方法
现在使用的散热器主要有铸铁散热器，钢制散热器，铝制散热器。灰铸铁散热器虽然价格低廉，耐腐蚀，使用寿命长，但是生铁消耗太大，能源消耗太大，在供暖热量相同时，灰铸铁散热器的重量要比钢制散热器的重量约高出两倍。现今，已经向新型铸铁散热器发展，采用新技术向轻型化，美观化发展。钢制散热器是发展方向。因为钢制散热器具有很多特点：重量轻、承压高，热工性能好，节材节能；装饰性强；安装和维护方便，生产条件好，易机械化、自动化，产品质量稳定，不污染环境。钢制散热器已列为国家重点推广计划，到2010年时，将达到“以钢为主”。铝制及复合陶瓷板式散热器 ，此类散热器适应潮流，价虽高，但K值也高，金属耗量低，耐腐蚀性强，美观寿命长，一般只使用装修标准高的房间。

2.2.2 选型结果
由《西藏地区供暖用水源热泵和散热器的初投资经济性分析》可知，对不同类型的散热器，在满足水阻力损失的要求下，应优先选用闭式钢串片和高频焊翅片管，而且工业企业及民用适应性极强，尤其适应高湿、腐蚀及恶劣条件下的化工企业，其K值虽不高，但金属热强度高，经结合比较，其价格性能比最佳，且工程造价也较低。经计算选用闭式钢串片GCB120-1型。
3. 系统形式
3.1 热泵
水源热泵机组的制热系数随着出水温度的升高而降低，出水温度每升高1℃，制热系数降低1.5%。因此，水源热泵机组出水温度越高，要获取相同的热量，机组的功率就会增加，容量增大，热泵的初投资就会提高；而且，随着出水温度的增加，获取相同的热量，热泵的耗电量将会相应增加，因此，运行费用也要增多。
3.2 风机盘管
供暖末端为风机盘管时，结合热泵和风机盘管的初投资，一般取热泵的出水温度为４5℃。这样热泵的初投资较省，运行费用降低。而风机盘管的价格会高一些，不过相比水源热泵，风机盘管容易生产，价格较低。所以，综合考虑热泵与风机盘管的价格因数，取热泵的出水温度为４5℃。
3.3 散热器
根据《西藏地区供暖用水源热泵和散热器的初投资经济性分析》，可知供暖末端为散热器时，选用低温热泵和中高温热泵，其初投资均在出水温度为55℃时为最低。所以，末端为散热器时，取热泵的出水温度为55℃。
3.4 系统形式分析
热泵的制热系数εh可表示为：εh=Qh/P。水源热泵出水温度为４５℃时的制热系数εh为3.9，而出水温度为５５℃时的制热系数εh为3.3369，可见使用风机盘管时水源热泵的制热系数比使用散热器时的高１５％。且由《西藏地区供暖用水源热泵和散热器的初投资经济性分析》可知：水源热泵随着出水温度每升高/降低1℃,热泵单位热量价格升高/降低1.5%，可见使用风机盘管时水源热泵单位热量价格上比使用散热器时的低15%，即水源热泵的初投资上使用风机盘管时比使用散热器节省15%。热泵制热系数与其初投资成反比关系。
对于低温热泵，当Tc=45℃时,热泵的单位价格为0.56元/大卡;对于中高温热泵，当Tc=75℃时, 热泵的单位价格为1.242元/大卡。可知：
使用低温热泵时 r=0.482[1+(Tc-45)×1.5%] 元／W
使用高温热泵时 r=1.068[1-(75-Tc)×1.5%] 元／W
使用低温热泵时，４５℃出水时热泵的单位热量价格为0.482元/W，55℃ 出水时为0.554元/W。使用高温热泵时, ４５℃出水时热泵的单位热量价格为0.587元/W, 55℃ 出水时为0.748元/W。
散热器选型为闭式钢串片GCB120-1型，其一片价格为160元，有效散热面积为5.72m2，K=1.29⊿T0.15W/ m2. ℃。取散热器的修正系数为1.2，则其单位热量价格为：
R=160×1.2/[5.72×1.29(Tc-20.5) 1.15]元/W
可算得散热器供水温度为55℃，供回水温差为５℃时，闭式钢串片GCB120-1型散热器的单位制热量价格为０.4434元/W。
风机盘管的选型，假设每个房间的热负荷均为1500W，根据上述风机盘管的选型步骤，选择型号为MCW200C的卧式暗装风机盘管。机外静压为30Pa，水流量为0.24m³/h, 45℃进水温度下的制热量为1970W（大于计算热负荷1500 W×1.3=1950W），风机功率为42W，价格为850元，即风机盘管的单位制热量为0.5667元/W。
根据水源热泵的两种形式（低温与中高温热泵），将系统形式分为：低温水源热泵加风机盘管、低温水源热泵加散热器、中高温热泵加风机盘管和中高温水源热泵加散热器四种系统形式，要分别给予计算。
由以上分析可知，低温水源热泵加风机盘管的初投资为1.0388元/W，低温水源热泵加散热器为0.9974元/W，中高温热泵加风机盘管为1.1154元/W，中高温水源热泵加散热器为1.1191元/W。可见在初投资上使用散热器的系统稍微节省，大致价格相当。
运行费用上主要由热泵即风机盘管的电费和维修费用组成，假设每个房间的热负荷均为1500W，热泵45℃出水时其功率为385W，而55℃出水时其功率为449W，而风机盘管的功率仅为４２W，可见风机盘管的功率远远小于水源热泵的功率，所以可知使用风机盘管的系统时功率为４２７Ｗ小于使用散热器的系统功率为４４９W,这样其运行费用应较节省．具体计算可由下面实例给出。

4. 经济性分析
4.1 初投资
西藏拉萨地区的冬季计算用采暖期室外平均温度为0.5℃，室内计算温度取18℃。例如，取某工程的总热负荷为1000KW，假设每个房间的热负荷均为1500W。
表1.系统初投资价格表
低温水源热泵+
风机盘管        低温水源热泵+
散热器        中高温热泵+
风机盘管        中高温水源热泵+散热器
热泵价格（元） 482000
末端价格（元） 566950
总价格（元） 1048950        554000
443400
997400        587000
566950
1153950        748000
443400
1191400
4.2 运行费用
由于该工程中使用的地下水为自采自用，因此运行费用中的水费不予计算；另外，本文主要对供暖末端不同的系统进行分析，为了简化起见，运行费用中的人工费用不予计算，维修费按初投资的２.５％计算。
西藏拉萨地区冬季计算用采暖期为142天，进行12小时供暖，取拉萨地区电费为0.5元/千瓦时。
计算结果见下表。
表2.系统运行费用比较
低温水源热泵+
风机盘管        低温水源热泵+
散热器        中高温热泵+
风机盘管        中高温水源热泵+散热器
热泵电费（元） 218461
末端电费（元） 23868
维修费（元） 26224
运行费（元） 268553        257013
/
24935
281948        218461
23868
28849
271178        257013
/
29785
286798
4.3 年度总费用
年度费用，考虑现金流量的年度等值为年度费用，以A表示。计算公式为：
A=k*[i0(1+i0) j]/[ (1+i0) j –1]+c
其中：k—初投资；
c—运行费用；
i—基准贴现率，i=12%;
j—回收年限，15年；
A—年度费用。
表3.系统的年度总费用比较
低温水源热泵+
风机盘管        低温水源热泵+
散热器        中高温热泵+
风机盘管        中高温水源热泵+散热器
年度总费用（元） 422560        428390        440610        461720
由以上数据可以看出：
1.使用中高温热泵时，由于其价格高于低温热泵，所以年度费用上均高于低温热泵。
2.在运行费用上，热泵的耗电量占很大一部分，所以在保证系统初投资最低，满足热负荷需求的情况下，尽量使热泵的出水温度为最低限．
3.选用风机盘管作为供暖末端时，虽然其系统初投资要稍高于使用散热器的系统，而其运行费用要比使用散热器高出不少，所以年度总费用上低与使用散热器的系统，既使用风机盘管的系统节能，但没有明显高于使用散热器的系统．
4．使用高温热泵比低温热泵系统年度总费用要高，主要由于其初投资要比低温热泵高很多．
5． 结论
　通过上述计算可知，使用低温热泵加风机盘管的系统在经济性上最佳，但是其经济性没有明显高于使用散热器的系统，而我们的计算是考虑维修费用均为初投资的２.５％，而考虑西藏地区的实际情况，散热器的维修费用要明显低于风机盘管的维修费用，而且方便维修，配件方便，所以在西藏地区大型供暖工程建议使用热泵加散热器的形式．

地下水源热泵与地板供暖系统的技术经济分析
一 引言
延边地区为朝鲜族自治区，该地区临近日本海，地下水资源比较丰富，地下水温常年在12～14℃，地下水位一般在15～20米左右。气候上属于海洋性气候，夏季凉爽，不需要空调；冬季十分严寒，所以搞好供暖工作十分重要。
当地人们有采用自烧地炕作为冬季供暖方式的传统习惯，但随着人们居住环境由平房搬进楼房，人们对生活质量和环境要求的提高，这种方式已经在城市住宅中淘汰。大部分采用城市集中供热作为热源，室内系统采用散热器系统和地板供暖系统，并且由于人们习惯于传统地炕，采用地板供暖系统更受欢迎。近几年随着供暖技术的发展，供暖热源又有了很多新的选择，包括有地源热泵（包括以土壤、地下水、地表水为热源的不同形式）和直接电加热。本文将对一些典型供暖方案作技术经济分析，供设计人员和业主参考。
二 地下水源热泵与地板供暖结合的供暖系统
1　地下水源热泵
本文只考虑供暖情况，所涉及地下水源热泵是指利用地下水作为低位热源，通过电驱动制冷系统做逆制冷循环，吸收地下水的热量向房间供暖的单热泵，它的主要优点是：
（1）节能，冬季地下水温度比环境空气温度高，并且地下水温较为稳定，使得热泵工作效率高，热泵机组COP可以达到3.5以上，加上水泵等系统的COP在3.0左右，而空气热泵系统的COP一般在1.8～2.2左右，在寒冷地区则更低，且由于结霜和排气温度太高而无法正常使用。
（2）污染小，由于热效率高，其一次能源消耗量很小，由此造成的温室气体排放较其他几热源都要低。运行没有任何直接污染，可以建造在居民区内。没有排放及废弃物，不需要堆放燃料和废物的场地，以及不用远距离输送热量。没有空气源热泵的热污染和较大的噪声污染等。
（3）运行稳定可靠，自动控制程度高，运行维护费用低，寿命长。
但是地下水源热泵受地下水源的限制，只有在有充足良好的地下水源情况下才可以使用，且一定要做好井水回灌工作，做到在使用地下水源的时候尽量保护地上水源。
2　地板辐射供暖
地板供暖供暖是通过在地下敷设热水散热盘管或直接敷设电热丝，利用地面自身的蓄热辐射而将热量向地面上的空间散发，维持该空间具有较稳定合适温度状态的一种供暖技术，它的主要优点是：
（1）提高了室内环境的舒适度，低温地板供暖采暖给人以脚暖头凉的舒适感，符合人体的生理学调节特点。热容量大，热稳定性好。
（2） 节约能源，低温地板供暖采暖可以在比室内正常设计温度低2～3℃情况下达到对流散热供暖相同的舒适度，比传统的采暖方式要节约能源。热量集中在房间下部的工作区间内，不会出现上热下冷的现象，另外，低温地板辐射采暖可方便地实现分户热计量控制。
（3）扩大了房间的有效使用面积，采用暖气片采暖，一般100平方米占有效使用面积达2平方米左右，而且上下立横管诸多，给用户装修和使用带来不便。
（4）使用寿命长，低温地板采暖可靠性高，使用寿命在50年以上，不腐蚀、不结垢，节约维修和更换费用。
（5）对热能温度要求不高，大热能温度低于50度时，有较强的适应性。
另外，地板供暖方式从室内供暖方式上来讲，与延边地区传统的地炕相同，所以在该地区很受欢迎。
地板辐射供暖的缺点是增加了地板的厚度，使房间净高减小。另外；家具特别是厚地毯等对散热效果有较大的影响。

3　地下水源热泵与地板供暖结合的供暖系统
由于地板供暖供水温度不能太高，混凝土地板辐射供暖的供水温度宜采用45～60℃，供回水温差宜采用5～10℃。城市集中供热设计供回水温度为95℃/70℃，要应用地板供暖系统，用户需自己加设换热器。而采用地下水源热泵为热源时，较低的供水温度正好使得热泵机组的冷凝温度较低，这样可以使得机组的性能系数COP较高，在同样的供暖量情况下减少了电耗。对于地下水源热泵供热系统，由于供水温度较低，采用传统的散热器作为末端散热设备的话，势必需要增加散热器的散热面积。所以地下水源热泵结合地板供暖是利用了双方的优点而避免了双方的缺点，是一种经济、高效的供暖系统形式。
三 技术经济分析
本文以住宅楼为例，对地下水源热泵结合地板供暖系统、现有的城市集中供热和散热器系统、城市集中供热和地板供暖系统、直接电加热地板供暖系统从一次能源消耗量、能源利用率、初投资和运行费用、投资经济性等方面进行了比较。四个方案编号如下：
A　地下水源热泵+地板供暖
B　电加热+地板供暖
C　城市集中供热+地板供暖
D　城市集中供热+散热器供暖
1 一次能源消耗量与能源利用率比较
比较能源消耗量需要有共同的标准，一般采用一次能源消耗量为基准。一次能源是指在自然界现成存在，可以直接取得而不用改变其基本形态的能源，如煤、天然气、石油等。能源利用率在这里指用户需要的热量与消耗的一次能源的比值。能耗计算原则如下：
散热器供暖时设计供热量60W/m2，地板供暖设计供热量为50 W/m2，全年供暖期为150天，按每天供暖20小时计算，共3000小时，整个供暖季单位面积平均供热量按设计供热量的60%计算。
地下水供回水温度为12℃/5℃，用户侧供回水温度为45℃/38℃，根据实测数据和产品样本，热泵机组COP为3.8。
水泵与电机综合效率为50%，地下水位实测为15～20m，地下水泵扬程取为25m，用户侧水泵扬程为20m。水泵按定流量运行，流量按设计供热量计算。
电加热效率取为100%，发电输电配电系统总效率为30%。
集中供热能量转换与输配综合效率为80%，板式换热器，设其效率为95%。
四个方案一次能源消耗量及能源效率比较见表1。
一次能源消耗量及能源效率比较 　表1
　         A        B        C        D
　　
所需热量MJ/m2•a        324        324        324        389
　　
消耗电能MJ/m2•a        97.8        324.0        7.2        0
　　
消耗热能MJ/m2•a        0        0        341        389
　　
一次能源消耗量MJ/m2•a        326        108        450        486
　　
能源利用率        99.4%        30.0%        71.9%        80.0%
2 初投资比较
地下水水井费用每口井20000元，出水量20～30t/h，这样的井2口可供6000 m2建筑面积使用，折合为6.67元/ m2。热泵系统初投资为60元/ m2。
电加热变电设备等投资为20元/ m2。延边地区不收电力增容费。
集中供热入网费为50元/ m2，视离供热站距离远近而定的入网管道费为10～30元/ m2，这里取为20元/ m2。方案C的换热器系统投资为10元/ m2。
低温辐射地板和散热器系统的初投资相同，都是50元/ m2。
四个方案初投资比较见表2。
初投资比较　 表2
　         A        B        C        D
　　
地下水井￥/ m2        6.67        0        0        0
　　
设备和入网费￥/ m2        60        20        80        70
　　
地板或散热器￥/ m2        50        50        50        50
　　
总计初投资￥/ m2        116.67        70.00        130.00        120.00
3 运行费用比较
计入变压器线路损失费用后电价为0.4元 /kWh。
集中供热收费对住宅楼收费为20元/ m2。
采暖地板供暖的方案ABC维修费用按照设备投资的2%计算，散热器系统的维修费用按照散热器设备投资的3%计算。
四个方案年运行费用比较见表3
年运行费用比较　 表3
　         A        B        C        D
　　
电缆￥/ m2        10.87        36.00        0.80        0
　　
供热收费￥/ m2        0        0        20.00        20.00
　　
维修费￥/ m2        2.33        1.40        1.00        1.50
　　
合计年费用￥/ m2        13.20        37.40        21.80        21.50
4 寿命周期费用 （Life Cycle Cost ,LCC）
寿命周期费用 （LCC）是指在设备寿命周期内投入的设置费用（初投资）和维持费用（运行费）的总和，寿命周期费用是设备投资方案的重要依据。由于初投资和运行费在时间概念上是不一样的，应该把它们折算到同一时间点上进行比较。本文按资金年利率为10%都折算为现值进行比较。
水井、地板供暖末端设备、散热器末端寿命为30年，其余设备为15年，计算总费用周期为30年。
四个方案寿命周期费用现值比较见表4。
寿命周期费用现值比较 　表4
　         A        B        C        D
　　
初投资￥/ m2        131.03        74.79        132.39        120.00
　　
运行费￥/ m2        124.46        352.57        280.96        278.09
　　
LCC现值￥/ m2        255.50        427.35        413.35        398.09

5　各方案技术经济分析
从能源利用角度来年，方案A最好，其一次能源消耗量最少，能源利用率最高；方案B最差，其一次能源消耗量最多，能源利用率最低；方案C的一次能源消耗量比方案D少，但是由于需要换热器和运行水泵等设备，其能源利用率比方案D要低。
初投资最少的是方案B，主要是电加热设备价格低廉，而且不收取电力增容费。倘若收取电力增容费800元/kW，方案B的初投资将接近其它方案。方案A的初投资方案C的初投资最高，同由于集中供热入网费用较高，并且为适应地板供暖还需加设换热器等设备。方案D初投资一般，与方案B相差很小。
运行费用最低的是方案A，这一方面是由于热泵的运行效率高，另一方面也是由于地下水位高，使得泵耗等也小。方案B的运行费用最高，是由于全年供暖时间较长，消耗电能较多，而电是属于高品质能源，价格自然较高。在供暖期较短，室外温度较高的地区，采用电热直接供暖其费用才比较有竞争力，在寒冷的东北地区则不太适宜。集中供热按面积收费使得地板供暖的节能优势没有办法得到应有的回报，总费用方案C还比方案D略高。
对各方案的寿命周期费用分析表明，方案A的寿命周期费用最低，是最优的方案。方案B的寿命周期费用最高，但其初投资小，在资金较短缺时也可采用。方案C的寿命周期费用和初投资都比方案D要高，说明在集中供热按面积收费和供水温度不适合地板供暖的情况下，采用地板供暖经济性不如散热器供暖。
从该地区的特殊情况来说，当地人们比较习惯于地板供暖，而地下水源热泵与地板供暖结合的供暖系统在经济上有较大的优势，值得在该地区推广。
四 结论
地下水源热泵与地板供暖系统结合的供暖方案初投资适中、运行费少，在地下水源较充足的延边地区应该推广使用。

水源热泵空调系统设计
园位于武汉市汉口香港路中段，是武汉市地税局开发建设的职工自用住宅小区，整个小区占地17亩，东西方向长约140m，南北方向长约100m，临街有幢70年代兴建的8层住宅楼，长度约60m。小区由三幢13层的小高层住宅围合而成，总建筑面积为40856m2, 其中1号楼1单元1~7层为办公用房，办公用房建筑面积2856 m2。小区建筑高度40M，共有住户188户。
本工程98年开始设计，2000年开始动工兴建，2002年11月竣工投入使用，现已使用一个完整的空调制冷供暖季，使用效果良好，达到了预期的设计目的。
1．设计参数
空调室外设计参数按《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87，2001版）武汉地区气象参数选取，室内设计计算参数按表1选取。根据室内外设计参数，计算出的室内空调冷负荷如下：1号楼（综合楼）空调冷负荷1164.6Kw，热负荷931.7Kw；2号住宅楼空调冷负荷1058.4Kw，热负荷846.8Kw；3号住宅楼空调冷负荷1464Kw，热负荷1171.2Kw。空调总冷负荷3687Kw，热负荷2950Kw。
表1 空调室内设计计算参数
序号        名 称        夏 季        冬 季
                温度（℃）        相对湿度（%）        温度（℃）        相对湿度（%）
1        办公        26        60%        20℃        40%
2        客厅        27        65%        20℃        40%
3        餐厅        27        65%        20℃        40%
4        卧室        26        65%        20℃        40%
2．空调冷热源
该场地位于长江一级堆积阶地中部，地势平坦，地面标高20.5m，根据场地岩土工程勘察报告和武汉地质工程勘察院2001年4月编制的“试验井水文地质报告”可知，场地内赋存丰富的地下承压水，开发利用条件极好，具备使用水源热泵的条件。
2.1 场地水文地质条件和主要含水层水文地质参数
场地地层为第四系全新系统冲积层，为一元结构，自上而下分布为：杂填土，深度0~1. 6m；淤泥质粘土，深度1.6~14.0m；淤泥质粉砂，深度14.0~17.0m；粉细砂，深度17.0~35.0m；属弱透水层，厚度18m；细砂，深度35.0~40.0m, 主要含水层，层厚5m；含砾中粗砂，深度40.0~43.0m，砾径一般为0.5~1.0cm，主要含水层，层厚3m；砂砾石，深度43.0~46.0m，以砾石为主，砾径一般为1.0~5.0cm，最大达12cm，磨园度好，主要含水层，层厚3m；含砾粘土岩，深度46.0~47.0m，砾石大小混杂，以石英岩、石英砂岩为主，次为火遂石、硅质岩，为隔水层。因此，场地含水层总厚度为29m，其中主要含水层厚度为11m，分布在中下部。
2001年4月测得地下静止水位标高为17.8m（从井口标高21.0m算起埋深3.2m），含水层顶板标高3.5m，因此，地下水的类型为承压水，承压水头高度为14.3m。抽水试验系单井抽水试验，当用QJ-5/24型深井潜水泵抽出水量1200m3/d时，5分钟后地下水位基本稳定于标高14.7m处，水位下降值3.1m，水位稳定时间24小时。经过计算，水文地质参数为：渗透系数K值为14.55m/d，影响半径尺值为118.33m。
地下水为无色、无味、无肉眼可见物，实测水温为18.5℃，经水质分析，地下水水化学类型属重碳酸钙型水，PH值为7.2，总矿化度980.75mg/l，总硬度535.12mg/l，属中等矿化极硬水。总铁（Fe）含量为16mg/l，其中Fe2+含量为15.8mg/l，Mn含量为0.44mg./l，CL-含量为84.72mg/l。不经过专门处理，不适宜饮用和生活洗涤用。

2.2 抽水井和回灌井设计
抽水井、回灌井的布置及设计必须根据场地环境条件进行，在保证水源热泵空调系统地下水长期稳定使用的前提下，又不致造成地下水利用期间地质灾害的出现。经过计算机和水源冷热水空调机组的选型，地下水开采量必须达到满足高峰空调负荷的3000m3/d。根据此用水量和试验井抽水试验数据，抽水井设计为三口，每口井水量1000m3/d, 三口井三角形布设，间距80~120m，回灌井五口，每口井回灌水量600 m3/d，总回灌水量3000 m3/d，五口井呈梅花形布置，井间距最小大于40m。当三口抽水井与五口回灌井同时工作时，即抽取的地下水经水源热泵机组利用后全部回灌入五口回灌井时，经电子计算机专用程序计算后，并绘制出抽水井和回灌井同时工作状态下水位等值线图显示，场地东侧基本没有变化（变化小于0.5m），场地南侧地下水水位有不到1.0m的沉降，大部分场地的地面沉降均小于0.5cm，只有场地南侧地面沉降有1.0cm。大部分场地（包括原有8层住宅楼）不均匀沉降小于0.2‰，不会产生不良地质现象或影响建筑物的正常使用。地下水的开采与回灌设计由武汉地质工程勘察院进行，并由湖北省深基坑工程咨询审查专家委员会进行了咨询审查，设计方案得到了确认和通过。
抽水井的井结构为：井孔深度47.0m，孔径500mm，井管直径273mm，井管为壁厚8.0mm的无缝钢管，管与管采用对口焊接，井管下置深度47.0m，自上而下0~23.0m为实管，23.0~46.0m为过滤管，46.0~47.0m为沉淀管。井管与井孔均必须圆直，井管下入井孔时，井管必须有找中器，管底必须用钢板焊死，井孔与井管间从下而上回填标准砾砂（粒径2~3mm）至深度18.0m处，再用干粘土球填至地面。采用包网填砾过滤器，过滤管在深度23.0m处与实管连接，过滤管表面由梅花形孔眼排列而成，过滤管表面必须均匀地焊纵向垫筋17根，垫筋外面用3层60目尼龙网扎牢（取水时要求地下水含砂量小于二十万分之一）抽水井施工完毕后必须洗井直至水清砂净，方可用水泵进行抽水，每口井均必须经过抽水试验和试运行，方可正式投入使用。
回灌井的井结构为：井孔深度47.0m，孔径500mm，井管直径273mm，井管为壁厚8.0mm的无缝钢管，管与管间采用对口焊接，井管下置深度47.0m。井管从孔口算起0~34.0m为实管，34.0~6.0m为回灌过滤管，46.0~47.0为沉淀管，沉淀管底部用钢板焊死。井管与井孔间从下而上，回填标准砾砂（粒径2~5mm）到深度21.0m处，两用干粘土球填至深度10.0m处，最后用水下浇注法将水灰比为0.45的纯水泥浆浇注至孔口。采用缠丝包网填砾过滤管，过滤管在深度34.0m处与实管连接。过滤管的孔眼排列，孔径数量和孔隙率与抽水井的过滤管相同。过滤管表面焊接纵向垫筋的直径、材料、数量也与抽水井的过滤管相同，回灌井施工完毕后必须立即洗井，直至水清砂净，接着进行回灌水试验和试运行，并提出相应资料，方可投入使用。
为保证随时掌握地下水的使用和变化情况，还应该设置专门的水位观测井或利用抽水井与回灌井进行水位观测。抽水井与回灌井的科学设计和合理分布直接影响到水源热泵空调系统的长期稳定运行，必须找有资质的专业水文地质部门进行设计，凿井施工也必须严格按《供水管井设计施工及验收规范》（GJJ10-86）执行，以确保成井的质量。
2.3 水源冷热水机组选用
地下水在夏季和冬季的实际需要量，与空调系统选择的水源冷热水机组性能、地下水温度、建筑物内循环温度和冷热负荷以及热交换器的型式、水泵能耗等有密切关系。电脑软件选型分析及实际工程使用结果表明地下水使用温差较大时，水源冷热水机组的能效比较高，地下水的使用量较小，其配套井水泵的功率也较小。因此，在实际选用水源热泵系统时，应尽可能加大地下水的使用温差，减少地下水用量，这对提高水源热泵系统的能效比和减少地下水量的开采，保护水资源都是极为重要的，如此合理高效地利用地下水资源才能产生最好的节能环保效益。经过多方技术论证，设计中最后选用意大利克莱门特公司生产的BE/SRHH/D2702型水—水螺杆冷热水机组3台，因地下水氯离子含量偏高（84.72mg/l），为防止水源冷热水机组被腐蚀和泥沙堵塞，地下水抽取后先进入板式换热器，设计中选用的板式换热器为阿法拉伐公司的M15-EFG8型板式换热器。板式换热器采用小温差（对数温差2K）设计，制冷时地下水进/出口温度为18/32℃，进入机组温度为20/34℃；制热时，地下水进/出口温度为18/10℃，进入机组温度为16/8℃，每台机组地下水冬夏季的使用量均为80m3/h。采用板式热交换器间接换热，水源冷热水机组的能效比约降低5%左右，但能保护机组稳定正常运行，提高机组的使用寿命。

3．空调系统形式
水源热泵空调系统水环路的设计与常规冷水机组水系统的设计略有差异，必须根据各生产厂家的技术要求进行考虑。用户侧及地下水侧空调循环水泵与水源冷热水机组均采用先并后串的方式，循环水泵既可与冷热水机组实现“一对一”供水，又可互相调节互为备用。对于水源冷热水机组来说其实现夏冬季节制冷供暖的转换，是通过水路系统阀门的转换来进行的，夏季用户侧通过蒸发器回路供应冷冻水，冬季用户侧则通过冷凝器回路供应供暖热水。因此夏冬季节水环路转换阀最好采用调节灵活、性能可靠的电动阀，采用普通蝶阀时也一定要采用关断灵活、密闭性好的阀门。地下水井抽水泵可采用深井潜水泵，潜水泵下放深度应在动水位之下5m处，安装要平稳，泵体要居中。一般依据井管内径、流量和扬程要求，根据生产厂家提供的样本选配合适的水泵，再根据所需电功率选择电机及配套电缆。潜水泵的扬程应包括井内动水位至机房地面高度，管道及板式换热器阻力，水泵管道阻力及回灌余压。地下水回灌管道设计应根据各回灌井的距离进行阻力平衡计算，以保证各灌井流量的均衡。
空调室外水环路和室内立管均采用机械密闭同程式系统，每个户型由上至下均设有空调供回水管井，下供上回，户内空调水管路为异程式。每户供水管上设有分户计量装置，回水管上设有流量平衡阀。户内空调末端设备均为卧式暗装风机盘管，根据装修布置情况顶送顶回或侧送底回。风机盘管及户内连接水管的布置均根据户型设置情况尽量利用走道、进门过道，卫生间、厨房等对房间使用功能影响较小的位置，做到隐蔽、美观并与室内装修融为一体。空调室内供回水管保温采用难燃橡塑管套，室外空调供回水水管采用聚氨脂现场发泡保温直埋管，并作五层防水防腐保护层和玻璃钢护壳，穿越马路的直埋管增设钢套管，并保证埋设深度在1m以上。
4．空调自控及减振
克莱门特水源冷热水机组采用CVM300电脑微处理器，功能齐全，可自动调温，调节流量、故障报警、记录及自诊断功能，可进行联网监控，实现无人值守。多机控制系统除具备单机自动化配置及功能外，还具备显示多机组运行情况，根据回水温度电脑自动判断空调系统是部分机组运行还是全部机组运行。机组根据负荷侧回水温度进行逻辑计算，控制机组的运行状态及启停机，每台机组采用无级能量调节实现机组的高效节能运行。机组还具备控制多台压缩机的均衡运行功能，能控制调整每台压缩机的运行时间，确保压缩机的长期高效运行。
水源冷热水机组压缩机的下面设置弹簧减振器，减振效率在85%以上，即振动传递率小于0.15，降低了机组的振动及系统的振动，从而降低了机组的运行噪声。空调水泵、机组进出口均采用橡胶接头软性连接，冷水机房内的空调水管均采用减振支吊架，避免因机组、水泵及管径系统的振动而产生的噪声。
5．设计总结
香榭里花园水源热泵空调系统于2002年11月竣工投入使用，经过系统调试和一个完整的空调制冷供暖季运行检验，空调使用效果良好，达到了预期的设计目的。对今年6、7月份中央空调用电的运行记录进行分析，可以看到6月份日均用电量为4970Kw，按小区建筑面积40856m2计算，每平方米建筑面积空调耗电0.122Kw/d，电费支出0.064元/d；7月份因连续高温日均用电量略有上升，达到6342Kw，每平方米建筑面积空调耗电0.155Kw/d，电费支出0.082元/d。以户均面积200m2计，一户日均空调电费支出为12.8元，月支出为384元，相当于一台2匹空调的费用支出，可以看出其运行费用是很低的，既低于常规冷水机组中央空调系统，更低于户式中央空调系统。进一步的分析可以看到，水源热泵中央空调系统运行费用之所以如此低廉，除水源热泵空调系统较常规冷水机组中央空调系统能源利用效率高，中央空调系统在大面积居住小区中使用较户式中央空调具有更大的负荷调节性和节能性，居住小区面积越大其用户空调的同时使用率就越低，其负荷的参差性就越大，中央空调系统满负荷运行的时间就越短，其优越性和节能性就越显著。按以上6、7月份的运行数据折算，6月份的中央空调系统每天满负荷运行时间为5.24小时，7月份的每天满负荷运行时间也仅为6.68小时，远低于户式中央空调系统和分体式空调器的满负荷运行时间。
香榭里花园中央空调系统设计时，风机盘管采用了电动二通阀的变流量系统，热泵机组主机供回水总管上设压差旁通控制。因住宅小区空调同时使用率较低，其节能效果应是非常显著的，遗憾的是其主在后期因为控制整个投资成本，而砍掉了电动二通阀的节能控制系统，否则此中央空调系统节能效果应更优于现在的实际运行情况。另外，从实际运行情况来看，空调水泵的能耗占到系统总能耗的32%以上，因为住宅的同时使用率较低，空调负荷的变动性较大，通过空调水泵的联控和变频改造以适应空调负荷的变化，降低空调水泵的运行费用，其节能效果也将是较为可观的。
由此可见，在住宅小区中采用水源热泵中央空调系统在有可长期利用的地下水源的条件下是确实值得大力推广的，其节能环保效益是显而易见的，在解决了投融资及物业管理的问题后，其给住户带来的舒适的中央空调系统和合理的运行费用及给开发商带来的良好经济效益和超卓的楼盘形象，都将会是不言而喻的。

地下水源热泵空调系统的变频控制
1 引言
集中式中央空调系统在为人们营造舒适环境的同时也带来了能耗问题，如何既满足空调舒适度，又最大限度的节约能源，已日益为人们所关注。目前空调系统设计和水泵等设备选型均是按最不利工况进行的，且留有一定的裕量。由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际空调热负载在绝大部分时间内远比设计负载低，空调系统多数时间是在部分负荷下运行。而运行情况是空调水泵一年四季长期在额定工况下工作，只能通过节流来降低水流量满足负荷的要求，使得水泵大部分功耗消耗在克服节流阀阻力上，浪费了水泵运行的输送能量。一般空调水泵的耗电量约占总空调系统耗电量的20-30％，故节约低负载时水系统的输送能量，对降低整个空调系统能耗具有重要的意义。
本文针对湖南某宾馆采用的地下水源热泵系统，根据其运行现状提出对该系统的空调水泵进行闭环自动变频控制节能改造，从节能性和静态回收期等方面论证了该改造方案是切实可行的。
2 空调系统概况
该宾馆位于长江中下游地区的湖南省西北部的澧县，作者于2003年1月至3月对该宾馆地源热泵系统的冬季运行工况进行了测试，测试结果整理如表1。由于宾馆的入住率、室外气温变化、人员活动内容等原因，该系统基本上是在设计负荷80％及以下运行，其中运行于设计负荷的60％以下的就占有63.48％。显然根据满负荷状态选取的热泵机组、水泵等设备让其在部分负荷下长期连续运行，设备大部分时间处于低效率工作状态。该系统热泵机组一大一小并联运行，制热量分别为100KW、40KW；两台的并联热水循环泵型号相同，其铭牌额定功率均为2.2KW；深井泵铭牌额定功率为7.5KW（系统图如图1所示），且所有水泵均定流量运行，始终处于工频状态下运转。当机组处于部分负荷运行时，常常通过关小管路上的阀门来调节供水量，造成了极大的能源浪费，因此我们有必要对该空调系统进行一下改进。

表1 该宾馆冬季空调负荷时间频数（％）
负荷率        40        50        60        70        80        90        100
时间频数        5.08        17.6        40.8        26.37        10.15        0.07        0
累计时间频数        5.08        22.68        63.48        89.85        99.93        100        100


3 改造方案的提出
热泵主机、深井泵和热水循环泵是宾馆中央空调系统的主要组成部分，耗电量大。由图2可以看出，在该空调系统中，热泵机组的功耗占整个空调系统能耗的65％，深井泵和热水循环泵分别为24％和11％，因此要节省整个空调系统的能耗，除大力减少热泵机组的能耗以外，减少空调水泵的能耗也是一个重要方面。

该系统的地源热泵机组本身即具有能量自动调节功能，可以在不改变制热工况的前提下，改变压缩机的输气量进而改变供液量来调节冷凝器的产热量。同时，这又为水系统的变流量运行提供了基本条件。
对于空调水泵而言，由于水泵处于定流量运行，在部分负荷状态下常常只能通过调节管路上的水阀开度来改变水流量；同时因电机转速不可调，电机只能工作在开和停两种状态，即使当热负荷很小时，也必须至少开一台，电机轴上的输出功率远大于实际负荷的需要，从而造成不必要的能源浪费。根据水泵的相似律，水泵的流量、扬程、功率具有如下关系：
　　　　（1）
式中Q, H, N, n分别为水泵的流量、扬程、轴功率和转速。
从式（1）可以看出水泵的扬程与水泵流量的平方成正比，轴功率与流量的立方成正比，而流量又与转速成正比。由此可见当电机的转速稍有下降，电机的耗电量就会大幅度下降，节能效果显著。水泵的变频调速装置就是通过调节水泵的转速以使水泵流量随负荷变化而变化，达到节能目的。

4 水泵变频调速工作原理及其控制方案
4.1 水泵变频调速原理
水泵功率、流速、流量、扬程之间具有式（1）所示关系，又由于交流异步电动机的转速与电源频率之间的关系为：
　　　　（2）
式中n，f，S，P分别为电机的转速，供电电源频率，转差率，电机极对数。
由式（2）可知，当转差率变化不大时转速正比于电源频率，只要能平滑调节电源频率，就能平滑调节电机转速。【1】水泵变频调速就是通过改变电源频率来调节水泵转速的一种方法。采用变频技术结合合理的自控方案，对水泵进行变流量调节，不仅避免了采用阀门调节造成的浪费，而且还极大的提高控制和调节精度。同时采用变频调速对电机实现软启动，无冲击杂声，还可以延长电机的使用寿命。
4.2 深井泵变频调速控制方案
对于深井泵来说，由于深井水温度常年保持不变，维持在18.5℃左右，我们以深井水回水温度为控制参数即可控制井水的进出口温差。如图3所示，现采用温度传感器、变频器、PID回路调节器组成闭环控制系统，按照5～7℃的温差指标，深井水回水温度控制在T℃（例如冬季12℃，夏季25℃），使深井水泵的转速相应于热负载的变化而变化。以冬季为例，当负荷增加时，深井水回水温度降低，温度传感器将温度信号（4～20mA）反馈至PID回路调节器中，PID调节器根据温度设定值和温度反馈值的偏差进行PID运算，然后输入给变频器一个提高电机运转频率的信号，加大水泵转速和流量，直到温度与设定值一致；反之负荷降低时，减小频率，降低水泵转速和流量。当水泵运行频率降到控制仪表设定的低限值时，变频器停止频率的继续降低，以满足主机对流量的要求，对主机起到保护作用。

4.3 热水循环泵变频调速控制方案
由于该热水循环系统由两台型号相同的水泵并联运行，为了实现两台水泵电机转速连续可调，使得水泵电机转速根据实际热负载的大小而设定，进而节约能源；同时也为了节省变频器等设备的初投资，作者拟采用一定一变形式，即只有一台水泵配备变频器作调速运行，另一台仍为定速运行。控制系统主要由内置PID的变频器、PLC可编程控制器、压差变送器、主接触器等构成，如图4所示，变频器和PLC控制器作为系统控制的核心部件，以末端最不利环路压差为反馈信号，时刻跟踪着该信号与设定值（可取0.1Mpa）的偏差变化情况，经过变频器内置的PID调节器运算，利用PLC控制器实现水泵变频与工频的切换，自动控制水泵投入台数和电机的转速，实现闭环控制，自动调整恒压差变量供水。【2】

当系统负荷较小时，只需一台电机工作在低于工频状态下即可满足要求时，PLC利用变频器软启动一台水泵，根据压差变送器反馈来的信号（0～10V）自动调节运行频率。当热负荷增大时，变频器输出频率接近工频而管网压差仍达不到设定值，为了保证系统不频繁切换水泵，延时一段时间，若压差仍低于设定值时，则PLC将当前工作的变频泵切换至工频50HZ状态下运行，关断变频器，再由变频器从0HZ软启动下一台水泵，并根据偏差变化情况及时利用变频器调整到对应流量需要的频率，实现一台变频一台工频双泵供水。反之，当负荷降低时，变频器工作在基本频率时，如果出口流量仍然很大，供水压差高于设定值，同样延时一段时间后，若压差仍然很高，此时再由PLC关掉工频控制方式的水泵，只由剩下的单泵变频供水。无论系统是单泵变频运行还是双泵一定一变运行，均能实现末端恒压差供水。切换示意图如图5所示。【3】

5 水泵变频节能计算
5.1 变频节能计算方法
本文参照文献【4】、【5】的算法，采用当量峰值小时数法计算空调运行期间的能耗，夏季当量小时数τ夏，冬季当量小时数τ冬，空调系统全年运行小时数t。设水泵的铭牌额定功率为N（KW），在未采用变频技术的情况下，空调水泵的全年耗电量Q1为：
Q1＝N•t ，KWh 　　　　（3）
而采用变频调速后全年用电量Q2为：
Q2=N•（τ夏+τ冬），KWh 　　　　（4）
则全年可节省的电量为
ΔQ＝Q1－Q2=N•t-N•（τ夏+τ冬），KWh 　　　　（5）
静态投资回收期 n＝ ，年　　　　 （6）
式中 M0 － 分别为采用变频技术增加的初投资，元
M1 － 每年节省的运行费用（主要是能源费用），元
湖南省商业用电电价为0.98元/度。宾馆全年以冬、夏两季6个月运行计算，每天平均运行18个小时（6:00-24:00），文献【5】的当量湿球温度小时数的数据公式是针对上海地区得出，由于湖南省和上海气候条件相差不大，因此本文也近似采用此公式
τ夏＝3097.32-102.16tns τ冬＝567.37+36.43 tns （7）
tns－ 室内设计湿球温度值 这里夏季取tns ＝20.3℃；冬季取tns ＝12.3℃。
代入式（7）得：τ夏＝1023.4h，τ冬＝1015.5h
5.2 深井泵节能效果分析
深井泵铭牌额定功率N=7.5KW，一台，拟选富士FRN7.5G11S-4CX变频器一台，市场报价6410元，加上其它外围设备共计总投资为M0=7000元。将其数据代入上式（5）、（6）中得：
ΔQ＝Q1－Q2＝7.5*6*30*18－7.5（1023.4+1015.5）＝9008.25KWh
折合成人民币每年可节约电费M1=9008.25*0.98＝8828元，节能效果显著。
静态投资回收期n＝ = =0.79年，9个半月即可回收初投资。
5.3 热水循环泵节能效果分析
热水循环泵铭牌额定功率N=2.2KW，两台，拟选富士FRN2.2G11S-4CX变频器一台，市场报价3920元，三菱FX2N-16MR-001 PLC可编程控制器一台，市场报价3080元，加上其它外围设备共计总投资为M0′=8000元。将其数据代入上式（5）、（6）中得：
ΔQ′＝＝2.2*2*30*6*18－2.2*2（1023.4+1015.5）＝5284.4KWh
折合成人民币每年可节约电费M1′=5284.4*0.98＝5179元，节能效果显著。
静态投资回收期n′＝ = =1.5年，一年半即可回收初投资。
6 结论
综上所述，根据地下水源热泵中央空调系统的运行特点，提出采用变频控制装置对系统进行改造，在保证不低于热泵机组对水量的最低要求，自动调节水泵流量以满足负荷的变化，节能效果显著，静态回收期短，具有一定的可行性。