0　引言

　　水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種可以利用地球表面淺層水源（如地下水、河流和湖泊），和人工再生水源（工業(yè)廢水、中水、地?zé)嵛菜�等）的既可供熱又可制冷的高效�?jié)能空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位熱能的轉(zhuǎn)移。將水體和地層蓄能作為冬、夏季的供暖熱源和空調(diào)冷源，即在冬季，把水體或地層中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，釋放到水體和地層中去。水源熱泵系統(tǒng)60年代開始在美國提出之后，經(jīng)過30年不斷改進(jìn)和發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，其產(chǎn)品已逐漸商品化，迄今已經(jīng)在北美建筑中應(yīng)用了40多年。進(jìn)入70年代后，這項(xiàng)技術(shù)在日本的推廣應(yīng)用很快。

　　東芝、三菱電機(jī)、PMAC公司均有水源熱泵產(chǎn)品出售，東京、名古屋、橫濱等城市在70年代初就有很多采用閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工程實(shí)例。自80年代以來，我國采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的建筑也逐年增多。目前，在深圳、上海、北京以及一些中小城市均有工程實(shí)例，例如，北京天安大廈、上海錦江第四號(hào)樓、西安建國飯店、青島華僑飯店。深圳同貿(mào)大廈、惠州大酒店、泉州大酒店等均采用了閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。但大多數(shù)水源熱泵系統(tǒng)以地下水作為冷熱源，據(jù)報(bào)道，目前我國青島建起了以海水為冷熱源的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，湖南湘潭市政府新大樓里的水源熱泵中央空調(diào)利用市中心區(qū)人工湖地表湖水為冷熱源的水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵因具有“綠色、環(huán)保、節(jié)能”的優(yōu)勢(shì)，在我國的推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

　　1　崇明生態(tài)住宅小區(qū)概況

　　崇明島是一座具有獨(dú)特文化的生態(tài)之島，擁有“水清、土潔、氣凈”優(yōu)越的生態(tài)環(huán)境，是上海地區(qū)唯一的一個(gè)國家級(jí)生態(tài)示范區(qū)。上海為了探索“健康、舒適、生態(tài)、節(jié)能”的住宅小區(qū)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、治污”的目標(biāo)，選擇崇明作為建設(shè)“人與自然和諧發(fā)展”的資源節(jié)約型住宅的示范地。崇明某生態(tài)住宅小區(qū)總規(guī)劃建筑面積93490㎡，其中，住宅建筑48230㎡，原住宅建筑面積10000㎡，住宅戶數(shù)473戶，住宅人數(shù)1514人。

　　2　空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案和可行性分析

　　2.1空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案

　　本工程水源熱泵系統(tǒng)原理圖如圖1所示。冬季，工質(zhì)通過板式換熱器從河水中吸收熱量，通過熱泵系統(tǒng)的冷凝器加熱空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水，向用戶供暖。夏季工質(zhì)通過板式換熱器向河水中排出熱量，通過熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器吸收空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水的熱量，向用戶供冷。由于冬季江水溫度較低，為了提高換熱效果，直接利用江水和板式換熱器進(jìn)行換熱。為了得到更低的蒸發(fā)器溫度，工質(zhì)采用乙二醇溶液（加防凍劑等添加劑）。

　　2.2水源熱泵方案可行性分析

　　首先，崇明某生態(tài)住宅小區(qū)緊靠長江（距江堤約1000米），江堤附近的河面開闊，根據(jù)最低和最高水位的實(shí)際情況，引水管的取水口的安設(shè)位置對(duì)航道不會(huì)造成影響，因此，水源熱泵具備利用長江水資源的條件。另外，小區(qū)附近有一條通向長江的排水明渠，可直接利用該明渠向長江排水，只需安設(shè)一根引水管，因此敷設(shè)取水管道的初投資可以相應(yīng)減少。其次，根據(jù)上海市的氣象、水文條件，夏季長江水最高月（8月）平均溫度一般為27.6～28.0℃，以換熱器5℃溫差考慮，則熱泵機(jī)組夏季的進(jìn)水平均溫度不高于33℃，如果夏季熱泵的冷卻水側(cè)進(jìn)出口溫差為5℃，則熱泵機(jī)組出水溫度不高于38℃，根據(jù)熱泵機(jī)組的技術(shù)要求，這時(shí)的冷卻水供回水溫差是能夠保證夏季熱泵機(jī)組制冷正常運(yùn)行。在冬季，崇明長江水最低月（2月）平均溫度一般為5.6～6.7℃左右，以換熱器2℃溫差考慮，則熱泵機(jī)組冬季的進(jìn)水溫度不高于3.6℃，以冬季熱泵的冷凍水側(cè)進(jìn)出口溫差為5℃考慮，則熱泵機(jī)組出水溫度不到–1.4℃，則須在循環(huán)水中添加防凍液�？紤]到長江水易泥沙、水藻等雜質(zhì)含量高，水表面直接與空氣接觸，水體含氧量較高，腐蝕性強(qiáng)，如果將地表水直接供應(yīng)到每臺(tái)熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱，容易導(dǎo)致熱泵機(jī)組壽命的降低，換熱器結(jié)垢而性能下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致管路阻塞，因此不宜將地表水直接供應(yīng)到每臺(tái)熱泵機(jī)組換熱。因此本工程將長江水和冷凝器或蒸發(fā)器的循環(huán)水之間是用熱交換器分開，熱交換器采取小溫差換熱的方式運(yùn)行，這樣就可以用廉價(jià)的換熱器保護(hù)昂貴的水源熱泵機(jī)組。綜上所述，根據(jù)崇明向陽住宅小區(qū)所處的地理位置，可利用長江水資源的優(yōu)越條件，選用大型水源熱泵機(jī)組作為住宅小區(qū)內(nèi)住宅空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，以長江水作為水源熱泵機(jī)組的冷熱源技術(shù)上是可行的。

　　3　水源熱泵系統(tǒng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

　　根據(jù)住宅和商業(yè)的負(fù)荷情況及小區(qū)的建設(shè)特點(diǎn)，冬、夏季均由水源熱泵機(jī)組來承擔(dān)空調(diào)負(fù)荷，夏季為末端提供7／12℃的冷凍水，冬季為末端提供50／40℃的熱水。系統(tǒng)方案經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算初投資和運(yùn)行費(fèi)用并常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)（電制冷+燃?xì)忮仩t）進(jìn)行分析比較。

　　3.1設(shè)計(jì)參數(shù)

　　小區(qū)內(nèi)住宅設(shè)計(jì)為節(jié)能建筑，單位建筑面積的冷負(fù)荷和熱負(fù)荷分別按45W／㎡和40W／㎡進(jìn)行概算，系統(tǒng)冷熱負(fù)荷概算結(jié)果見表1。

　　3.2設(shè)備選型和初投資

　�、潘�源熱泵機(jī)組

　　本方案采用2臺(tái)水源熱泵機(jī)組（單臺(tái)制冷量為1312kW、制熱量1257kW），用于夏季供冷和冬季供熱。主要設(shè)備和初投資選型表如表2。

　�、迫�?xì)忮仩t+冷水電制冷機(jī)組

　　本方案采用2臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組（單臺(tái)制冷量為1406kW），用于夏季供冷，2臺(tái)燃?xì)忮仩t（單臺(tái)制熱量為1400kW），用于冬季供熱。主要設(shè)備選型表如表3。

　　3.3運(yùn)行費(fèi)用分析

　　年運(yùn)行費(fèi)用主要按冬夏兩個(gè)季節(jié)計(jì)算，夏季運(yùn)行按照每天運(yùn)行18小時(shí)，運(yùn)行150天：冬季每天運(yùn)行18小時(shí)，運(yùn)行90天算。綜合考慮設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)0.8.本工程上海地區(qū)的電價(jià)政策：06：00～22：00-0.61元／kWh，22：00～06：00-0.30元／kWh，天然氣2.2元／m³，據(jù)此，進(jìn)行年運(yùn)行費(fèi)用分析。其結(jié)果如表4所示。

　　表2水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備選型和初投資

　　表3燃?xì)忮仩t+冷水電制冷機(jī)組主要設(shè)備選型表

　　表4年運(yùn)行費(fèi)用分析表

　　3.4經(jīng)濟(jì)比較

　　通過對(duì)兩種空調(diào)方案的初投資及運(yùn)行費(fèi)用分析，結(jié)合兩種不同空調(diào)方案的特點(diǎn)，分析結(jié)果如表5

　　表5兩種方案初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較

　　從以上對(duì)兩種方案系統(tǒng)的初投資與運(yùn)行費(fèi)用綜合分析結(jié)果得出：

　�、懦跬顿Y

　　水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)冷熱源部分單位建筑面積的初投資為91.23元／㎡.常規(guī)空調(diào)空調(diào)系統(tǒng)冷熱源部分單位建筑面積的初投資為71.55元／㎡

　�、颇赀\(yùn)行費(fèi)用和投資回收期：

　　水源熱泵機(jī)組單位建筑面積的年運(yùn)行費(fèi)用為21.27元／㎡，比常規(guī)空調(diào)分別降低23％。其投資回收期為4年。水源熱泵空調(diào)方案在投資回收期過后，每年為業(yè)主節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用，即為凈利潤。系統(tǒng)按15年運(yùn)行期考慮，因節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用而產(chǎn)生的總利潤為334萬元；且水源熱泵系統(tǒng)所需要維護(hù)的設(shè)備較少，維護(hù)費(fèi)用更低。

　　4　水源熱泵系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響

　　根據(jù)水源熱泵系統(tǒng)的原理可知，本工程水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)長江水的利用僅限于熱量的提取和轉(zhuǎn)換，并在使用過程中嚴(yán)格限制對(duì)長江水進(jìn)行任何的化學(xué)處理，有限的處理也僅限于對(duì)其進(jìn)行過濾、沉淀以及加熱冷卻等物理處理，長江水的成分在整個(gè)使用過程中沒有發(fā)生任何變化，因此，水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)給長江水造成污染。

　　5　結(jié)論與建議

　　5.1水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有效率高、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，崇明生態(tài)小區(qū)集中空調(diào)系統(tǒng)冷熱源具備利用長江水有利條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，不僅技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上也合理。根據(jù)本文所做的概算，水源熱泵的初投資比常規(guī)空調(diào)稍高，但運(yùn)行費(fèi)用低，年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約28.54萬元。

　　5.2長江水水源熱泵系統(tǒng)正常使用的前提下，僅限于對(duì)其進(jìn)行過濾、沉淀以及加熱冷卻等物理處理，因此，水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)帶來長江水的污染問題。

　　5.3在現(xiàn)有條件下，可以采用長江水水源熱泵系統(tǒng)，須做好過濾和除氧防腐工作。

　　5.4在長江中修建引水管道和構(gòu)筑物須經(jīng)相關(guān)管理部門的同意，最好與長江沿岸的景觀相協(xié)調(diào)。