水源热泵在办公大楼中的应用

       某研发基地可建用地580亩，利用废坑塘注水造水面约150亩。建筑规模9.5万平方米，主要用途为科研、开发、仓储、办公用房及实验住宅等配套设施，大致分配比例为：研究与开发-建筑面积10万平方米，实验住宅-3万平方米，公建-0.74万平方米，市政-0.22万平方米。根据基地实际情况及院有关部门的意见，考虑环保要求，拟利用地表水水源热泵系统进行供暖和供冷。项目采用集中的大型水-水水源热泵机组+风机盘管的形式。根据规范，北京地区的空调室外计算参数如下：

　　年平均温度11.4℃

　　冬季空调室外计算干球温度-12℃

　　冬季通风室外计算干球温度-5℃

　　冬季空调室外计算相对湿度45%

　　夏季空调室外计算干球温度33.2℃

　　夏季通风室外计算干球温度30℃

　　夏季空调室外计算湿球温度26.4℃

　　研发基地建筑物的室内设计参数初步定为：

　　夏季室内设计温度为25-27℃，室内相对湿度小于60%；

　　冬季室内设计温度为18-20℃，室内相对湿度不做要求。

　　初步估算本工程设计冷负荷指标约为100W/㎡，设计热负荷指标约为50W/㎡，按照一期10万平方米计，同时使用系数定为0.9，则合计空调系统冷负荷为9000、kW，热负荷为4500、kW.假定水源热泵机组制冷工况下的C.O.P.值约为4.3，制热工况下的C.O.P.值约为2.6，则地表水在制冷工况下需带走的热量为11093、kW，在制热工况下需提供的热量为2769、kW，。

　　根据《研发基地简介》，废坑塘注水造水面约150亩，水深平均为3.5、m，该水体的总蓄水量为3.5×105、m3.考虑基地的夏季空调每天运行12小时，每天向水体的散热量为Q=11093、kW×12h×3600=479×106kJ.水体的温升为Q/CM=479×106/（4187×3.5×105）=0.33℃。以换热器5℃温差考虑，带走11093、kW热量所需水流量为：G=0.86×11093×1000/（1000×5）=1908、m3/h，整个水体全部循环一次约需175小时，约合7天左右。由此可见夏季水体温升很小，考虑到水体与空气和大地热交换，水体温升则更小甚至可以忽略。

　　而基地冬季空调要以每天运行24小时考虑，冬季每天从水体提取的热量为Q=2769、kW×24h×3600=239×106kJ.北京地处寒冷地区，地表水会结冰，结冰期冰层厚度以较为保守的100cm考虑，则水深平均降为2.5、m，该水体的总蓄水量为2.5×105、m3，水体的温降为Q/CM=239×106/（4187×2.5×105）=0.23℃。以换热器2℃温差考虑，带走2769、kW热量所需水流量为：G=0.86×2769×1000/（1000×2）=1191、m3/h，整个水体全部循环一次约需210小时，约合9天左右。由此可见，与夏季相比冬季水体温降更小，所需水量与水塘能够提供的有效水量相比也是较小的，考虑到水体与空气和大地的热交换，水体温降则更小甚至可以忽略。

       考虑到冬季有可能出现持续低温，水量减少，导致水体温度过低，水量过小的极端情况，为保证这种情况下的正常供热，需考虑采用辅助热源提升热泵机组冷冻水的温度，根据该基地的实际情况，辅助热源可以考虑采用燃气锅炉的形式，以最极端的条件，即地表水已经完全不能提供热量，所有热量均由燃气锅炉提供，锅炉的供回水温差以25℃考虑，则锅炉生产的热水带走2769、kW热量所需水流量为：G=0.86×2769×1000/（1000×25）=95、m3/h.。

       根据初步估算，采用地表水水源热泵系统供暖气其运行费用为22.1元/㎡，低于燃气锅炉房供热价35元/㎡.整个基地年节省运行费用约186.2万元。