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地源热泵系统在天津市某办公楼中的应用
1 工程概况
天津市华北地质勘查局科研楼总建筑面积约16000 m2，本办公楼地上 7 层，地下 1 层，空调面积约13500 m2。本工程冷热源方案为地源热泵系统，机房内设置 2 台 WPS130.1B 型热泵机组，总制冷量 956.6 kW，总制热量 1047 kW；室外换热系统为 120 m~148 m 深的双 U 型管换热设备；建筑室内末端采用风机盘管+ 新风系统形式。图1为地源热泵机房内的布置图。为保证制冷机房安全可靠工作，本工程中采用了动态监测网数据采集系统，其系统装置如图2 所示。
2 系统运行工作模式
根据办公楼的工作性质及工作制度而制定的供暖、供冷时间安排如下：每年的3月19日停止供暖，比规定的 3 月 15 日延迟 4 个工作日；6 月 23 日开始供冷，9 月 17 日结束供冷；11 月 8 日开始供暖，比规定的11 月 15 日提前一周。日常工作时间内每天 7:30 开机，18:30 关机，基本保持 11h 左右的机组运行时间。供暖时，由于考虑到设施防冻等问题，热泵机组每天 24 h 运转，节假日不停机，无人工作时执行值班采暖温度的供暖模式。
3 经济性分析
经济性分析主要从方案的初投资、运行费用两个方面入手，运行费用包括运行供暖（冷）费用和运行水费两个方面，分析中认为设备维护费用、人工费、设备折旧费等在相关方案中差别不大，故可忽略不计。
3.1 初投资分析
地源热泵空调系统总投资为 474 万元，折合单价约为 351 元 /m2。其中，室外换热系统为 105元 /m2，机房系统为 110 元 /m2，室内末端（风机盘管 + 新风）系统为 136 元 /m2。
而既有公共建筑的冷热源系统一般采用常规供热空调系统满足建筑的供冷暖需求，常规供热空调系统采用城市集中供热用于冬季供暖，再配置一套制冷机组用于夏季制冷，此系统投资费用为：热力入网费 130 元 /m2，热力换热装置（热力站）25元 /m2。
一般地，冷热源方案中制冷机房设备投资基本相同，室内末端均采用风机盘管+新风系统，初投资亦为 136 元 /m2；故常规供热空调系统方案的总投资单价约为401元/ m2，总投资额为541万元。
由上面的比较可知，地源热泵系统初投资并不高，反而比常规供热空调系统的单价要低 5 0元 /m2，而常规供热空调系统的总投资是地源热泵方案的 1.14 倍。这在一定程度上可以说明地源热泵系统在初投资方面和相关冷热源方案具有较大的竞争优势。（www.iwuchen.com）
3.2 运行费用分析
在运行费用分析中，采取对地源热泵和常规供热空调系统两种方案进行比较分析的方法。
3.2.1 供暖（冷）费用
根据对华勘局办公楼用电费用的分析，地源热泵空调（室外+ 机房+ 末端）系统一年的运行电费为 4 1 6 8 3 6 . 6 4 元，其中冬季供暖费用为304043.15 元，按照供暖面积 13500 m2计算，单位面积的供暖费用为 30.88 元。夏季供冷费用为112793.44 元，单位面积的供冷费用为 8.36 元。华勘局办公楼全年电费支付情况汇总表如表1所示。
当采用城市集中供热方式时，办公建筑冬季供暖收费标准为36 元/m2，该办公楼每年需要向供热公司缴纳 486000 元的采暖费用。夏季制冷费用没有统一的收费标准，而夏季制冷费用的高低完全取决于制冷机组的性能，由于地源热泵机组的冷却系统为恒温的地热能，不受室外气象条件的影响，一般设计施工良好的地源热泵机组性能要高于其他类型的热泵机组。由上面的分析计算也可看出地源热泵方案的供冷单价并不高。
3.2.2 水费
地源热泵空调系统在正常运行时，一般不会产生水费。用水费用主要在以下两种情况时发生：系统维修时和管道发生泄漏时。华勘局办公楼的地源热泵系统在2010年11月7日开始供暖的两个多月来没有进行过补水。根据空调机房值班记录，2010年整个空调系统补水量在 50t 左右，产生的水费为500元。
对于采用水冷型的制冷机组供应该办公建筑，所需的冷却水循环量为 96 m3/h，冷冻水一般采用闭式循环，补水量可以不考虑，而冷却水的补水量即使按 0.1% 计算，水冷型制冷机组夏季冷却水补水量为 140 t 左右，可见，地源热泵机组的水量消耗并不大，可以被一般用户接纳。
冬季城市集中供热+夏季冷水机组系统的运行费用约为 600193 元，夏季冷水机组供冷单价亦按8.36 元 /m2计算，整个制冷季为112793 元；水费是地源热泵系统的 2.8 倍左右。
传统的冬季城市集中供热+夏季冷水机组系统的全年运行费用是采用地源热泵系统的1.44倍，采用地源热泵系统每年可节约费用182857 元。
4 运行效果分析
4.1 供冷供热效果
华勘局的地源热泵机房在夏季向室内末端系统提供7℃~12℃的冷水，在冬季提供40℃~45℃的热水，满足了科研楼的供冷、供暖需求。从全年的运行效果上看，夏季供冷时，除有个别房间由于装修和进出风口布局不合理而对制冷效果产生了一定的影响外，其余房间运行较好；冬季供暖时，各个房间的室内温度均在规范规定的设计温度范围内。
4.2 节能减排分析
地源热泵是利用土壤或地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，输入少量的高位电能，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。
地源热泵机组完全靠电能驱动，没有任何燃烧设备，不会产生有毒有害气体，真正实现了零排放。2台地源热泵机组的制热功率相当于1台蒸发量为 2 t/h 的燃煤锅炉，燃料消耗量为 0.3 t/h，天津市采暖季可按 120 d 计算，每天工作 10 h，这样地源热泵机组可以节约煤炭 360 t，减少二氧化碳943.2 t、二氧化硫 3.06 t、氮氧化物 2.66 t。
5 结论
地源热泵系统于 2009 年 11 月投入运行以来，至今已经经历了 1.5 个采暖季和 1 个制冷季。在整个运行期间内，系统运行正常，供暖、供冷效果较好，完全满足设计及使用要求。
通过经济性分析及1 年多的运行结果表明，地源热泵系统初投资不高，运行成本较常规冷热源空调系统低。1 套机组既可冬季供暖又可夏季供冷，且无污染、零排放，可以说地源热泵是一种高效、节能、环保、舒适的空调技术，拥有广阔的发展前景。
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