基于渗滤取水方案的江水水源热泵系统的技术经济

基于渗滤取水方案的江水水源热泵系统的技术经济分析重庆大学城市建设与环境工程学院李文王勇吴浩摘要本文通过对重庆地区某大型江水水源热泵系统的介绍，重点分析了其取水方案——河床渗滤取水方案的可行性和独特性，分析取水系统对江水源热泵系统的影响，并提出取水系统在江水水源热泵系统中的重要性。简单分析了整个系统的初投资费用和运行费用，并与常规的中央空调系统形式做比较，得出大型的江水水源热泵系统虽然在初投资方面费用比较高，但综合考虑仍然具有较好经济性，可以达到良好的节能减排的目标，值得在合适的条件下推广使用。关键词：江水水源热泵渗滤取水节能经济分析引言重庆市政府为了更好的开展节能减排工作，在建筑行业提出了节能65％的目标。为了确保目标的实现，政府不仅出台了一系列的政策、法规，也同时开展了可再生能源建筑示范工程。在重庆地区因为水资源，特别是江水资源丰富，江水水源热泵系统作为可再生的、清洁的中央空调系统形式在这样的前提情况下有了更大的推广意义。本为将对重庆某酒店采用的江水水源热泵系统方案进行介绍、分析和评估，并与常规冷水+热水锅炉空调系统方案比较，从节能的效果分析江水水源热泵系统的可取性。1、技术分析1.1工程简介酒店由酒店标准客房、公共用房（会所）、商务办公、及其配套设备用房组成。建筑总面积为102628m2。地上39层，建筑高度为148.6米，属于超高层综合楼。酒店的总冷负荷约为12000KW；总热负荷约为6000KW。酒店地处江津长江段边，为江水水源热泵系统取水提供了较为便利的条件。在水温、水质方面，由文献⑴可知，重庆市长江江水平均温度夏季一般为22～25℃；冬季一般为11～16℃左右。下图为作者所在课题组测试数据。图一：长江江津段水温测试数据图一：长江江津段水温测试数据由图（一）可知，在夏季，江水全天最高温度为24.1℃，其全天波动温差不大于0.4℃；冬季江水全天最低温度为10.7℃，其全天波动温差不大于0.2℃；可见江水水温可以很好的满足供冷、供暖季节的要求。长江江水矿化程度不高，江水呈弱碱性，但含沙量较高，特别是夏季洪水期，其含沙量远高于国家冷却水水质标准（GB50050-95）对水质含沙量的不大于5mg/l的要求⑴。除含沙量外，江水的其它水质指标均能满足机组对水质的要求，在实际运用中提倡直接利用江水，减少江水的温度损失⑵。1.2取水方案设计江水水源热泵系统和常规中央空调系统相比，由于使用江水作为冷热源，故不需要冷却设置，也不需单独设置热源设备。所以江水水源热泵系统其运行节能的效果很大程度的取决于取水方案的合理性。虽然在已有运行的地表水源热泵工程中有许多成功的取水方案。比如武当山丹江口水库水源热泵工程使用的浮船取水方式⑶，湘潭市中心水源热泵工程使用人工湖从湘江引水的取水方式⑷，。但对于具体工程可以适用什么样的取水方案，可以达到怎样的效果，还要从具体情况分析。下面结合本工程的实际情况，分析其取水方案的设定。瓣根据建筑夏暮季冷负荷，兽按进出水温畏差为头5收℃姥计算，夏季品江水鄙用关水量可达到握2700m那3辽/h血，采用进出捎水温差为振10伏℃岁时，夏季江晚水用水量可宾减少至矿1400佳途m沸3员/h作。常本文分析数趋据均建立在揭温差为埋5拜℃睡的基础上，授采用叉大温差运行斜对节能更加围有利，应该请在使用中加乐以推广待。馋用传统的水软厂水处理方锯式大进行取水圾，农将消耗大姿量迹的土地拜和空间娃。漆综合考虑各植方面因素，火本工程采用着了鼻天然河底滤亡床反向渗滤偿取水方案。伐其示意图如炉图捏二铃所示。泰图雷二助：取水方案蹲示意图插该方案利用谋长江河床的叹卵石层作为玻天然过滤器连，通过渗透烘滤嘴在恢河底惨硐帅室碑内谱汇集江水，还各个控硐镰室内汇集的锹江水携通过江底集征水隧道、导棕井送至竖井券，然后利鞋用水泵核直接慨抽往视热泵机组软使用货。铜取水方案设谊计时揉还应该乔注意枯水季叙节水位与取扯水硐室怀集雪水量的关系妖，确保取水犯水量可以满拜足冬季缝负荷绒所需的水量娘。所以丛该开式取水滴方案旺存在动施工难度比职较大，初期恨投资比较高恋的难题保。植但结合本工龟程实际与其估它取水方案厦相比，有以逼下会四扶种优点。置水泵能耗独低但。封一般情况下招采用开式系去统时，取水扇水泵的扬程你因需要克服寨进出口水位盼差造成的夫扬程损失，两但本浅工程姑因其地理位斩置的优势，轮其竖井处取歪水位置比机候组进水口位它置的标高蚕约方高产一米腥，采用开式菠系统不仅避燥免了堤闭式系统中弃需要在肝江中铺设大讲体积的换热估装置，还可厨以奶避免修取水水泵扬闪程冶过大的问题捆。乐⑵拒、阁除沙效率高低本工程冷、副热负荷比较摇大，所以需声要比较大的洁取水水量。氏从而需要有唐效的除沙装诸置。忙江水通过河止床的卵石层秃过滤、渗透叔至酮室后，影水中含沙量既将大幅度降避低，经简单喊处理后就可柴以直接进入惊机组，避免澡使用溪沉淀池等占错地面积大的降除沙设备寄。担⑶武、仙环境影响小宣虽然桥取水工程较鞭大，但具体番工程大都位宰于地下，不核仅节省了建暂筑周围血空间斗，也不会影盯响赢到鹰长江航道周。探同时，沫渗滤取水技贵术充分利用芳了天然河床掀砂砾石层的托净化作用和扒河水对淤积掘层的自动更届新，不需药脑剂，简化了宿取水工艺，党是一种生态骂取水技术。售四川、重庆芽的渗滤取水迈工程实践证改明，这种取央水技术具有绣很高的爷技术经济效眉益，能大大赵降低净水成找本，提供优贼质水膀。陶⑷棕、籍水温稳定好惊如果江水经逼换热器换热干后，水温一厉般会损失贴2抬℃擦左右铃，而溉江水经过简惠单处理后直散接进入机组槐，吉可以避免太经换热器造饲成的趁热量或冷量夏的葵损失。更为也重要的是亭江水经过允河床舒渗透后，可趁以保证遵水温波动比参较小。由于便近贸几年频繁出革现极端恶劣闲天气黄——锯长期持续凶高温或严寒维的天气，这葛种取水方案奥可以更有效而的保证水温毒的稳定性。赞如夏季高温足在持续多天谣的黄35庄℃份后，通过渗逮滤取水仍可智保持进水温朴度在辆20高℃讽左右；在0无8年严寒天逝气中，通过迎渗滤取水仍声可以得到盼18遮℃捕左右高品位裳的热源水。挂从而保证水公源热泵机组麻的高效运行朵。庆2、两种冷崭热源方案的迁经济性比较旨本文针对以台下两种方案刺进行经济比糠较。方案一裕:开式江水袭水源热泵系约统；方案二巩:常规水冷渠离心机组+断燃气热水锅简炉空调系统饰。恳2.1冷热肺源主要设备轻配置及投资装比较分析俊与常规水冷稀离心机组+选燃气热水锅竿炉空调系统喊相比，水源旗热泵系统的仿增量成本在榜于水源侧（福含机组）部递分，室内系支统的造价基野本一致肥。富故在系统设锄备投资比较辟中不考虑室本内部分投资澡。颜为明确保久投资分析比羊较的可比性残,通在冷水机组鼓和热泵机组匆主机的选型龟上，都选用滥同一家公司烫生产的、冷紫量相同的机兽组。仔江水水源热阅泵系统主要描设备选型为归2台制冷量螺4219垂kw、功率技605肠kw的源热千泵机组跪和卖2台制冷量迅2813察kw、功率况435kw打的水源热泵屯机组。扬程社35m叠、功率75税kw的取水俭水泵和扬程稻35m反、苹功率75k据w的取水水叉泵各2台。坏常规冷水机塞组+燃气锅页炉系统设备狠选型为制冷况量421榴9kw、功叉率636k蜘w的冷水机售组和制冷量授2813小kw、功率螺424kw为的冷水机组使各2台。链扬程优40丙m旱、陵功率红132伸kw息的冷却水泵锯和陶扬程爆3盐8平m婚、左功率75k霉w据的冷却水泵巾各2蜜台。燃气热亭水锅炉拾制热量21这00kw、声功率6.5裂kw，进出巴水温为舒50得℃膝/使60稼℃陪，数量为3他台。腐流量瓣900m沾3出/h熔和衰流量剥620鞭m域3浪/h羊的冷却塔各固2台。其功尾率分别为2松2kw和1商6kw。断其总投资见傻下表。聪表1两种请系统风初自投资分析表插名称概江水水源热纸泵系统幻常规冷水机摩组+热水锅警炉系统紫投资费用（里万元）龄2305谨1016摘备注归含取水工程覆及辅助热源堆费用额含冷却水设怪备等安装费扬用先由以上分析印可以得出，泼方案一比方辩案二在设备恰投资、安装哪成本穷上增加了约伐12粘89屿万元杏。主要原因寸是本工程的于冷热负荷大瞎，厘为丙保证畏系统正常运击行，做取水工程和傍辅助热源吸设备需要比迹较大的投入悬。但同时惧大负荷的水帅源热泵系统于在运行费用匆上也会有更帖好的节能性裳，这点可以烦从下面年运长行费用的分擦析上得出。禾2.2系统良年运行费用个分析乒在分析年运动行费用时，姐⑴世、电价按照量0.78元咸/超℃鬼计算，热水抢锅炉按照使薪用天燃气为贼能源进行计万算，计算价腰格按照2.菊2元/立方茶计。古⑵绳、系统碧运行时间按腹照冬季运行惨3个月（计撒90天），宰夏季运行4乐个月（计1雀20天）进迈行计算。京⑶免、孩空调系统临按照黄预测渣设定饰的励24豪小时住负荷分布净率爆运行。未即搜在倍运行费用分坦析中考虑机趟组在部分负胸荷下的运行姜能耗轨。败机组在部分特负荷下运行述的能耗由鸟部分负荷效厘率曲线确定秩。客⑷冻、取水泵躬能耗按照萝水泵吵定频劳运行构计算，不考软虑水泵变频转可能带来的尺节能。屯⑸豪、疤由于两议种方案条件扩下的用户侧后部分设备一熔致，因此，脂以下比较均死不包括用户氧侧皱能耗食。荒为充分说明殖水源热泵系吸统的节能特馒点，术在分析符系统宏的运行费前色，悲先比较水源忍热泵机组和坝冷水机组在扑不同负荷条诵件下的耗能警情况锻(见下图)励。在分析水秆源热泵机组展时进水温度靠为卸24误℃祥。图三：4219kw冷水图三：4219kw冷水机组部分负荷下效率曲线图四：4219kw热泵机组部分负荷下效率曲线续从两者的效愧率曲线可以焰看出，变热泵机组在素部负荷时更镇加昼节肾能。所以贫仅对机组而者言，水源热挨泵机组肠就骗具有较大的帽节能性。但掩考虑在本工支程所需取水厘量大，取水寄泵能耗较高挺，态那么就整个养系统而言，塑江水斑水源热泵系饥统是否拆节能就需要胶做更详细的触分析。青在宁进一步的烧分析中，因闹为水源进水枣对水源热泵贼系统的影响盐比较大，考症虑在实际运墓行时由于天浪气变化造成走的水温的变助化。在运行棵费用比较时辱，考虑两种手工况下的沿进水温度情照况。永其分析结果这见表密2和表3.帮表斑2缺秋工况（一）挣某酒店空调赵系统运行费侦用比较垦系统方式炕冷水机＋锅断炉＋冷却塔礼水源热泵泡节约费用晃年供冷费（额元）阿39419巨83杀34903独63唱45132千0跳年供热费（帽元）锦33887粗16那26121痛70团77654诉6希年运行费(踏元)贼73303汽99贷61025鲜33肢12278芳66夺注：水源热僚泵夏季进水岔24膊℃末，冬季进水瘦9慎℃堵表仰3工况（二浅）某酒店空漫调系统运行烟费用比较筋系统方式损冷水机＋锅录炉＋冷却塔惹水源热泵佣节约费用俭年供冷费（涉元）达39419端83卖36868岸03躺25488伴0险年供热费（容元）棍33887东16市26472价70凳74144见6别年运行费(永元)幼73303豪99逐63340禽73矛99632冒6第注：水源热口泵夏季进水桨30覆℃吊，冬季进水轻10棵℃钟通过运行费筐用的分析可草以看出，正花是因为系统畜具有较大的修负荷，方案石(网一辅)的运行圈比方案寇(巡二理)的运行在改能源利用上累可以有较暑大的节约。盘即使在夏季驴进水温度不锐利的情况下叉，如激进水温度扁达到僻30终℃朋时，也可以象大约节陡省凉99万元。呜这摆也从另一面粱说明了水源震热泵系统的仅节能性。旦2.3、于江水哪水源热泵系偏统其它痰特点纹从运行费用势分析中可以即看出水源热禾泵系统运行引中可以节省刚大量的电能懒。件用电量小不只但可以带来六客观的经济匪效益，还可处以进一步缓朱解夏季因使讲用空调所带妈来的电负荷愧过高、拉闸午限电等问题啦。同时，也算间接的减少收了因发电产孤生的CO丢2篮、N0宵2充等有害气体蒸。赠同时赤应用江水水悼源热泵还有防其它偷方面没的特点筒。程使用水源热闲泵系统辞与传统空调塘形式相比，棋可以有良好鼠的针环境效益幅。看供热时省去施了燃气锅炉怕房系统，没薄有燃烧过程窝，避免了排族烟、排污等染污染；供冷相时省去了冷咽却水塔，避桂免了冷却塔建的噪音、霉燃菌污染旁。鬼水源热泵系仆统直接使用定长江水，不杏会和冷却塔冻系统一样消近耗自来水，猜可以达到节固水、节能的较目标。同时浇也不丢会亚出现奉地下水水源胡热系统的被回灌等技术舍难题，从而怠避免了对地巩下水环境的须破坏。并且折一套椅水源热泵裙系统可以在消供暖、供冷岸季节分别瓜使用，避免赌了常规系统腔两套设备分束别使用和保配养的场面孕，不仅节能袍，还可以节偏省建筑的空笛间僚。昌更重要的是借，针对近几俊年的天气情灵况，极端天悔气不断出现斧，需要中央水空调系统具叉有更好的适烤应能力。与龄空气源热泵勾系统、嗓冷水机组系牛统相比，由蔽于江水作为尿冷源的特点雾，江水水源购热泵具有更歌好雪、更强的抵近御自然变化第的能力。结论贸⑴论、弄基于渗透取链水方案的震江水水源热巧泵系统工程刺虽然初投资乘大，但趟运行中经济蒸效益良好。迷综合整个系绑统而言，胆其社会效益克尤其音显著而，可以达到顽较好的节能栗减排的效果称。半⑵吓、取水工程孟对江水水源蔽热泵系统的端影响是巨大倘的。这种影稠响表现在初菊投资和运行或两个方面。撤在设计江水容水源热泵