浅谈北方地区小区冷热联供与水源热泵

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 11:53:41点击率：

    1 引言
　　据统计至2000年底全国年建筑面积360亿平方米，其中城镇73亿平方米，大多为民用住宅，随着人民生活水平的不断提高，对居住的舒适性要求也越来越高，那么特别在北方地区，冬天采暖，夏天供冷也就成了用来改善居住环境所必需的手段。尤其是是随着住房贷款等政策的进一步完善，个人购房的规模将继续增大，一系列适合中高收入家庭使用的中住宅纷纷出现，包括许多豪华的别墅住宅。100平方米以上的住宅在新建的住宅中的比例也越来越大。在这类型的住宅中，配备有取暖设备以及空调设备也是基本的要求。作为房地产开发商而言，给这类中住宅配齐取暖设备以及空调设备，其初投资在总成本中的比例并不高，但却可以大大提升住宅的档次，因此从以上分析可知，住宅的供暖空调行业不但市场前景广阔，而且还有许多文章可作。
　　本文就北方地区住宅小区的供冷、供暖的各种方式做大致比较，并结合国内实际情况提出以水源热泵机为基础的冷热联供模式，是目前市场上切实可行的方式，这也是今后发展的一个趋势。
2 北方地区供冷供热模式
　　随着人们生活水平的不断提高，住宅空调发展迅猛，目前市场上还以分体空调机占主流，但随着科技的发展，新的住宅空调方式不断涌现，如一拖多分体空调系统、VRV/MRV空调系统、风源/水源热泵冷热水空调系统、溴化锂吸收式冷热水空调系统等等。
　　在我国北方地区，住宅冬季采暖是人们生活的必备条件之一。过去住宅采暖的主要方式是燃煤集中采暖（区域锅炉和热电联产）和燃煤分散采暖（小锅炉和家用采暖炉）。近几年，随着技术进步和人们生活水平的提高，新的不同的采暖供冷方式逐渐进入人们家庭。
　　在我国特别近几年，户用冷热源一体机的发展很快，按输送冷量的介质分，可分为如下三种：
    （1）管道内走R22的直膨式系统，如日本的VRV系统，海尔的MRV系统，美国的MDV系统，分体挂壁机、柜机等等；
    （2）风管式系统，风管式系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气系统的原理基本相同。它利用室外机集中产生冷/热量，将从室内引回风或回风与新风的混风进行冷/热处理后，再送入房间；
    （3）冷/热水机组，冷/热水机组输送的介质通常为水或乙二醇溶液。它通过室外主机产生出冷/热水，由管路系统输送至室内的末端装置，通过它与室内空气进行热量交换。该系统的室内末端装置通常为风机盘管。这三种系统，各有优缺点，但根据国情的不同，其发展的程度也不尽相同，在日本主要发展“氟系统”空调，而在美国则“风系统”的发展更为迅猛，那么按照我国国情，哪一种空调系统又是我们今后发展的方向呢。对此问题，清华大学的几位老师曾在《制冷与空调》杂志上发表了题为《家用小型中央空调的行业现状分析与展望》的文章，该篇文章对上述的问题作了非常详尽的分析。他们认为，从技术成熟角度，国民的经济发展水平，结合建筑的结构型式等因素考虑应以发展冷/热水机组为主。实践证明，确实如此。
　　冷/热水机组按其热源介质分，有水/水热泵（水源热泵）、风/水热泵（空气源热泵），溴化锂吸收式冷热水机组三种型式。
    2.1 直燃式溴化锂冷热水机组
　　这种供暖方式采用溴化锂吸收式制冷机实现供暖，在夏季，制冷机产生7/12℃（出水温度/回水温度）的冷冻水，满足建筑空调需要；冬季制冷机提供60～80℃的供水温度用来供暖。当需要时，可全年提供生活用热水（60℃）
　　溴化锂吸收式制冷机可分为直燃型、蒸汽型、热水型三种。
　　在国内利用太阳能进行制冷的热水型溴化锂吸收式制冷机目前尚属于试验研究阶段，由于太阳能的不稳定和间歇性，以及目前市面上太阳能集热器无法与制冷机相匹配，以及造价问题都严重阻碍了这种节能的制冷机的推广应用。
　　当当地供电紧张，有热电站供热或有足够的冬季供暖锅炉，特别是有废热、余热可利用时，应优先选用溴化锂吸水式制冷机；但当当地有供应廉价的天燃气，同时技术经济比较合理时，因直燃机比其他型式吸水式制冷机，具热效率高、燃料消耗少，安全性好，可一机两用等特点，应优先选用。
　　直燃式溴化锂冷热水机组供暖供冷，从环境保护、能源的综合利用、运行费用及综合造价上，和热电联产模式供暖相比，均不占优势，但由于它是冷、热源一体化，在有空调要求的小区可综合考虑。
    2.2 空气源热泵
　　空气源热泵在夏季做制冷循环，将房间的余热及机组的输入功率一起都转移到室外空气中，以达到房间降温的目的；在冬季做制热循环，从室外空气中提取热量连同机组的输入功率一起转移至房间来，以达到房间升温的目的。其做制冷运行时，其能效比（EER）值高达3.0以上；在做制热运行时，其性能系数（COP）值也在3.0以上，因此其耗电量只有电热型的25%～50%，并且一机两用，提高了设备的利用率。但是当室外温度低于-5℃时，其供热量减少，节能效益降低，而且导致机组故障增多，室温易改动等问题。
    2.3 水源热泵
　　水源热泵和风源热泵相比，因其工况的改善和稳定，不但机组效率提高，而且运行稳定可靠；不存在结霜问题，延长使用寿命。其EER值、COP值更是高达4.3～4.6。耗电量只有风源热泵机的60～70%；还具有热回收功能，节能效益显著，因此水源热泵是解决北方地区城市建筑采暖空调的方案。
　　水源热泵按其热源的介质来分，有水/空气热泵和水/水热泵之分；
　　水源热泵机若利用大地（土壤、地层、地下水）作为热源，又可称为地源热泵。
　　地源热泵是以土地为低位热源的热泵空调系统，地源热泵具有环保、节能、热稳定性好等优点，市场前景很好。但由于与地源热泵相配套的设备（如土地换热器、管材）以及工艺设备等问题尚不完备，目前其应用还处于理论探讨阶段。
　　水源热泵机的价位和房间空调器相当，只要解决好水源散热问题，将是房间空调器的有力竞争者。
3 新型冷热联供的模式探讨
　　空气源热泵冷/热水机组，在我国的长江流域及以南地区，黄河流域等地区的应用十分广泛，技术也十分成熟，而在我国东北、华北、西北、内蒙古等地区的应用则较为少见，在这些寒冷地区是否也可以采用空气源热泵冷/热水机组来供暖供冷呢？供冷，毫无疑问是可以，那么供暖又如何呢？哈尔滨工业大学的马良等几位教授认为空气源热泵冷热水机组在北方地区寒冷的时候是无法正常运行的，因为机组运行时的压缩比均大于10甚至超过20。因此，马教授提出采用空气源热泵冷热水机组与水源热泵机联合运行的办法来解决这一矛盾，此时，其系统的COP值也能达到2.0左右。但因其造价偏大，故会阻碍系统的推广使用。笔者以为，倒不如利用城市的供热管网作文章，用热电联产余热、废热+水源热泵冷热水机组+风机盘管模式更为便利、有效。在小区中设一热力小站，内设水/水换热器，冷却塔。换热器用于通过与热电联产余热、废热进行热交换生成的20℃～25℃的常温水供冷水源热泵冷/热水机组作制热运行时使用，以保证其低压测水温的恒定。而冷却塔则用于保证水源热泵机在作制冷运行时高压测水温的恒定，而且热泵机还可向用户提供热水，自然就省略了造价不菲的生活热水管网。
　　综上所述，笔者以为在北方地区就一个小区的规划建设而言，这种一机两用，还具有环保、节能的冷热联供模式应得到大力推广。当然在南方地区，因其土壤优越性，应大力推广地源热泵机。
4 热产联产余热、废热+水源热泵机+风机盘管冷热联供模式的特点
    4.1 热电联产余热、废热利用
　　目前我国北方各大中型城市均是以热电联产，区域锅炉房作为热源的集中供热方式，且是以热定电的方式。从热电厂出来的高温高压蒸汽经过二至三级的热传递过程，生成85～95℃的采暖热水，并可同时生成50～60℃的生活热水，分别经二套不同的热力管网送入千家万户。
　　目前我国大型火力电厂的平均发电效率为33%，而热电厂供热时发电效率为20%，剩下的80%热量中的70%以上可用于供热。而热电联产余热，废热的利用，将大大提高热电厂的发电效率，而且水源热泵机在做制热运行时，低压测所需水温仅为常温，因此无须设置多级热力站，输送水的温度也不高（30～40℃），这样不但减少热力站及管网的投资，还减少能量输送损失，与之相关连的水处理设备也减少，一举多得。|||
    4.2 水源热泵机系统
　　水源热泵系统在前面已做过简单的概述，在此我们通过和其他系统的比较来再次看看它的优缺点。
    4.2.1 水源热泵系统与民用分体式空调比较表1

序
号
水源热泵系统
民用分体空调器

1
能效比大（4.3～4.6）、节能
能效比低（3.0）、不节能

2
吹风面广、冷量均匀、易于装修
风量单一、冷量不均、不利房间装修

3
可进行热回收并提供生活热水
不能提供生活热水

4
不破坏建筑物外观，不对环境形成热岛效应
会破坏建筑物外观，会形成热岛效应

5
主机一体化，制冷剂不易泄漏，便于拆、装
内、外机分开，受安装影响较大，易泄漏

6
便于引进新风
无法引时新风

    4.2.2 水源热泵系统与溴化锂吸收式冷热水机组系统比较表2

序
号
水源热泵系统
集中供冷供热系统

1
利用常温水，可以充分利用余热、废热
利用蒸汽或高温热水，无法充分利用余热、废热

2
不必设置大型中央主机房，节省占地面积，无须专人管理
要有专用机房，专人管理

3
可分户计量，合

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