0　引言

　　水源熱泵空調系統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、地熱尾水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。水源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現低溫位熱能向高溫位熱能的轉移。將水體和地層蓄能作為冬、夏季的供暖熱源和空調冷源，即在冬季，把水體或地層中的熱量“取”出來(lái)，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量“取”出來(lái)，釋放到水體和地層中去。水源熱泵系統60年代開(kāi)始在美國提出之后，經(jīng)過(guò)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)在北美建筑中應用了40多年。進(jìn)入70年代后，這項技術(shù)在日本的推廣應用很快。

　　東芝、三菱電機、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)路水源熱泵空調系統的工程實(shí)例。自80年代以來(lái)，我國采用水源熱泵空調系統的建筑也逐年增多。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、上海錦江第四號樓、西安建國飯店、青島華僑飯店。深圳同貿大廈、惠州大酒店、泉州大酒店等均采用了閉式環(huán)路水源熱泵空調系統。但大多數水源熱泵系統以地下水作為冷熱源，據報道，目前我國青島建起了以海水為冷熱源的水源熱泵空調系統，湖南湘潭市政府新大樓里的水源熱泵中央空調利用市中心區人工湖地表湖水為冷熱源的水源熱泵系統。水源熱泵因具有“綠色、環(huán)保、節能”的優(yōu)勢，在我國的推廣應用前景十分廣闊。

　　1　崇明生態(tài)住宅小區概況

　　崇明島是一座具有獨特文化的生態(tài)之島，擁有“水清、土潔、氣凈”優(yōu)越的生態(tài)環(huán)境，是上海地區唯一的一個(gè)國家級生態(tài)示范區。上海為了探索“健康、舒適、生態(tài)、節能”的住宅小區的建設，實(shí)現“節能、節水、節地、節材、治污”的目標，選擇崇明作為建設“人與自然和諧發(fā)展”的資源節約型住宅的示范地。崇明某生態(tài)住宅小區總規劃建筑面積93490㎡，其中，住宅建筑48230㎡，原住宅建筑面積10000㎡，住宅戶(hù)數473戶(hù)，住宅人數1514人。

　　2　空調系統冷熱源方案和可行性分析

　　2.1空調系統冷熱源方案

　　本工程水源熱泵系統原理圖如圖1所示。冬季，工質(zhì)通過(guò)板式換熱器從河水中吸收熱量，通過(guò)熱泵系統的冷凝器加熱空調系統的循環(huán)水，向用戶(hù)供暖。夏季工質(zhì)通過(guò)板式換熱器向河水中排出熱量，通過(guò)熱泵系統的蒸發(fā)器吸收空調系統的循環(huán)水的熱量，向用戶(hù)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)住宅小區緊靠長(cháng)江（距江堤約1000米），江堤附近的河面開(kāi)闊，根據最低和最高水位的實(shí)際情況，引水管的取水口的安設位置對航道不會(huì )造成影響，因此，水源熱泵具備利用長(cháng)江水資源的條件。另外，小區附近有一條通向長(cháng)江的排水明渠，可直接利用該明渠向長(cháng)江排水，只需安設一根引水管，因此敷設取水管道的初投資可以相應減少。其次，根據上海市的氣象、水文條件，夏季長(cháng)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進(jìn)出口溫差為5℃，則熱泵機組出水溫度不高于38℃，根據熱泵機組的技術(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組制冷正常運行。在冬季，崇明長(cháng)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，則熱泵機組冬季的進(jìn)水溫度不高于3.6℃，以冬季熱泵的冷凍水側進(jìn)出口溫差為5℃考慮，則熱泵機組出水溫度不到–1.4℃，則須在循環(huán)水中添加防凍液�？紤]到長(cháng)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，如果將地表水直接供應到每臺熱泵機組進(jìn)行換熱，容易導致熱泵機組壽命的降低，換熱器結垢而性能下降，嚴重時(shí)還會(huì )導致管路阻塞，因此不宜將地表水直接供應到每臺熱泵機組換熱。因此本工程將長(cháng)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(kāi)，熱交換器采取小溫差換熱的方式運行，這樣就可以用廉價(jià)的換熱器保護昂貴的水源熱泵機組。綜上所述，根據崇明向陽(yáng)住宅小區所處的地理位置，可利用長(cháng)江水資源的優(yōu)越條件，選用大型水源熱泵機組作為住宅小區內住宅空調系統的冷熱源，以長(cháng)江水作為水源熱泵機組的冷熱源技術(shù)上是可行的。

　　3　水源熱泵系統方案技術(shù)經(jīng)濟分析

　　根據住宅和商業(yè)的負荷情況及小區的建設特點(diǎn)，冬、夏季均由水源熱泵機組來(lái)承擔空調負荷，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。系統方案經(jīng)濟分析計算初投資和運行費用并常規空調系統（電制冷+燃氣鍋爐）進(jìn)行分析比較。

　　3.1設計參數

　　小區內住宅設計為節能建筑，單位建筑面積的冷負荷和熱負荷分別按45W／㎡和40W／㎡進(jìn)行概算，系統冷熱負荷概算結果見(jiàn)表1。

　　3.2設備選型和初投資

　�、潘�源熱泵機組

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

　�、迫細忮仩t+冷水電制冷機組

　　本方案采用2臺螺桿式冷水機組（單臺制冷量為1406kW），用于夏季供冷，2臺燃氣鍋爐（單臺制熱量為1400kW），用于冬季供熱。主要設備選型表如表3。

　　3.3運行費用分析

　　年運行費用主要按冬夏兩個(gè)季節計算，夏季運行按照每天運行18小時(shí)，運行150天：冬季每天運行18小時(shí)，運行90天算。綜合考慮設備同時(shí)使用系數0.8.本工程上海地區的電價(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，據此，進(jìn)行年運行費用分析。其結果如表4所示。

　　表2水源熱泵空調系統主要設備選型和初投資

　　表3燃氣鍋爐+冷水電制冷機組主要設備選型表

　　表4年運行費用分析表

　　3.4經(jīng)濟比較

　　通過(guò)對兩種空調方案的初投資及運行費用分析，結合兩種不同空調方案的特點(diǎn)，分析結果如表5

　　表5兩種方案初投資及運行費用比較

　　從以上對兩種方案系統的初投資與運行費用綜合分析結果得出：

　�、懦跬顿Y

　　水源熱泵空調系統冷熱源部分單位建筑面積的初投資為91.23元／㎡.常規空調空調系統冷熱源部分單位建筑面積的初投資為71.55元／㎡

　�、颇赀\行費用和投資回收期：

　　水源熱泵機組單位建筑面積的年運行費用為21.27元／㎡，比常規空調分別降低23％。其投資回收期為4年。水源熱泵空調方案在投資回收期過(guò)后，每年為業(yè)主節省的運行費用，即為凈利潤。系統按15年運行期考慮，因節省運行費用而產(chǎn)生的總利潤為334萬(wàn)元；且水源熱泵系統所需要維護的設備較少，維護費用更低。

　　4　水源熱泵系統對環(huán)境的影響

　　根據水源熱泵系統的原理可知，本工程水源熱泵空調系統對長(cháng)江水的利用僅限于熱量的提取和轉換，并在使用過(guò)程中嚴格限制對長(cháng)江水進(jìn)行任何的化學(xué)處理，有限的處理也僅限于對其進(jìn)行過(guò)濾、沉淀以及加熱冷卻等物理處理，長(cháng)江水的成分在整個(gè)使用過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生任何變化，因此，水源熱泵系統的運行不會(huì )給長(cháng)江水造成污染。

　　5　結論與建議

　　5.1水源熱泵空調系統具有效率高、節能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，水源熱泵空調系統技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，崇明生態(tài)小區集中空調系統冷熱源具備利用長(cháng)江水有利條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟分析，不僅技術(shù)上可行，經(jīng)濟上也合理。根據本文所做的概算，水源熱泵的初投資比常規空調稍高，但運行費用低，年節省運行費用約28.54萬(wàn)元。

　　5.2長(cháng)江水水源熱泵系統正常使用的前提下，僅限于對其進(jìn)行過(guò)濾、沉淀以及加熱冷卻等物理處理，因此，水源熱泵系統的運行不會(huì )帶來(lái)長(cháng)江水的污染問(wèn)題。

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

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