長江流域淺層水源熱泵案例
方案簡介
蕪湖國税水文地質基岩含水主要在微風化凝灰岩風化帶中的空隙——裂隙水並隨長江水位變化，補給來自長江水系，歸屬於地表淺層水源即地表潛水。空調冷(熱)源方案確定，建議採用地表潛水源作為熱泵空調的冷(熱)源，進行詳細的水文地質勘察尋找地表潛水源，論證實施取水及回灌方式。
地表潛水冷(熱)源熱泵系統年運行能耗為374348 KWH/年，冷(熱)源及熱泵設備初投資98.0萬元；空氣源冷(熱)源熱泵系統能耗為561228 KWH/年，空氣源熱泵+電輔熱設備初投資191.8萬元；地表潛水冷(熱)源熱泵對比空氣源冷(熱)源熱泵年節能86880 KWH/年，減少初投資93.8萬元。
一、蕪湖國税工程項目概況
項目名稱與地址：蕪湖市國家税務局，地址位於蕪湖市赭山。
建築面積與負荷：約12000M²，製冷負荷確定為900KW、供熱負荷確定為720KW。
根據蕪湖市勘察測繪設計研究院《岩土工程勘察報告》摘要如下：
建築紅線範圍內佔地面積約16500M²，建築佔地面積約3300M²；項目主要功能用於税務服務辦公、會議及餐飲等；
地型地貌：地勢落差較大，相差7米，場地微型地貌屬崗丘—窪地；地下暗藏人防工程，具體位置及走向有待查明。
地質構造：沿長江拱起斷裂地震褶皺帶；微風化凝灰岩深度為21.6～39.5米，裂隙較發育；角礫岩深度為39.5～48.5米，裂隙發育。
水文地質：基岩含水主要在微風化凝灰岩風化帶中的空隙——裂隙水並隨長江水位變化，歸屬於地表淺層水源，補給來自長江水。
二、地源熱泵空調冷(熱)源確定
1、常用的熱泵冷(熱)源方案
1) 地源冷(熱)源空調方案(俗稱地源熱泵空調方案)
冷(熱)源來源：地下水、地下潛水、地表水和土壤。
夏季製冷：空調系統向地源輸入100% 的空調餘熱作為儲藏，交換過程的同時獲得冷源。
冬季供熱：由熱泵系統向地源系統提取夏季儲藏的低品位能向建築物供熱。
優點：充分利用夏季空調餘熱向地源儲藏蓄能實現冬季供熱。地源熱泵適用於冷(熱)負荷比例基本平衡地區，其節能、環保效果顯著，系統使用壽命長。地源熱泵分為三種類型：
地下水源 ——熱泵其能效比/性能係數，製冷EER 5.4～5.6，供熱COP 4.2～4.6；
地表潛水源——熱泵其能效比/性能係數，製冷EER 4.2～4.6，供熱COP 3.0～3.6；
地表水源 ——熱泵其能效比/性能係數，製冷EER 3.5～4.0，供熱COP 2.8～3.2；
土壤源 ——熱泵其能效比/性能係數，製冷EER 3.0～3.6，供熱COP 3.2～3.8。
缺點：因冷(熱)源來源有侷限性，受到環境條件的制約，土壤源熱泵投資高於傳統空調。
2）空氣源冷(熱)源熱泵空調方案(俗稱風冷熱泵空調方案)
冷(熱)源來自室外空氣的傳遞。
夏季製冷：空氣帶走夏季空調系統100%的餘熱。
冬季供熱：由熱泵系統提取空氣中熱量向建築物供熱。
優點：適用於冬季空氣濕度在65%以下，空氣温度不低-5℃地區 使用。
缺點：夏季機組受氣象因素影響大，熱聚集現象嚴重，製冷能效比低於EER 2.6以下；冬季“低温高濕”地區翅片結霜阻塞空氣熱源傳遞，熱泵能效比COP常低於1.6以下；翅片換熱器易腐蝕使用壽命短，沿海地區空氣中含鹽更加快翅片換熱器的損壞；大量室外機影響物業形象，VRV集中空調機組系統供液回油困難易損壞。
3）水環/燃油冷(熱)源空調方案 (俗稱冷水機組加燃油鍋爐空調方案)
冷源來自冷卻水蒸發；熱源來自燃油鍋爐。
夏季製冷：冷卻水蒸發帶走夏季空調系統100%的餘熱。
冬季供熱：由燃油鍋爐100%的供暖。
優點：適用於任何地區；
缺點：個別辦公房間用空調需整個空調系統投入運行能耗大控制困難；其冬季用燃油鍋爐供熱採用價格昂貴的輕質柴油作能源運行費用高。
小結:以上三種為空調系統常用方案，能夠適用於該地區地質及氣候條件，給建築物空調系統提供廉價的冷(熱)源可選方案，以地源作為熱泵空調系統冷(熱)源有較高性價比。
2、熱泵冷(熱)源方案確定
根據模擬蕪湖市國税局總平面圖，主要功能用於税務服務、辦公、會議、內部餐飲等存在間歇使用的特性，為確保空調場所夏季製冷，冬季供熱，因地制宜，充分利用再生能源達到節能環保要求，結合建築物用途、特點，綜合考慮各種不利因素，選擇一種最適合建築物的熱泵空調的冷(熱)源方案。
1）第一方案 以地表潛水源作為熱泵空調的冷(熱)源
以地表潛水源作為熱泵空調冷(熱)源的系統稱為深井回灌式水源熱泵系統。通過建造抽水井羣將地下水抽出，水源直接送至熱泵機組，郭鵬學暖通經提取熱量或釋放熱量後，由回灌井羣灌回地下。此方案適應於地下水源充足，地質條件為砂礫層或裂隙構造的情況，可達到良好的回灌效果。熱交換器供回水温差可選取較大差值△t=10℃有利於節能降耗。
2）第二方案 以地下土壤源作為熱泵空調的冷(熱)源(備用方案)
以地下土壤源作為熱泵空調的冷(熱)源的系統稱為土壤源熱泵系統。根據地質構造及有效埋管面積情況，埋管方式可分為水平/垂直埋管地源熱泵。此方案適用於地下水源不足或回灌困難及當地政府機構對地下潛水源控制嚴格地區。系統為一閉式方式，通過中間介質作為熱載體，中間介質在封閉埋管環路中循環流動，從而實現與大地土壤進行熱交換的目的。
小結:第一方案是以地表潛水源作為熱泵空調的冷(熱)源，建議進行詳細的水文地質勘察尋找地表潛水源取水與回水最佳點，核實是否滿足本項目熱泵空調冷(熱)源需求。以地表潛水源作為熱泵空調的冷(熱)源循環如下：夏季空調製冷，由水循環系統帶走製冷機100%的空調餘熱，向地下淺層岩土蓄熱；冬季空調供熱，循環系統提取地表潛水中低品位熱源由熱泵提升為高品位熱能向建築物供熱。第一方案方案如果受資源性及政策控制不能實施，可以採用地下土壤源作為熱泵空調的冷(熱)源。
3、地表潛水——水源熱泵冷(熱)源能耗比
在經濟性比較時首先應注意比較基準必須一致。應用的設備檔次、能源價格等基準條件進行比較，才能保證方案比較結果的科學性和合理性。本方案要求地源熱泵與空氣源熱泵全部採用螺桿機組(見表1、2)。
表2説明：長江流域受特定地質與氣候條件因素影響，成為冷暖氣流對峙區“低温高濕”，空氣中低温位“潛熱”含量高，空氣源熱泵因構造缺陷不能有效地利用低温位熱源持續期累計約50天左右。當乾球温度在0～5℃，相對濕度>80% 時結霜最為嚴重，而且機組平均每小時才化一次霜。按現代技術不停機旁通換向化霜程序，一次化霜的時間及向室內反向取熱也不少於8分鐘。運行處於半結霜狀態下，供熱性能下降35～40%；化霜減少的供熱量達15～20%左右，平均只有標準工況供熱量的50%左右，供熱性能係數COP平均只有1.5左右。本方案供熱需求量為700KW，選擇空氣源螺桿熱泵方案，容量應按實際供熱能力確定為：
Q = Q·δ + R Q為設定的標準供熱量、δ為實際供熱係數、R為輔助熱源；
通過地表潛水冷(熱)源熱泵系統能耗與空氣源冷(熱)源熱泵系統能耗對比可以看出：
地表潛水冷(熱)源熱泵系統年運行能耗為374348 KWH/年，冷(熱)源及熱泵系統初投資為98.0萬元；
空氣源冷(熱)源熱泵系統能耗為561228 KWH/年，空氣源熱泵+電輔熱系統初投資為191.8萬元；
地表潛水冷(熱)源熱泵系統對比空氣源冷(熱)源熱泵年節能86880 KWH/年，減少初投資93.8萬元。
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