再生水源热泵在郑州东站的适用性分析.docx

再生水源热泵在郑州东站的适用性分析摘要：结合郑州东站周边的市政条件，通过分析各种冷热源形式在该站的初投资 及运行费用，得出冷热源采用再生水源热泵为综合经济性、环保性、社会效益性 最优，文中同时分析再生水源热泵采用大温差、变制冷剂回路手动转换实现冬、 夏工况下运行的必要性关键词：再生水源热泵 变制冷剂回路 大温差工程概况郑州东站位于郑州市，为特大型旅客站房，主要承担客运专线旅客到发业务该站总建筑面积410243 m?,其中站房面积为149981 ^,由地面出站层、站台层、 高架进站层三个平面层组成，其效果图如图 1图1：郑州东站效果图小站房根据使用功能采用二种空调方式：1、工艺设备用房、消防控制室、部 分票务用房等室采用独立冷热源空调系统（变频多联空调系统）；2、候车大厅 进站大厅、交通厅、商业、办公等采用集中冷热源的水-空气空调系统经过专业软件计算,采用集中冷热源区域的逐时逐项综合冷负荷的最大值为20267KW，热负荷为13637KW，车站的冷热源按建筑特征、使用功能设置二个相 同的集中冷冻站,空调末端水管预留两个水系统的连接管1 当地的市政条件为科学、经济、环保的确定空调冷热源方式，其相关的市政条件及当地能源 政策如下：1.1 城市热网郑州东站位于郑东新区内，目前郑东新区已敷设采暖热力管网，热源由郑东新区的热电厂提供，其设计采暖运行水温为130/65 ，实际运行水温为100/65r,热电厂仅冬季供热，夏季不供热。

热电厂车站热力接口位于商鼎路上， 市政供热管道的管径为DN1000，供回水管之间的压差不小于O.IMPa车站接入 管总管径为DN250，接入点到最近一个冷冻站的距离约为800米，经过热力分支 后，其到另外一个冷冻站的距离约为600米，管径为DN200采暖收费标准根据 郑州市物价局制定的政策为每天0.28元/m2,热力接口至冷冻站的热力管网由用 户负责投资1.2 城市再生水状况位于郑州东站附近约1KM （直线距离）的地方设有中原环保股份有限公司王 新庄污水处理厂，该厂目前出水已经达到39万m3/d排放标准采用《城镇污水 处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）水污染物二级排放标准，实际排放水 质状况如表一： 表一项目CODBOD5SSNH3-NTP粪大肠菌群数值W30 mg/lW10 mg/lW15 mg/l10~15 mg/lW3mg/lW104 个/L各月排放平均水温如表二： 表月 份123456789101112温14.16.17.19.22.24.25.26.24.22.18.15.度531533619098其中2008年最冷月（一月）最低排水温度为11.7°C，最热月（八月）最高 排水温度为 28.0r。

从王新庄污水处理厂引入再生水至车站冷冻站的管径根据计算为DN500，再 生水经使用后排至附近的七里河，该河为防汛河，所有的管道均沿规划道路敷设， 其实际距离如下：DN500管道长度约为2.2KM，DN400管道长度约为1.2KM王新庄污水处理厂再生水收费标准为0.25元/ m3，所有的管网建设费用均 由使用方承担，再生水泵房设置在污水处理厂内1.3 其它相关条件市政热力管道及再生水的开口费均包括在城市建设配套费中，在此不另行收 费郑州东站站房使用的电价为每度0.88元，水价为每吨4.05元，天然气热值 为 8500Kcal/ NM3，价格为 2.8 元/NM32 集中空调冷热源的方案分析集中空调冷热源方案根据建筑所在地的条件采取以下几种方案：方案一：采 用再生水源热泵机组供冷供热；方案二：采用水冷离心式冷水机组供冷，采用市 政热力管网经热交换器换热后供热；方案三：采用直燃型溴化锂机组供冷供热； 方案四：采用地源热泵机组供冷供热下面根据当地的市政条件、方案的初投资、运行费用及环境评价进行具体的 分析2.1 方案二三、一四空调系统对比分析方案二与方案三相比，方案三初投资高，主要原因是：1、方案三冷却水系 统初投资高；2、目前现场无天然气管道，需从较远的市政燃气管网引入，其增 加投资。

二种方案运行费用比较如下：根据所选设备性能参数，离心式冷水机组的 COP 为 5.77，溴化锂机组夏季 制冷的COP为1.36，冬季供热的COP为0.93夏季主机使用费用分别如下：方 案二每1元钱电费产生的冷量为：1KW・hX 5.77/0.88 = 5638 Kcal方案四每1 元钱天然气产生的冷量为8500X1.36/2.8 = 4128 Kcal同时方案三比方案二的 冷却水泵、冷却塔耗电量要大，因此方案三比方案二夏季运行费用高冬季按计 算结果每平方米的最大热负荷为90W,取小时不均匀系数0.6, —天采暖运行时 间为 18 小时，采用溴化锂机组供热时其每平方米每天的运行费用为： （90X0.6 X18X3600X2.8）/（4.18X 1000X0.93X8500） =0.3 元，考虑采暖负荷的月不 均匀系数，因此二方案冬季采暖运行费用几乎相同通过全年综合运行费用及初 投资比较，方案二比方案三更优方案四与方案一相比，初投资增加冷却水系统、地埋管系统的投资，减少再 生水引入系统的投资根据本工程冷热负荷计算结果，室外地埋管按冬季空调热 负荷进行埋管，采用竖直单U型，d25PE管（1.6MPa），钻孔深度取80m，管间距 按5x5m，因未对地埋管区域进行土壤热物性测试工作，计算采用附近其它场地 测试结果，其竖直单U型d25地埋管冬季取热量按48w/m估算，单井取热量 3.84Kw/口井，主机COP按4.6计算。

总钻孔数约为2917 口，单U，d25地埋管 总长度约为：466720m若每口井的初投资按8000元计算，地埋管总投资约为 2333.6 万元，该投资远远大于方案一的再生水引入系统的投资（详表三）由 于两个方案均采用电制冷制热，且方案一的再生水温优于地埋管运行水温，因此 再生水源热泵机组的 COP 值大于地源热泵机组的 COP 值，考虑方案一再生水使用 费（详后计算），方案一与方案四的运行费用相差很小，因此综合初投资及运行 费用，方案一比方案四更优 以下对方案一、方案二的空调冷热源进行具体分析2.2 方案一空调系统空调冷热源采用再生水源热泵空调系统，根据建筑特征、使用功能及相关经 济比较，整个空调系统分为二个相同的冷冻站，每个冷冻站内设置六台电力驱动 的螺杆式再生水源热泵机组，机组冬、夏制冷剂回路手动转换实现冬、夏运行工 况夏季空调供回水温度6.5/13.5°C,夏季再生水侧进出温度28 / 38°C；冬季 空调供回水温度50 / 43°C,冬季再生水侧进出温度13 / 3°C各冷冻机房夏季总 制冷量9840KW；冬季四台机组运行，总制热量6820KW再生水源热泵机组相应 配套设置变频空调循环水泵,达到排放标准的再生水通过变频水泵直接进入再生 水源热泵机组,在保证机组安全运行的前提下根据机组再生水出水温度调节再生 水流量。

方案一冷冻站空调水系统原理图详图二2.3 方案二空调系统空调冷源采用水冷离心式冷水机组供冷,空调热源采用市政热力管网经热交 换器换热后供热整个空调系统也分为二个相同的冷冻站,每个冷冻站内设置三 台电力驱动的水冷离心式冷水机组和二台板式换热器,夏季空调供回水温度6.5 / 13.5C，冷却水供回水温度32 / 37C，冬季空调供回水温度55 / 45C, —次 热水温度为100 / 65C,各冷冻机房夏季总制冷量9840KW；冬季总供热量6820KW 水冷离心式冷水机组相应配套设置空调循环水泵、冷却水泵、冷却塔冬夏季分 别设置空调循环水泵，所有的空调循环水泵均采用变频泵方案二冷冻站空调水 系统原理图详图三2.4 方案一再生水温差取值分析由于在方案一中，再生水流量对空调系统的经济性有很大的影响，因此如何 确定合理温差是保证空调系统经济运行的前提再生水进出热泵机组的设计温度 为28/38C，虽然加大温差导致热泵机组的能效比降低，但是减小再生水流量及 再生水水泵的耗电量能够提高系统的经济性根据图二热泵机组性能曲线，当再 生水温差由原设计10C降低到8°C时，夏季再生水水量由原来每台169m3/h增加 至211m3/h，总共12台机组再生水量需增加12X(211 —169)=504T/h，再生 水费用增加为504X0.25 = 126元/h。

热泵机组由于再生水平均水温降低1°C， 其耗电量根据机组的性能曲线降低2.6%，即总耗电量降低312.7X2.6%X12 = 97.5KW，总运行费用减少97.5X0.88 = 85.8元/h由此可见再生水水量增加的 运行费远远大于热泵机组耗电量减少的运行费当再生水流量增加时，其水泵耗 电功率增大，管道的管径也随之增加，初投资增大，因此只要再生水温度能够满 足热泵机组实际运行温度要求，加大再生水温差降低水流量能够极大的提高整个 空调系统的经济性图二热泵机组性能曲线ALI'S制十巴a.力・n if ■气中'许木出卉3SJ®0.3027 聃 29 30 31 3J J3 34 3G 37 3^ 39 4D 41■迄麻出口超轨1.W£$8dlClJUIt7^*3i：Bdl fja.it ST：a^Mdiu Jiif igT ■:£0 出 nJUElUt2.5 方案一采用变制冷剂回路手动转换实现冬、夏工况下运行的必要性根据王新庄污水处理厂提供处理污水的排放标准，其水质接近中水水质，因 此方案一采用再生水直接进入水源热泵机组，水源热泵机组采用变制冷剂回路手 动转换实现冬、夏工况下运行当在再生水系统增设板式换热器，空调水系统通 过管路阀门进行冬夏季转换的方式供冷供热时，由于增加板式换热器，其存在相 应的温差损失，即热泵机组的运行水温在夏季提高，在冬季降低。

当板式换热器 采用1°C温差时，水源热泵机组耗电量根据机组的性能曲线增加2.6%,因此采用 制冷剂转换的方式能够提高系统运行的经济性二种系统方式在初投资相比，采用制冷剂转换的水源热泵机组较普通的水源 热泵机组贵，但它的价差不足以弥补板式换热器的投资，因此采用制冷剂转换的 水源热泵机组初投资更为节省，采用此种方式的前提是再生水水质标准必须满足 机组的使用要求，否则需增设板式换热器［1］T 43fti rJI— 讨冷图三：方案一冷拣站空调水系统原理图中图四：方案二衿冻站空调水系统原理图42.6 方案一、 二的设备配置表及初投资 根据车站的空调冷热负荷，二种方案的制冷量及制热量完全相同的基础上 各方案的设备配置表及初投资如表二、表三：方案（一）冷热源主要设备配置及投资 表三、序 口v名称型号规格数量满负荷运行 耗电总功率（KW）单价/总 价（万元）备注1螺杆式再生 水源热泵机 组制冷量：1640K, 水温 13.5/6.5 °C, 28/38°C输入功率：312.7KW;C0P=5.24制热量：1825KW 水温 50/43C, 13/3C 输入功率：372.4KW;COP=4.9012制冷3752.4KW 制热2979.2KW156/1872夏季12 台运 行冬 季8 台运 行2冷冻水泵 （变频）流量 212m3/h;扬程 38mH 0亠 2转速：1480rpm;功率 37kw12制冷444KW制热296KW4/48同上3。