一、概況　　某學(xué)院新校區(qū)位于東北某市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)內(nèi)，規(guī)劃用地3200畝，建筑面積60余萬平方米，分兩期實施。其中一期占地1600畝，建筑面積35萬平方米，包括教室、實驗樓、圖書館、行政辦公樓等多種建筑。依照當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門的意見，考慮環(huán)保要求，擬采用地下水水源熱泵系統(tǒng)進行供暖和供冷。地下水水源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)中的一種，是以地下水作為冷熱源的供暖供冷系統(tǒng)。由于其環(huán)保性和節(jié)能性，近期在國內(nèi)外都得到了大力推廣和應(yīng)用。由于采用地下水水源熱泵系統(tǒng)進行供暖供冷在當(dāng)前沿是一項較新的技術(shù)，建筑方特委托我方對該工程采用水源熱泵系統(tǒng)的可行性進行分析。本文重點介紹了對該工程采用地下水水源熱泵系統(tǒng)進行供暖的經(jīng)濟性?！　《?dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)狀況和能源狀況　　建設(shè)方委托當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)工程勘察院落對工程所在地進行了實地勘查，并鉆控了觀察進和試驗井，對當(dāng)?shù)氐叵滤乃疁?，含水層分布，出水量以及回洪量等參?shù)進行了試驗研究，給出了水文地質(zhì)報告和地下水水質(zhì)分析報告。根據(jù)上述報告，當(dāng)?shù)氐叵滤疁貫?.2-10℃，水質(zhì)較好，符合熱泵機組的用水要求;當(dāng)?shù)氐叵滤骄晗陆邓俾蕿?.18m/a，有效含水層平均厚度為34米;在適當(dāng)?shù)木涸O(shè)計下，建議采用Φ500的井管，在井深50米的情況下，每口井的出水量為5000m3/d，回灌水量為1800m3/d.　　由于該校區(qū)所在地市政設(shè)施沿不完善，熱力管網(wǎng)和燃氣管網(wǎng)均未敷設(shè)到位。能源主要以煤礦和電為主，除地?zé)崮芡?，唯一現(xiàn)實和被允許的供暖方式只有采用區(qū)域鍋爐房+散熱器的方式?！　「鶕?jù)甲方提供數(shù)據(jù)，該地區(qū)電價按照0.69元/度計算，燃煤按照250元/噸計算，暫不執(zhí)行分時電價政策?！　∪⒌叵滤礋岜孟到y(tǒng)的確定　　就地下水的運行方式而言，地下水水源熱泵系統(tǒng)分為兩種，一種為直接式系統(tǒng)，另一種則為間接式系統(tǒng)，它們的區(qū)別主要在于地下水是直接引入熱泵機組還是地下水不直接進入機組，而是通過板式換熱器通過小溫差換熱的方式運行將熱量傳遞給熱泵機組。直接式系統(tǒng)能讓地下水的熱量得到充分利用，但地下水的品質(zhì)直接影響到水源熱泵機組的壽命;間接式系統(tǒng)雖然可以用廉價的板式換熱器保護了昂貴的水源熱泵機組，但由于存在換熱溫差，不能充分利用地下水熱量和溫度?！　【拖到y(tǒng)末端裝置的形式而言，地下水水源熱泵系統(tǒng)又分為集中的大型水-水水源熱泵機組+風(fēng)機盤管和分散的水-空氣水源熱泵機組形式。從投資上看，大型水-水水源熱泵機組+風(fēng)機盤管的系統(tǒng)形式是一種更為集中的空調(diào)方式，國內(nèi)已有生產(chǎn)，由于機組較為集中。因此水源熱泵機組初投資較小，但熱泵機組需要在建筑中設(shè)置專用的機房，水-空氣水源熱泵系統(tǒng)相對分散，目前成熟產(chǎn)品主要為國外品牌，機組初投資略高;從運行上來看，由于水水-水水源熱泵機組的能量調(diào)節(jié)只能分有限的級數(shù)進行，而且要同時供冷熱就必須采用四管制，因此比較適合于作息時間比較統(tǒng)一，負荷比較一致的場合;水-空氣水源熱泵機組自帶溫控器，可以根據(jù)使用要求進行獨立的調(diào)節(jié)和運行，還可以在兩管制的情況下實現(xiàn)四管制才有的同進供暖供冷的功能，但由于壓縮機集成在機組內(nèi)部，有一定的噪音問題，因此比較適合作息時間多樣化且使用要求也比較多樣但噪音要求不太嚴(yán)格的商用和公用建筑。　　針對以上系統(tǒng)特點，如果本工程采用間接式系統(tǒng)，由于當(dāng)?shù)氐叵滤疁囟緝H有9℃左右，熱泵機組的出水溫度可能在3℃以下，為避免凍結(jié)的危險有必要在循環(huán)水種添加防凍劑。由于當(dāng)?shù)氐叵滤蠠岜脵C組的用水要求，為避免循環(huán)水中添加防凍液，由此帶來的一系列的運行、設(shè)計和管理難題，在做好除砂過濾和除氧防府工作(僅限于物理處理)的前提下，該系統(tǒng)采用直接式系統(tǒng)。同時，考慮到學(xué)校用房的作息時間和使用功能都比較單一，一般整棟建筑的使用都是同步的，且學(xué)校教室對噪音要求較嚴(yán)，同時綜合考慮造價因素，決定本工程選用直接式地下水水-水熱泵機組+風(fēng)機盤管(或空調(diào)箱)的系統(tǒng)形式?！　≡谏鲜鱿到y(tǒng)形式下，計算得到供暖所需理論地下水流量為2874m3/h.根據(jù)水文地質(zhì)報告和的需水量，計算得到所需供水井為14眼，回灌井?dāng)?shù)量為38眼。最終設(shè)計井群為：供水井17眼(含3眼備用井)，回灌井43眼(含5眼備用井)?！　∷?、經(jīng)濟分析　　考慮以學(xué)校地處東北，供冷時間較短，且大部分時間處于長達兩個月的暑假期間，地下水水源熱泵系統(tǒng)的主要功能為供暖，供冷只是一項附加的功能，因此甲方最迫切需要知道的是系統(tǒng)用于供暖的經(jīng)濟性。根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉礂l件，以下主要就燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)和地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的供暖功能就整個35萬平方米的一期工程進行技術(shù)經(jīng)濟比較?！　?.初投資　　燃燒區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)和地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的初投資比較結(jié)果如圖一所示?！　D一系統(tǒng)初投資比較　　上述比較中，燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)整個校區(qū)統(tǒng)一設(shè)置一個區(qū)域鍋爐房，末端采用傳統(tǒng)的鑄鐵采暖散熱器，熱力管道直埋敷設(shè)，沒有包含熱力站和鍋爐房的土建費用和其他當(dāng)?shù)匾?guī)定應(yīng)收限的費用，如排放費等。地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)平均5萬平爐左右設(shè)一個熱力(冷凍)站，共7個熱力站，末端裝置采用風(fēng)機盤管，有的建筑中還需要增加新風(fēng)機組，熱力管道直埋敷設(shè)，沒有包含熱力站和土建費用和其他當(dāng)?shù)匾?guī)定應(yīng)收取的費用，如水資源費等?！　?.運行費用　　燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)和地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的運行費用比較結(jié)果如圖二所示，后者運行費用主要由電費構(gòu)成?！　∩鲜霰容^中，燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)的運行沒有考慮可調(diào)節(jié)控制和可計量的手段和因素，仍假設(shè)所有的散熱器在供暖期間24小時運行，熱網(wǎng)定流量運行。　　地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)假定地下水和系統(tǒng)冷熱水都是定流量運行，每棟建筑風(fēng)機盤管制運行調(diào)節(jié)規(guī)律與供暖負荷的分布情況一致，供暖負荷按穩(wěn)態(tài)計算，與室外溫度分布情況一致，水源熱泵機組的使用按照60%滿負荷進行計算。由于學(xué)校建筑使用時間不一，也不可能全天運行，所有建筑的平均使用時間按每天10小時計算，供暖時間根據(jù)規(guī)范為152天?！　?.單位面積供暖成本　　燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)和地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的單位面積供暖成本比較結(jié)果如圖三所示。計算中考慮到燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器的供暖系統(tǒng)的壽命為15年，地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)壽命也按15年考慮，所有設(shè)備按直線折舊計算?！　【C合以上比較，采用燃煤區(qū)域鍋爐房+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的初投資遠遠高于燃煤區(qū)域鍋爐房+風(fēng)機盤管系統(tǒng)，前者因為同時兼有供冷供熱功能，系統(tǒng)造價理所當(dāng)然要高，但在本工程中卻用不到供冷功能，系統(tǒng)初投資部分浪費，投資沒有發(fā)揮其全部功能?！　?1)地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的運行費用高于燃煤區(qū)域鍋爐房+風(fēng)機盤管系統(tǒng)，主要原因是前者所提供的熱量中有大約三分之一為優(yōu)質(zhì)高價的電能轉(zhuǎn)化而成(包括潛水泵耗電、熱泵機組耗電、循環(huán)泵耗電)，而后者所供熱量主要由廉價的燃煤轉(zhuǎn)化而成。當(dāng)?shù)仉妰r過高是造成前者運行費用過高的主要原因?！　?2)地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)和燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)是兩種不同檔次的系統(tǒng)，它們的使用效果和舒適性都有一定差異，所產(chǎn)生出的質(zhì)是不一樣的，如果從性能價格比這個角度上來看，它們的差距并不象前文得出的結(jié)果那樣懸殊。　　五、結(jié)論與建議　　(1)在本工程條件下，單就實現(xiàn)供暖這一主要功能而言，燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)所付出的投資僅為地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的30%左右。燃煤區(qū)域鍋爐房+散熱器系統(tǒng)的供暖成本不到地下水水源熱泵+風(fēng)機盤管系統(tǒng)的供暖的一半?！　?2)地下水水源熱泵系統(tǒng)供暖雖然在環(huán)保性、節(jié)能性和可持續(xù)發(fā)展性等方面具有巨大優(yōu)勢，但根據(jù)各個工程的實際情況，并非一定是最經(jīng)濟的方案，當(dāng)?shù)仉妰r是影響其運行經(jīng)濟性的重要因素。　　(3)在北方地區(qū)采用地下水水源熱泵必須注意地下水的出水溫度。溫度較低時必須注意可能引起的凍結(jié)危險和機級效率的下降。有用直接式系統(tǒng)時需注意地下水水質(zhì)狀況和地下水的處理，需回灌的地下水不允許進行化學(xué)處理以免造成污染?！　?4)單純采用地下水水源熱泵系統(tǒng)進行供暖一是會造成投資浪費，二是可能會地下水層的冷積聚，最好讓系統(tǒng)能在冬夏同時運行或采取措施防止冷積聚。