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《建筑熱能通風空調雜志》2014年第三期

1熱源塔系統的應用

熱源塔系統通過熱源塔與大氣的熱交換和熱泵機組的作用，能實現供暖、制冷、蓄冰（暖通專業空調需求）以及提供熱水（給排水生活熱水的需求）等功能（圖1）。對于本項目典型的賓館類項目，既有空調需求，也有生活熱水需求，使用該系統是比較合適的。該系統與風冷熱泵相比，冬季不存在結霜現象，不需要融霜就能正常工作。夏季，有特殊結構設計的熱源塔能夠起到高效冷卻塔的作用。該系統與地源熱泵相比，不需要室外場地埋管。該系統與冷水機組加鍋爐系統相比不需要設置鍋爐，就能滿足冬季用熱需求。熱源塔系統的設計需注意以下幾個方面：1）該系統冬季原理一是吸收空氣的顯熱，使空氣溫度降低，二是吸收空氣中水蒸汽變為液體的潛熱，使空氣變干，與室外的空氣濕度參數是比較密切相關的。因此，在出現干冷的天氣，供暖效果不好，而且運行效率較低。另外在環境濕球溫度較低時（低于-6℃），能提供的生活熱水溫度最高為50℃，因此該系統僅適用于室外濕球溫度高于-9℃以上長江以南地區。常州地區的冬季濕度設計參數為77%，基本可以滿足熱源塔的運行條件。2）日常運行維護麻煩。該系統為開式系統，與大氣有直接的熱質交換，必須做好日常運行維護，避免雜質進入系統。該系統冬季運行吸收空氣凝結潛熱時，防凍液由于不斷吸收空氣中的水汽濃度變小，系統內設置一套補液裝置，不斷添加防凍液，需要精確控制防凍液的正常濃度，系統才能保證不凍。而且在夏季制冷工況時防凍液要全部稀釋排空換自來水。冬季供暖工況時系統要重新換上防凍液。3）系統冬夏模式切換。由于熱源塔夏季作為冷卻塔，冬季作為熱源側，系統管路在冬夏制冷制熱模式必須有一個管路切換，實現熱源塔熱泵機組的蒸發側和冷卻側的互換。系統中保證冬夏切換時不串水的保證措施：a）冬季轉換的時候在蒸發器相連接的轉換閥門上增加盲板；b）所有切換管路的閥門采用雙閥門控制。4）熱源塔側的防腐措施。該系統載冷劑為防凍液，本項目采用的載冷劑為符合HG/T2327-2004《工業氯化鈣》標準要求的Ⅰ型氯化鈣，管載冷劑管道采用襯塑鋼管或PE管。a）熱源塔應采取防載冷劑飄溢措施，工作過程中飄水率控制在0.001%，因此鹽溶液不會對周邊環境造成影響。B）熱源塔側的水泵應采用化工水泵，內部必須襯氟，耐腐蝕，載冷劑管路上的閥門及管件采用內部全襯氟的防腐閥件。

2熱源塔系統運行能耗分析

2.1建筑理論能耗通過HDY-SMAD空調負荷計算及分析軟件4.0（能耗分析版本）作為能耗分析模型，比較建筑11月份及12，1月份的建筑理論能耗。賓館主要服務于全國各省曲棍球員的訓練住宿，從11月份到次年的3，4月份入住率穩定在75%，因此在能耗模型中，客房部分調整了時間表，峰值設置在75%。這是與負荷計算模型中不同的地方。餐廳的能耗根據實際使用的時間調整了時間表。

2.2建筑實際能耗該建筑在2013年10月常州花博會期間已開始投入了使用，滿足了使用要求。管理公司為確保熱源系統的穩定性，增加了一臺1163kW燃氣熱水鍋爐作為備用熱源，熱水通過鍋爐的循環泵接入制冷機房內的空調系統。本項目11月份使用了熱源塔作為熱源，12月份及1月份采用一臺燃氣鍋爐作為熱源。本文通過對11月~1月三個月份的理論與實際能耗分析，來考察熱源塔冬季使用的能耗效率。由于本項目計量的原因，水泵能耗，包括冷凍泵，冷卻水泵，供應生活熱水循環泵（不包括生活熱水系統的循環泵），以及防凍液補液泵，包括鍋爐的循環泵的電量全部統計計量為一個值。本項目主要服務于曲棍球運動員的住宿，可以認為本項目中的生活熱水能耗為一個穩定值（30t），自來水初始溫度按照月平均最高溫度減去5℃計算，則10.21~11.20的熱水能耗為1256kW/天（使用熱源塔）；11.21~12.15的熱水能耗為1500kW/天（使用鍋爐），12.16~1.20的熱水能耗為1570kW/天（使用鍋爐）。因此，水泵能耗+主機能耗（熱源塔或者鍋爐）扣除生活熱水能耗即可得到。為方便和理論能耗的比較，天然氣能耗全部折算為kWh進行對比。在實際日能耗中僅統計了主機（熱源塔，主機，鍋爐）和水泵部分。

2.3熱源塔與鍋爐系統的能源效率本文定義一個能耗率，能耗率=熱源能耗/理論熱能耗=（實際電能耗+鍋爐能耗-生活熱水能耗）/理論熱能耗有新風（或者無新風），其中，實際電能耗包括了機組和泵，熱源用設備的電耗。能耗率了反映實際能耗與理論能耗的偏移，能耗率越低，表明系統越節能。表2為熱源系統能耗率計算表，從表中可以看出，實際能耗不到理論能耗的一半。實際能耗小于理論能耗的主要原因在于實際能耗中新風系統能耗占的比例很小。從表2中可以看到熱源塔系統略高于鍋爐系統的能耗率（0.36>0.31），差異百分率為（0.36-0.31）/0.31=16%>5%的工程誤差。由于新風系統在實際很多情況下沒有開啟運行，因此對不包含新風能耗的兩系統能耗率進行分析，具體見表3。從表3中可以看到熱源塔系統略高于鍋爐系統的能耗率（0.99>0.95），差異百分率為(0.99-0.95)/0.95=4.2%<5%的工程誤差。因此可認為在沒有新風的工況下兩系統的能耗基本無差別。

2.4實際能耗費用折算比較能耗費用與室外的氣象參數和室內使用情況緊密相關。本項目中，可認為室內使用情況基本穩定。因此為評價能耗費用的實際高低，本文通過單位理論能耗費用來考核。單位理論能耗費用=能耗費用/理論能耗（有新風或者無新風）。理論能耗是根據室外條件模擬計算出來的能耗，這樣，可以比較各個月份之間的能耗費用（表4）。從表4可以看到，熱源塔系統的單位理論能耗費用高于鍋爐系統的單位理論能耗費用。在無新風的情況下，(1.71-0.86)/0.86=0.99，接近1倍。同時，熱源塔還有隱含的系統成本，即補充冷凍液的成本，及相應的人力管理成本。綜合表3和表4，可以看到熱源塔系統的能源效率雖然和鍋爐差不多，但由于能源價格的原因，并不省錢。

3結論

1）在常州地區使用熱源塔系統需要有低谷電價的支持。2）熱源塔從能耗使用的角度上在冬季是基本可行的，但費用高。在夏季的使用效果需要工程數據進一步的驗證，來衡量全年的系統空調使用效果。

作者：安秋香單位：上海同濟華潤建筑設計研究院有限公司