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1、- 1 -湖北地矿局 AB 栋住宅楼地温空调改造工程武汉地质工程勘察院 柳志威 武汉科技大学 张春枝摘要：本文以湖北地矿局两栋住宅楼的地源热泵空调系统改造工程为例，阐述了具体改造方案， 结合改造工程实际运行情况，从初投资和运行费用两方面进行了地源热泵空调与分体户式空调之间的经济性分析，并阐述了对环境的影响。关键词：住宅楼，地源热泵，节能，环境随着经济发展，目前，越来越多的住宅建筑采用集中供冷供热的方式，而其所采用的冷热源大多是地源热泵。采用地源热泵符合我国的当前实际国情，符合节能和环保的要求。一、工程简介湖北地矿局 AB 栋高层住宅楼地处汉口航空路解放大道与京汉大道之间，为两栋点式住宅楼，楼高
2、 19 层，其中地上 18 层、地下一层，框剪结构，总建筑面积约 30000m2。2000 年建成，共有住户274 户。其中央空调改造工程作为科研试点工程，采用建设部推广的十大节能技术之一的地源热泵技术。改造工程于 2006 年 7 月设计，期间进行了 3 次设计评审。2006 年 9 月开工，2007 年 4 月改造完工，2007 年 5 月进行调试，6 月试运行，2007 年 7 月投入使用。二、改造方案1、方案论述地源热泵（Ground-Source Heat Pump，简称 GSHP）是利用地球表面浅层地能资源（地下岩石、土壤、地下水或地表水）作为冷、热源进行能量转换的供热、制冷空调系
3、统。通过利用地下水、地表水进行冷、热能源转换的技术成为水源热泵技术。地源热泵技术具有以下一些优势：（1）开发浅层地热能具备绿色、环保、节能的特点，地源热泵技术是当前开发利用地下岩土体、地下水或地表水中蕴藏的浅层地温能资源最有效的途径之一。（2）地表浅层地能资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的空调冷热源。在建筑中采用地源热泵比传统空调系统运行效率要高出 20 %30 %，即可节省运行费用 20 %30 %；更重要的意义在于，同时它可替代锅炉燃烧供热，减少一次能源（煤炭、石油、天然气）的使用量 50 %60 %，除使用少量电能外，没有直接污染物排放及废弃
4、物，不需要堆放燃料和废物的场地，不用远距离输送热量，同时减少了一次能源的运输传送费用，减缓了交通运输压力。（3）地源热泵系统一般由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内部系统组成，地源热泵技术成熟，完全可以在武汉地区推广应用。汉口地区地下水地源热泵系统的建设，在一定的条件下，就环境工程地质影响方面分析，是安全可行的，长江流域以南沿江广大地区，地下亦为类似二元地层结构，富含地下水，适宜采用地下水地源热泵系统。2、改造方案该住宅楼地温空调改造工程设计总配电量 630kW，设计夏季用电量为 574.71 kW，冬季为 588.71 kW，过渡季节为 102.21 kW。改造工程分为五个部分：抽水回灌井群
5、、地下管网、机房工程、楼内管道及末端、分户计量系统。抽水回灌井共有 6 口，其中 2 口抽水井、4 口回灌井。空调系统机房安排在 A 栋住宅地下室东北角，空调主机采用意大利克莱门特 PSRHH1801 三台，- 2 -空调水系统采用同程系统，供回水立管布置在采光天井凹槽中。AB 栋住宅楼共有 264 户，安装了 986 台风机盘管。为了便于按户、按末端计量，系统和住户家安装了分户计量系统。配合科研试点工作，该系统还增设了联动自控系统、地下水在线监测系统、地温场观察系统和沉降观测系统。三、改造工程经济性分析1、 水源热泵中央空调系统主要设备表 1 湖北省地矿局职工住宅楼主要设备表分项名称 规格
6、单位 数量 备注水源热泵机组 PSRHH1801 台 3冷冻水泵 DFW10-315A/4/22 台 4冷却水泵 DFW100-160B/2/7.5 台 4深井水泵 200DFQJ80-11*4 台 6旁流水处理器 SC-0500GSC-0600G 台 2板式换热器 GC-54*222 台 1联动自控系统 PLC 柜 台 1分户计量系统 艾科时间型 套 1壁挂式风机盘管 FP-85BG;FP-63BG 台 938立柜式风机盘管 FP-14LZ;FP-20LZ 台 38卧式暗装风机盘管 FP-63WA;FP-51WA 台 102、 工程造价（初投资）分析湖北省地矿局 AB 栋高层住宅楼地温空调项
7、目因属于旧有建筑改造项目，需要针对单个住户做分户设计的修复工作，工作量和难度较大，成本稍高，其工程造价见表 2 所示。表 2 地温空调系统改造工程造价表建筑类型 职工住宅（旧建筑）建筑面积（M 2） 30000单位造价（元/ M 2） 2951、地温空调设计费 162、机房部分 3653、末端部分 3404、外管网及水井安装费 1205、场地恢复 45初投资明细（万元）合计 8863、地温空调项目运行费用分析（1） 主机开机时间统计湖 北 地 矿 局 住 宅 楼 开 机 时 间 统 计01002003004002006年6月2006年8月2006年10月2006年12月2007年2月2007年
8、4月2007年6月2007年8月2007年10月2007年12月2008年2月2008年4月2008年6月2008年8月统 计 时 间开机时长（小时）- 3 -（2） 住户开机时间统计湖 北 地 矿 局 住 宅 楼 地 温 空 调 住 户 开 机 时 间 统 计209895142782378452086992971700500001000001500002000002500003000003500001月 2月 6月 7月 8月2008年 1-8月总开机时长(小时)说明：总开机时长是指所有末端开机的时间之和。（3） 住户每月开机时间统计根据对湖北地矿局住宅楼地温空调系统 2008 年 1 月至
9、 8 月住户开机时间的统计，1 月、2月、7 月使用处于正常水平，8 月达到最高水平，3 至 5 月没有使用。每 户 每 月 开 机 总 时 长213145 38213010501015020250303501月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 每 户 每 月 开 机 总 时 长（4） 费用统计以湖北地矿局住宅楼地温空调项目 2008 年 1 月至 8 月的统计数据为例：表 3 2008 年 1 月至 8 月电费支出统计表费用项目 指标住户数（户） 264风机盘管（末端）数量（台） 9861-8 月住户总开机时长(小时) 896390住户平均开机时长（小时） 33951-8 月机房发
10、生电量(度) 364200.00电价(元/度) 0.62机房总电费(元) 225804.00住户开机 1 小时分摊电费(元/小时) 0.331-8 月住户平均分摊电费(元) 848004对以上数据加权统计，可以测算全年运行费用：表 4 湖北地矿局住宅楼地温空调项目年度运行费用测算表费用项目1-8 月统计指标 年度加权指标 备注住户数（户） 264风机盘管数量（台） 986住户总开机时长(小时) 896390.00 1075668住户平均开机时长（小时）3395.00 4074.50机房发生电量(度) 479325.00 575190.00基本资料电价(元/度) 0.62机房总电费(元) 297
11、181.50 356617.801-8 月内,实际开机 5 个月,全年数据按 6个月开机推算住户开机 1 小时分摊电费(元/小时) 0.33机房电费 住户平均分摊电费(元) 1120.00 1350.00风机盘管电费(按每台耗电 50 瓦/小时计算) 170.00 204.00总费用（元） 108000.00机房值守费 每户分摊（元） 409.00按 3 人值班， 每人 3.6 万包干计算总费用 42500.00水资源占用费 每户分摊（元）161.00025 元/M 3，按年用水量17 万 M3计算每户年分摊费用(元) 2124.00通过 1-8 月实际运行数据，测算全年运行费用为 2124
12、元/户。4、水源热泵项目与传统分户空调投资运行方案经济比较湖北地矿局住宅楼地温空调项目改造前装有 924 台各种类型分户空调。空调功率从 1匹到 3.5 匹，型号从壁挂机、分体机到柜机不等，综合折算，单位造价按 150 元/m 2，每户空调使用面积按 80 m2 计算，总投资为 316 万元（不考虑购买年份，均折算为 2008 年价格），具体比较见表 5 所示。改造前，该局两栋住宅楼空调费用实际年支出为 24.02 万元。改造后，空调年支出费用为 35.66 万元。运行电费上升 11.64 万元，但空调效果、使用面积、开机时长不可同日而语。考虑到中央空调与分户空调的区别，实际运行费用不可硬性比
13、较。在年开机 180 天、每天开机 8 小时、空调开机使用面积占建筑面积 80%的同等工况下，地温空调项目年费用为 56.09 万元，而传统分户空调年使用费则达到 128.56 万元。节省费用达 60 万元，比率超过 50%。从政策上看，在年费用中，包含水资源占用费 4.25 万元。北京等地对采用水源热泵技术、实现 100%地下水回灌的，免收水资源占用费。如湖北省、武汉市采取此扶持此政策，则可实现地温空调与传统分户在原有使用习惯下的费用基本相同，避免出现节能不节钱的情况。5表 5 湖北地矿局住宅楼地温空调项目改造前后经济对比表建筑类型 职工住宅（旧建筑）建筑面积（M 2） 30000空调形式
14、水源热泵中央空调系统 原有传统分户空调空调总造价（万元） 886 450单位面积造价（元/ M 2） 295 150末端数量 986 924对建筑外观的影响 美观 不美观是否需要机房 150M2 不需是否需人值守 需要 不需3 相电 需要 可不需针对个别用户开机 不经济 可以是否节能、环保 是 否特点人体舒适度 好 干燥、差单位面积每小时耗电量 每台末端 534.7W/h；33.2W/m2.h 60W/ m2.h地温空调改造前居民实际年耗电量 38.75 万度年耗电量( 均按 180 天开机,每天开机 8 小时,空调开机占面积 80%测算)60.40 万度(统计数值)理论值：207.36 万度
15、(实际生活中，居民没有按前述条件开机)节能情况同等工况下，地温空调年节省电能 207.36-60.40=146.96(万度)运行费用比较56.09 万元(机房电费 35.66 万元,风机盘管电费 5.38 万元,机房值守费10.80 万元,水资源占用费 4.25万元)128.56 万元四、环境影响评价1、取用水的合理性该项目申请从地下水的取水流量最大为 146.7m3/h，从两个取水点取水，日最大取水量为 2053.8m3，年取水量约为 29.077104 m3。经过两年时间运行，实际年取水量为 17 万m3。本项目的用水作为地温中央空调的热交换水源，抽取和回灌同时进行，抽取的水量全部回灌到地
16、下。根据区域水文地质资料与勘探资料，本项目区承压含水层为第四系全新统孔隙承压含水层，含水层厚度在 3035m 左右，是地下水丰富地区，开采层与长江水系联系密切，该6地区的地下水允许开采量足以满足本项目所需水量，本项目对地下水的利用不会造成地下水位的持续下降和区域地下水位降落漏斗的产生，取用水量和取用水过程合理。2、取水和回灌该区域全新统孔隙承压含水层的承压水位较高，且季节变化不大，一般都在 14m 以上，即水位埋深低于 8m，取水井处顶板埋深在 17.6m 左右，含水层厚度 34.034.45m，根据项目最大可能取水量计算的地下水位最大降深为 9.73m，即地下水位埋深为 16.23m，小于含水层顶板埋深，且该处与汉江、长江距离较近，水力联系密切，在该含水层中取水的可靠性很高。该处地层稳定，无不良地质现象，承压含水层承压水位较高、厚度适宜，取水层位距地表较近，取水井的开凿成本较低，占地面积较小，便于取水和回灌， 3、地下水影响初步分析地源热泵系统抽取和回灌地下水是在密闭的管道系统中运行流动，没有与外界的空气、
