貴州中煙銅仁卷煙廠是目前中國煙草系統(tǒng)唯一在卷煙生產(chǎn)工藝中應(yīng)用淺層地?zé)崮軐?shí)現(xiàn)恒溫恒濕卷煙生產(chǎn)環(huán)境的卷煙廠，其恒溫、恒濕效果非常好且節(jié)能效果明顯。該項(xiàng)目采用地埋管地源熱泵+地下水地源熱泵+冷卻塔的復(fù)合能源系統(tǒng)， 且應(yīng)用了余熱回收技術(shù)。項(xiàng)目位于貴州省銅仁市大興科技工業(yè)區(qū)，總建筑面積約8.4 萬平方米，包括聯(lián)合生產(chǎn)工房、原輔料周轉(zhuǎn)庫、香精香料庫、生產(chǎn)管理及技術(shù)研發(fā)中心、后勤服務(wù)用房、輔助用房等。于 2017 年 3 月開工建設(shè)，2018 年 9 月竣工投產(chǎn)。施工單位：北京泰利新能源科技發(fā)展有限公司；設(shè)計(jì)單位：中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司；運(yùn)營單位：貴州中煙銅仁卷煙廠。 

       本項(xiàng)目總冷負(fù)荷為 9220kW，總熱負(fù)荷為 4378kW，具體見表 1。 

表 1 系統(tǒng)冷熱負(fù)荷指標(biāo) 

       根據(jù)不同使用場景要求，地源熱泵復(fù)合能源系統(tǒng)需滿足多種恒溫、恒濕工況使用要求。

       本項(xiàng)目難點(diǎn)之一是需要滿足 8 種不同的恒溫、恒濕工況使用要求；

       難點(diǎn)之二是需要確保在喀斯特復(fù)雜地質(zhì)條件下地埋管孔擁有高成孔率和水源井的高成井率。 

       為最大限度節(jié)約初期投資，本工程地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為以滿足建筑物冬季空調(diào)熱負(fù)荷為主，剩余部分建筑冷負(fù)荷由冷卻塔適當(dāng)調(diào)峰。即建筑供暖熱負(fù)荷全部由地埋管解決，建筑制冷負(fù)荷由地埋管和冷卻塔聯(lián)合解決?？紤]到本項(xiàng)目建筑性質(zhì)的特殊性及建筑冷熱負(fù)荷的差異性和項(xiàng)目所在地水文地質(zhì)條件建議打2 抽 4 回 6 口水源井。 

       利用地埋管滿足全部建筑供暖熱負(fù)荷需要單孔深度為 150m 的地埋管換熱器555 眼。為最大限度節(jié)約初期投資，推薦以熱負(fù)荷為準(zhǔn)計(jì)算地埋管數(shù)量，地埋管無法提供的部分冷負(fù)荷由冷卻塔解決。 

       水源井的主要作用為：1.水源井作為備用冷、熱源；2.在過渡季作為天然冷源通過板式換熱器為建筑供冷；3.作為過渡季工藝用熱的熱源。 

       在以冬季工況來考慮主機(jī)配比時(shí)如果選用 2 臺主機(jī)則單臺主機(jī)的制熱量較大，如果出現(xiàn)設(shè)備故障對整個(gè)系統(tǒng)的影響較大故選用 3 臺熱泵主機(jī)做為空調(diào)熱源，如 1 臺設(shè)備出現(xiàn)故障其余 2 臺可滿足總熱負(fù)荷的 70%以上，可滿足正常使用要求。

       夏季工況下則采用與冬季工況相同的熱泵主機(jī)為建筑制冷，則共選用了 6 臺參數(shù)一樣的夏季冷凍水供回水溫度為 7/12℃；冬季采暖熱水供回水溫度為 55/50℃的熱泵主機(jī)為本項(xiàng)目供暖、制冷。采取該設(shè)計(jì)方案可以使熱泵主機(jī)互為備用提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于工藝要求本項(xiàng)目在夏季工況下有熱源的需要，將 3 臺熱泵主機(jī)加裝熱回收裝置，在制冷的同時(shí)可提供 55/50℃采暖熱水。這樣既可以滿足工藝需要也可以節(jié)省運(yùn)行成本，另外還有水源熱泵做為備用熱源以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 

       設(shè)置板式換熱器在過渡季利用冷卻塔和水源井的天然冷源為空調(diào)系統(tǒng)服務(wù)以節(jié)省運(yùn)行成本。地源熱泵系統(tǒng)的工藝流程如圖 2: 

圖 2 地源熱泵系統(tǒng)工藝流程圖 （右鍵另存可見大圖）

       熱泵主機(jī)的參數(shù)為：3 臺螺桿式地源熱泵機(jī)組，機(jī)組配熱回收裝置，其中單臺機(jī)組熱回收制熱量為 1936kW，制熱量為 1705kW，制冷量為 1525kW；3 臺螺桿式地源熱泵機(jī)組，單臺機(jī)組制熱量為 1705kW，制冷量為 1627kW。詳見表 2。 

表 2  熱泵機(jī)房主要設(shè)備表

       本項(xiàng)目自投產(chǎn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，恒溫恒濕效果非常理想，地溫場保持均衡，系統(tǒng)運(yùn)行效率始終較高。從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看采用多種能源形式調(diào)峰的復(fù)合式能源系統(tǒng)形式是可靠的，經(jīng)濟(jì)的。復(fù)合式能源系統(tǒng)充分利用各種不同能源系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)， 在保證空調(diào)冷熱負(fù)荷需求的前提下最大限度的降低了初期投資成本。在后期運(yùn)行費(fèi)用方面，采用地源熱泵復(fù)合能源系統(tǒng)后與常規(guī)空調(diào)相比，具有良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。夏季節(jié)約用電 65 萬千瓦時(shí)，節(jié)能率高達(dá) 27%；冬季節(jié)約燃?xì)?43 萬 m³，節(jié)能率高達(dá) 53%；加上過渡季，全年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用近 300 萬元。同時(shí)每年可節(jié)約標(biāo)煤 600 噸，減排二氧化碳 1496 噸，減排粉塵 408 噸，減排二氧化硫 45 噸，減排氮氧化合物 22 噸。 

       （一）綜合地質(zhì)勘查與換熱測試 

       與北方平原地區(qū)穩(wěn)定沉積地層環(huán)境不同，喀斯特巖溶地貌地區(qū)開發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源的前期綜合地質(zhì)勘查工作程序比較復(fù)雜，相對而言主要是增加了評價(jià)巖溶裂隙、構(gòu)造裂隙發(fā)育帶的工作內(nèi)容。在基巖地層中施工地埋管孔，為提高鉆探效率，幾乎都采用空氣潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆探工藝，而該工藝最大的缺點(diǎn)是無法有效應(yīng)對坍塌、破碎地層，因此必須事先辨識并避開構(gòu)造裂隙發(fā)育帶或巖溶裂隙發(fā)育帶布設(shè)地埋管孔，同時(shí)為了提高水源井的出水量，必須選擇構(gòu)造裂隙發(fā)育帶或巖溶裂隙發(fā)育帶布設(shè)水源井。 

       經(jīng)地溫場均衡模擬計(jì)算顯示，在推薦布孔方案下，夏季熱泵系統(tǒng)制冷運(yùn)行后地質(zhì)體溫度升高 0.42℃，生活熱水全年運(yùn)行和冬季熱泵系統(tǒng)供暖運(yùn)行后地質(zhì)體溫度降低 0.31℃，全年后地質(zhì)體溫度升高 0.11℃，地質(zhì)體溫度變化較小?？紤]到布孔區(qū)地質(zhì)體與周邊地質(zhì)體的熱交換作用，以及地下水流動帶走熱量等影響， 本項(xiàng)目在推薦設(shè)計(jì)方案前提下，熱泵系統(tǒng)運(yùn)行對地溫場的影響很小，地溫場可以實(shí)現(xiàn)平衡。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，還可通過用冷水機(jī)組調(diào)峰形式確保地質(zhì)體地溫場實(shí)現(xiàn)均衡。 

       （二）復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)亮點(diǎn) 

       （1）充分利用調(diào)峰技術(shù)降低系統(tǒng)初投資 

       由于本項(xiàng)目具有夏季制冷負(fù)荷大、冬季供暖負(fù)荷小的特點(diǎn)，為節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)初期投資，設(shè)計(jì)淺層地?zé)崮苤粷M足供熱負(fù)荷，制冷負(fù)荷不足部分由冷卻塔調(diào)峰解決；由于水源井較地埋管有更高的經(jīng)濟(jì)性，利用水源井技術(shù)解決一部分熱負(fù)荷， 剩余熱負(fù)荷由地埋管換熱器承擔(dān)；由于地埋管換熱器的換熱能力是隨換熱溫差而變化的，換熱溫差越大地埋管延米換熱量越大，換熱溫差越小地埋管延米換熱量越小，故選用尖峰工況（即大溫差）時(shí)地埋管換熱器的換熱量作為計(jì)算地埋管數(shù)量的依據(jù)，以最大限度減少地埋管換熱器數(shù)量，進(jìn)一步節(jié)約投資。雖然調(diào)峰技術(shù)的應(yīng)用會降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率，但由于調(diào)峰運(yùn)行時(shí)間段短，對系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用影響較小。因此，調(diào)峰技術(shù)的應(yīng)用極大的提升了系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性。 

       （2）通過先進(jìn)的自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 8 種恒溫恒濕工況 

       由于生產(chǎn)車間不同功能使用區(qū)存在八種不同溫濕度要求的恒溫恒濕工況，例如卷包車間夏季要求 24 小時(shí)保持 24℃，60%濕度的恒溫恒濕工況，儲葉間冬季要求 24 小時(shí)保持 30℃，70%的恒溫恒濕工況。為此本項(xiàng)目配備了先進(jìn)的自控系統(tǒng)，通過降溫除濕、降溫加濕、加溫加濕、加溫除濕等九種調(diào)節(jié)措施實(shí)現(xiàn)上述八種不同要求的恒溫恒濕工況。自控系統(tǒng)通過安裝在各功能使用區(qū)的溫、濕度傳感器采集數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，高壓微霧、表冷器進(jìn)水閥、加熱閥、新風(fēng)閥、排風(fēng)閥的開度，滿足不同功能使用區(qū)的溫濕度需求，同時(shí)將信號輸送至地源熱泵機(jī)房， 聯(lián)動調(diào)節(jié)熱泵主機(jī)的工作負(fù)荷比例，以及循環(huán)泵的循環(huán)流量，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的精準(zhǔn)自動控制。設(shè)計(jì)環(huán)境溫度要求偏差為±2℃，環(huán)境相對濕度偏差為±5%，本系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，溫度偏差為±0.8℃、相對濕度偏差為±2%，溫濕度控制精度非常高，處于全國煙草系統(tǒng)生產(chǎn)工藝溫濕度控制精度領(lǐng)先水平。 

       （3）為最大限度節(jié)能利用余熱回收技術(shù) 

       本項(xiàng)目還采用了余熱回收技術(shù)，在過渡季和夏季將系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱用于維持生產(chǎn)工藝中恒溫恒濕所需要的熱量。 

       （4）利用物探勘查技術(shù)提高成孔率節(jié)約投資 

       貴州省是全國典型的喀斯特地貌發(fā)育區(qū)，其地質(zhì)條件異常復(fù)雜，采用常規(guī)理念施工地埋管孔的成孔率低，間接導(dǎo)致系統(tǒng)初期投資升高；采用物探勘查技術(shù)后， 能夠有效識別并規(guī)避構(gòu)造裂隙影響區(qū)布設(shè)地埋管孔，提高成孔率進(jìn)而節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)投資。 

       （一）問題 

       本項(xiàng)目需要滿足 8 種不同的恒溫、恒濕工況使用要求以及項(xiàng)目所處位置地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地源熱泵系統(tǒng)前期投資較常規(guī)中央空調(diào)高，貴州省缺乏補(bǔ)貼政策支持。 

       （二）建議 

       本項(xiàng)目為工業(yè)類建筑，在生產(chǎn)工藝中使用地源熱泵系統(tǒng)。生產(chǎn)工藝空調(diào)系統(tǒng) 在使用過程中有其自身規(guī)律，在項(xiàng)目前期要充分與業(yè)主進(jìn)行溝通了解其使用特性， 從而對地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行合理組合，使該地源側(cè)、主機(jī)系統(tǒng)及末端使用側(cè)能夠更 好地匹配，發(fā)揮最大的節(jié)能效果。