土壤源水環熱泵在空調系統中的應用論文

　　前言 隨著人們生活水平提高,消費用電量也大量提高。尤其空調系統用電量在建筑用電中占有不小的比重。為緩解能源危機,21世紀節能技術已經成為社會發展的必然趨勢。水環熱泵結合淺層地熱能的土壤源水環熱泵技術得到了較快的發展,其不僅進一步提高了水環熱泵系統的性能,也擴大了水環熱泵的適應范圍,是今后水環熱泵技術的

　　發展方向。

　　1.土壤源水環熱泵的工作原理

　　系統工作:

　　夏季:水環熱泵處于制冷狀態,水環路吸收的熱量經過循環水泵去冷卻塔和地埋管將熱量放散到大氣和土壤中。

　　冬季:外區水環熱泵向水系統吸熱,內區水環熱泵可能向水系統放熱或吸熱,混合后的環路水需去土壤取熱量后再次流向水環熱泵。

　　2.土壤源水環熱泵的特點

　　2.1回收余熱、節能

　　土壤源水環熱泵是通過一個循環水系統將不同區域的各機組有效地組織起來,冬季會把有的區域熱量轉移到另外需要熱量的地方,從而達到回收余熱、節能的目的。

　　2.2靈活性

　　安裝的靈活性。可以整棟大樓一次完成安裝或者根據大樓的租住情況部分安裝使用。

　　運行、管理的靈活性。水環熱泵用戶可以按照戶、層、樓、區域等運行并收取運行費用,不同區域設備故障檢修時并不影響其他區域使用。

　　調節的靈活性。水環熱泵可滿足同時供冷和供熱要求的場合,達到四管制風機盤管系統的效果。

　　2.3水環熱泵系統的主機房占地面積較常規中央空調系統要小很多。

　　2.4地埋管水環熱泵系統冬季運行工況穩定,沒有以往風冷熱泵的容霜問題,也沒有供熱鍋爐方面的大氣污染物排放問題,設備效率較高。

　　2.5系統設備分散,維修量稍大,系統投資稍多,應根據具體工程情況選用。

　　3.土壤源水環熱泵的應用范圍

　　土壤源熱泵系統應用在有內外區的地方時節能效果顯著;或需要獨立計量控制的項目;無法實現井水回灌、不好設置鍋爐房等輔助設備機房的項目;還很適合同時供冷和供熱的場所,可以替代常規四管制空調系統。

　　4.水環熱泵結合地埋管的空調系統工程實例

　　4.1工程概況

　　工程位于浙江省,總建筑面積18萬m2。地下二層,汽車庫、商業和設備用房。地上3棟高層辦公樓,A樓B樓C樓,每棟26層,高度分別為90.6m;裙房為四層,分別為D樓E樓F樓,功能為辦公、報告廳、餐廳,總高度22.2m。空調建筑面積近13萬平米。

　　4.2空調系統設計

　　本工程選用的是土壤源水環熱泵系統,主要考慮因素為以下幾點:

　　① 業主提出A樓B樓C樓為分層出租辦公樓,每層電量核算、使用要靈活。

　　② D樓E樓F樓為人員比較密集的場所,單層面積都超過2000m2,進深較大,近40~50m,存在較大內區,比較適合水環熱泵系統。

　　③ 整個建筑比較緊湊,難以選用合適的鍋爐房位置及泄爆口、煙囪位置。

　　④空調使用時不受室外環境溫度影響太大,保證冬季供暖的舒適性。

　　4.2.2空調水系統原理簡圖

　　4.2.3空調冷熱源

　　經計算,夏季空調總冷負荷19624KW,總熱負荷10267KW。空調總冷指標149W/m2,總熱指標79W/m2。

　　空調冷熱源由水環熱泵提供,分體水環熱泵主機設置于走道或噪音要求不高區域吊頂內,整體式水環熱泵置于空調機房內。水環熱泵釋放的熱量夏季由閉式冷卻塔和地埋管系統承擔,冬季吸收的熱量由地埋管系統承擔。

　　4.2.4空調風系統設計

　　① 辦公、行政中心等小開間區域采用分體水環熱泵機組,新風采用全熱交換式換氣機。展廳、行政中心等大開間區域采用整體機全空氣水環熱泵機組。

　　②吊裝在吊頂內全熱交換式換氣機組周圍設置隔聲維護措施。

　　4.2.5空調水系統設計

　　①水系統均為閉式系統。A B C樓分別在地下二層機房內設置板式換熱器構成ABC樓用戶側獨立循環水系統,解決系統局部壓力過大問題。ABC樓板式換熱器的一次側與DEF樓、地埋管、閉式冷卻塔構成低區循環水系統。由于低區各系統阻力、流量相差較大,且為了便于進冷卻塔和地埋管系統的水量控制,低區設置二級泵系統,地埋管與冷卻塔分別設置了定流量帶盈虧管的一級泵,ABCDEF各樓各設置變頻運行的二級泵。

　　夏季冷卻塔進出水設計溫度37/32°C,地埋管側設計進出水溫度35/30°C,板換一次側進出水溫度介于(30~32)/(35~37)°C。板換二次側設計進出水溫度介于(30~32)+1/(35~37)+1°C。冬季地埋管一次側設計進出水溫度15/10°C,板換二次側設計進出水溫度9/14°C。

　　②水環熱泵系統水平主管路和豎向管路均采用同程式系統。 ③為防止系統的水力失調,在一級集水器的各回水分支處、每棟樓每層進豎井的回水管分支處設置靜態平衡閥。 ④ 高區各水系統設置高位膨脹水箱定壓。低區水系統在地下二層設置落地式膨脹水箱定壓。 ⑤高區各水系統設置高壓自動加藥裝置。低區水系統為防止系統事故漏水滲漏到土壤污染地下水,水處

　　理采用旁通水處理裝置。

　　4.2.6地埋管系統設計

　　本系統設計之前由勘察公司對現場進行了勘察,并打了2口測試井,土壤平均導熱系數為1.84 W/m·℃,意味著有較強的地下換熱能力,適合做地源熱泵系統。地埋管報告結果如下表:

　　1#井(井深100m,管徑d25)

　　制冷模式

　　埋管深度 m

　　夏季換熱指標 W/m井深

　　夏季單孔散熱量 W

　　100

　　64.3

　　6430

　　制熱模式

　　埋管深度 m

　　冬季換熱指標 W/m井深

　　冬季單孔取熱量 W

　　100

　　48.2

　　4820

　　2#井(井深115m,管徑d32)

　　制冷模式

　　埋管深度 m

　　夏季換熱指標 W/m井深

　　夏季單孔散熱量 W

　　115

　　67.8

　　7797

　　制熱模式

　　埋管深度 m

　　冬季換熱指標 W/m井深

　　冬季單孔取熱量 W

　　115

　　53.6

　　6164

　　根據以上熱響應測試報告結合項目的投資費用,地埋管采用雙U形式并聯設計,井深100m,孔間距4m。每根U型管外徑d25。地埋管數量按照空調熱負荷結合系統運行時發熱量計算,冬季需向土壤吸熱量接近7200KW,需井總數1340個,考慮到其它不確定因素留些余量,共設井數1640個。輔助冷源經計算選用4臺閉式冷卻塔,置于E樓四層屋頂,每臺循環水量950m3/h。埋管換熱器分配管采用同程形式,分集水器后總管采用異程式,傳熱介質為水。

　　4.3空調系統投資

　　投資項

　　總投資,萬

　　地埋管及井

　　1600

　　水環熱泵機組

　　1830

　　其它(包括安裝、冷卻塔、水泵、新風機等)

　　3190

　　投資匯總,萬

　　6620

　　5.結論

　　土壤源水環熱泵與常規水環熱泵空調系統相比,節能效果顯著。但由于系統投資較常規空調高,對地埋管系統施工質量有一定要求,選用施工隊時要考慮隊伍的施工能力,設計時要根據勘察資料在有利的自然條件地質構造下,經軟件模擬分析、在有適合條件的前提下選用此系統。

　　參考文獻

　　[1]馬最良,姚楊,等.水環熱泵空調系統設計[M].北京:化學工業出版社,2005

　　[2]師晉生.淺層地熱能利用技術[J].新能源,2009

　　[3]宋應乾,龍惟定.吳玉濤水環熱泵應用于大型商業裙房的模擬與分析[J].暖通空調,2010

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