地源热泵技术

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第9卷第4期制冷与空调2009年8月REFRIGERATIONANDAIR-CONDITIONING202223开式地表水水源热泵系统的取水方案分析李文王勇吴浩(重庆大学)摘要首先对取水方案的影响因素进行具体分析,然后通过对重庆地区某大型开式地表水水源热泵系统取水方案———河床渗滤取水的介绍,分析取水方案的适用性,阐述取水方案对开式地表水水源热泵系统的影响,并提出取水方案应遵循的原则。关键词地表水水源热泵;渗滤取水;节能;取水方案;影响因素AnalysisofintakeschemeonopentypesurfacewatersourceheatpumpsystemLiWenWangYongWuHao(ChongqingUniversity)ABSTRACTAnalyzestheinfluencingfactorsofintakeschemefirstly,basedonanopentypesurfacewatersourceheatpumpsysteminChongqing,describestheapplicabilityofintakescheme,techniqueofpercolatingwaterabstractionfrombeneathriver2bed.Discus2sestheimpactofintakeschemeonsystem,andputsforwardprinciplesforselectionofin2takescheme.KEYWORDSsurfacewatersourceheatpump;techniqueofpercolatingwaterabstrac2tion;energy2saving;intakescheme;influencingfactor目前地表水源热泵系统的取水方案呈现多样定取水方案时,应重点考虑取水系统的输送能化的发展,例如武当山丹江口水库水源热泵工程效比。[1]使用的浮船取水方式,湘潭市中心水源热泵工程3)水温品质[2]使用人工湖从湘江引水的取水方式。对于某一水源热泵机组对于进水温度在制冷或制热时工程应采用何种取水方案应作具体分析,但一般有不同的温度范围要求,而合适的地表水体的温情况下,地表水水源热泵系统选择取水方案时应度在夏季一般比周围环境的空气温度低,在冬季考虑以下因素。则较高,这也是使用地表水作为冷热源的一个主1取水方案的设计原则要原因。合适的进水温度可以降低热泵机组的能在开式地表水水源热泵系统中,无论采用什耗,达到节能的目的。但是由于不同的取水方案么形式的取水方案,都应该考虑以下6个方面。可能造成进水温度的变化,因此在确定取水方案1)初投资时,应重视取水后的水温品质。对具体的地表水水源热泵系统,不同的取水4)水质处理效果方案其初投资的差别较大。经济分析是必须考虑由于地表水的水质随着水体的不同具有各自的问题,这涉及运行费用的回收年限。的特点,同时,机组和管路对于水质也有具体要2)取水系统的输送能效比求。这就需要针对不同的工程采用不同的水质处取水系统的能耗占整个系统能耗的比例直接理方法,而水质处理效果的好坏不仅对系统的使影响整个系统的节能效果。而开式系统的取水方用空间造成影响,并且会在系统能耗中表现出来。案可能会造成取水水泵的功率较大。所以,在确因此,应该根据系统负荷的大小、建筑空间的特3“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAJ01A0623).收稿日期:2008209222通信作者:李文,Email:591308032@163.com 第4期李文等:开式地表水水源热泵系统的取水方案分析·21·点、水体水质的具体情况等选择合理的取水方案。5)取水方案的技术可行性和可靠性随着地表水水源热泵系统的推广使用,一些区别于传统取水方式的方法和技术得到运用。例如,利用船只的浮船取水,利用渗滤技术的渗滤取水,这些方法的合理运用,可以为系统的正常运行提供保证,并获得更加节能的效果。但是在考虑使用一些新的技术和方法时,必须保证技术的可行性和可靠性。6)对环境的影响这里说到的环境影响不是指排热、排水对环境的影响,而是指取水工程的建立及取水设备的使用对水体本身和环境的影响。例如,在水体中使用闭式换热器会不会影响水体的航道和自然景观,取水工程的建立会不会占用过多的土地,或者破坏建筑周围的自然环境。这种影响也应该作为一个单独的因素考虑。下面笔者将结合重庆某酒店江水水源热泵采用的渗滤取水方案作具体说明。图1长江江津段水温测试数据2渗滤取水方案工程应用实例[4]2.1工程概况少江水的传热温差的损失。重庆某酒店由酒店标准客房、公共用房(会所)、2.2渗滤取水方案商务办公及其配套设备用房组成。建筑总面积为本工程采用天然河底滤床反向渗滤取水方2102628m。地上39层,建筑高度为148.6m,属于案,其示意图如图2所示。超高层综合楼。酒店的总冷负荷约为12000kW;总热负荷约为6000kW。酒店地处江津长江段边,为江水水源热泵系统取水提供了较为便利的条件。在水温、水质方面,由文献[3]可知,长江江水重庆市段平均温度夏季一般为22～25℃;冬季一般为11～16℃。图1为笔者所在课题组的测试数据。图2渗滤取水方案示意图由图1可知,在夏季,江水全天最高温度为该方案利用长江河床的卵石层作为天然过滤24.1℃,其全天波动温差不大于0.4℃;冬季江水器,通过渗透滤嘴在河底硐室内汇集江水,各个硐全天最低温度为10.7℃,其全天波动温差不大于室内汇集的江水通过江底集水隧道、导井送至竖0.2℃。测试数据和文献[3]提供的数据相一致。井,然后利用水泵直接供给热泵机组使用。设计可见,江水水温可以很好地满足供冷、供暖季节的取水方案时,应注意枯水季节水位与取水硐室集要求。长江江水矿化程度不高,江水呈弱碱性,但水量的关系,确保取水量可以满足冬季负荷所需含沙量较高,特别是夏季洪水期,其含沙量远高于的水量。GB50366—2005《地源热泵系统工程技术规范》对结合取水方案的设计原则,采用渗滤取水有水质含沙量的不大于10mg/L的要求。除含沙量以下几个优点:外,江水的其他水质指标均能满足机组对水质的1)取水系统所得的水温品质好要求,在实际运用中应优先考虑直接利用江水,减如果江水经换热器换热后,水温一般会损失2 ·22·制冷与空调第9卷℃左右,而江水经过简单处理后直接进入机组,可用有很大影响,而取水方案的不同对进水温度的以避免经换热器造成的热量或冷量的损失。更为影响很大。比较在不同进水温度下的冷热源系统重要的是,江水经过河床渗透后,可以保证水温波(包括取水系统和热泵机组)的运行费用,能够比动比较小。由于近几年频繁出现极端恶劣天较清楚地说明这种影响。气———长期持续高温或严寒,这种取水方案可以表12种工况下某酒店空调冷热源系统运行费用比较元更有效地保证水温的稳定性。如夏季高温在持续进水温度/℃系统方式节约费用夏季30/冬季9夏季24/冬季10多天的35℃后,通过渗滤取水仍可保持进水温度年供冷费36868033490363196440在20℃左右;在2008年严寒冰冻气候条件下,通年供热费2647270261217035100过渗滤取水仍可以得到18℃左右的热源水,从而年运行费63340736102533231540保证水源热泵机组的高效运行。采用不同的取水方案,其进水温度会有较大2)取水系统所得的水质好的差别,特别是在高温天气。采用渗滤取水方案江水通过河床的卵石层过滤、渗透至硐室后,可以得到24℃的进水,使用传统取水方式得到的水中含沙量将大幅度降低,经简单处理后就可以进水温度则会达到30℃。通过比较2种进水温度直接进入机组,既避免了使用沉淀池等占地面积下的运行费用可以看出(见表1),在进水温度比较大的除沙设备,又可以得到较好的水质水源。适合时,地表水水源热泵系统才能更加节能。3)取水方案的可行性和可靠性高3结论重庆及四川地区的渗滤取水工程实践证明,1)基于渗滤取水方案的江水水源热泵系统工这种取水技术具有很高的技术经济效益,能够大程虽然初投资大,但如果能够对取水实行二次利大降低净水成本,提供优质水。用,其运行经济效益良好。综合整个系统而言,可4)对环境的影响小以达到较好的节能减排效果。虽然渗滤取水工程较大,但具体工程大都位2)取水方案对地表水源热泵系统的影响很于地下,不仅节省了建筑周围的空间,也不会影响大,这种影响表现在初投资和运行2个方面。在设到长江航道。同时,渗滤取水技术充分利用了天计江水水源热泵系统时,要充分考虑取水方案的然河床砂砾石层的净化作用和河水对淤积层的自合理性和可实施性。动更新作用,不需药剂,简化了取水工艺,是一种3)对江水水源热泵系统可能造成的江水热污生态取水技术。染问题要加以重视,特别是在推广开展江水水源5)输送能效比较高热泵系统时,更要注意其对水体及水体生物的一如果采用其他取水方案,由于江水含沙量高,系列影响。不仅需要布置较多除砂设备,还需要使用板式换总之,虽然江水作为空调系统的冷热源具有热器,从而增加了一组循环水泵,增加了取水系统清洁和可再生等优点,但针对具体的工程必须综总的系统能耗,降低了输送能效比。合考虑系统能耗和取水能耗的关系,以及对生态6)取水可二次利用环境的影响,只有这样才能作到真正意义上的节使用渗滤取水可以得到较好品质的系统用能减排。水,江水经换热后可以再次利用。例如作为建筑参考文献使用的中水。这样的二次利用,不仅节约用水,而且节约了投资和运行费用。[1]张银安,李斌.开式地表水地源热泵系统的应用分本工程采用渗滤取水需要克服的一个重要问析.暖通空调,2007,37(9):992104.[2]刘婷婷,彭建国,张国强,等.地表水源热泵在湖南地题,就是初投资高的问题。因为渗滤取水技术属区的应用分析.暖通空调,2004,22(5):14216.于专利技术,采用这种技术进行取水,在初投资中[3]董孟能,姜涵,霍建辉,等.重庆江水水源热泵应用关需要承担使用专利的费用。这是不利于采用渗滤键技术———取水及水质处理技术探讨.建筑科学,取水方案的一个重要原因。2007,17:84285.2.3运行费用的比较[4]王子云,付祥钊.利用长江水作热泵系统冷热源的技不同的进水温度对地表水水源热泵的运行费术分析.给水排水,2007,23(6):629.