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土壤源水環(huán)熱泵在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用論文
前言 隨著人們生活水平提高,消費(fèi)用電量也大量提高。尤其空調(diào)系統(tǒng)用電量在建筑用電中占有不小的比重。為緩解能源危機(jī),21世紀(jì)節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。水環(huán)熱泵結(jié)合淺層地?zé)崮艿耐寥涝此h(huán)熱泵技術(shù)得到了較快的發(fā)展,其不僅進(jìn)一步提高了水環(huán)熱泵系統(tǒng)的性能,也擴(kuò)大了水環(huán)熱泵的適應(yīng)范圍,是今后水環(huán)熱泵技術(shù)的
發(fā)展方向。
1.土壤源水環(huán)熱泵的工作原理
系統(tǒng)工作:
夏季:水環(huán)熱泵處于制冷狀態(tài),水環(huán)路吸收的熱量經(jīng)過(guò)循環(huán)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(qū)水環(huán)熱泵向水系統(tǒng)吸熱,內(nèi)區(qū)水環(huán)熱泵可能向水系統(tǒng)放熱或吸熱,混合后的環(huán)路水需去土壤取熱量后再次流向水環(huán)熱泵。
2.土壤源水環(huán)熱泵的特點(diǎn)
2.1回收余熱、節(jié)能
土壤源水環(huán)熱泵是通過(guò)一個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)將不同區(qū)域的各機(jī)組有效地組織起來(lái),冬季會(huì)把有的區(qū)域熱量轉(zhuǎn)移到另外需要熱量的地方,從而達(dá)到回收余熱、節(jié)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(jù)大樓的租住情況部分安裝使用。
運(yùn)行、管理的靈活性。水環(huán)熱泵用戶可以按照戶、層、樓、區(qū)域等運(yùn)行并收取運(yùn)行費(fèi)用,不同區(qū)域設(shè)備故障檢修時(shí)并不影響其他區(qū)域使用。
調(diào)節(jié)的靈活性。水環(huán)熱泵可滿足同時(shí)供冷和供熱要求的場(chǎng)合,達(dá)到四管制風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的效果。
2.3水環(huán)熱泵系統(tǒng)的主機(jī)房占地面積較常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)要小很多。
2.4地埋管水環(huán)熱泵系統(tǒng)冬季運(yùn)行工況穩(wěn)定,沒(méi)有以往風(fēng)冷熱泵的容霜問(wèn)題,也沒(méi)有供熱鍋爐方面的大氣污染物排放問(wèn)題,設(shè)備效率較高。
2.5系統(tǒng)設(shè)備分散,維修量稍大,系統(tǒng)投資稍多,應(yīng)根據(jù)具體工程情況選用。
3.土壤源水環(huán)熱泵的應(yīng)用范圍
土壤源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用在有內(nèi)外區(qū)的地方時(shí)節(jié)能效果顯著;或需要獨(dú)立計(jì)量控制的項(xiàng)目;無(wú)法實(shí)現(xiàn)井水回灌、不好設(shè)置鍋爐房等輔助設(shè)備機(jī)房的項(xiàng)目;還很適合同時(shí)供冷和供熱的場(chǎng)所,可以替代常規(guī)四管制空調(diào)系統(tǒng)。
4.水環(huán)熱泵結(jié)合地埋管的空調(diào)系統(tǒng)工程實(shí)例
4.1工程概況
工程位于浙江省,總建筑面積18萬(wàn)m2。地下二層,汽車庫(kù)、商業(yè)和設(shè)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(bào)告廳、餐廳,總高度22.2m。空調(diào)建筑面積近13萬(wàn)平米。
4.2空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本工程選用的是土壤源水環(huán)熱泵系統(tǒng),主要考慮因素為以下幾點(diǎn):
�、� 業(yè)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。
�、� D樓E樓F樓為人員比較密集的場(chǎng)所,單層面積都超過(guò)2000m2,進(jìn)深較大,近40~50m,存在較大內(nèi)區(qū),比較適合水環(huán)熱泵系統(tǒng)。
�、� 整個(gè)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。
�、芸照{(diào)使用時(shí)不受室外環(huán)境溫度影響太大,保證冬季供暖的舒適性。
4.2.2空調(diào)水系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖
4.2.3空調(diào)冷熱源
經(jīng)計(jì)算,夏季空調(diào)總冷負(fù)荷19624KW,總熱負(fù)荷10267KW�？照{(diào)總冷指標(biāo)149W/m2,總熱指標(biāo)79W/m2。
空調(diào)冷熱源由水環(huán)熱泵提供,分體水環(huán)熱泵主機(jī)設(shè)置于走道或噪音要求不高區(qū)域吊頂內(nèi),整體式水環(huán)熱泵置于空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)。水環(huán)熱泵釋放的熱量夏季由閉式冷卻塔和地埋管系統(tǒng)承擔(dān),冬季吸收的熱量由地埋管系統(tǒng)承擔(dān)。
4.2.4空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
�、� 辦公、行政中心等小開(kāi)間區(qū)域采用分體水環(huán)熱泵機(jī)組,新風(fēng)采用全熱交換式換氣機(jī)。展廳、行政中心等大開(kāi)間區(qū)域采用整體機(jī)全空氣水環(huán)熱泵機(jī)組。
�、诘跹b在吊頂內(nèi)全熱交換式換氣機(jī)組周圍設(shè)置隔聲維護(hù)措施。
4.2.5空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
①水系統(tǒng)均為閉式系統(tǒng)。A B C樓分別在地下二層機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置板式換熱器構(gòu)成ABC樓用戶側(cè)獨(dú)立循環(huán)水系統(tǒng),解決系統(tǒng)局部壓力過(guò)大問(wèn)題。ABC樓板式換熱器的一次側(cè)與DEF樓、地埋管、閉式冷卻塔構(gòu)成低區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)。由于低區(qū)各系統(tǒng)阻力、流量相差較大,且為了便于進(jìn)冷卻塔和地埋管系統(tǒng)的水量控制,低區(qū)設(shè)置二級(jí)泵系統(tǒng),地埋管與冷卻塔分別設(shè)置了定流量帶盈虧管的一級(jí)泵,ABCDEF各樓各設(shè)置變頻運(yùn)行的二級(jí)泵。
夏季冷卻塔進(jìn)出水設(shè)計(jì)溫度37/32°C,地埋管側(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度35/30°C,板換一次側(cè)進(jìn)出水溫度介于(30~32)/(35~37)°C。板換二次側(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度介于(30~32)+1/(35~37)+1°C。冬季地埋管一次側(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度15/10°C,板換二次側(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度9/14°C。
�、谒h(huán)熱泵系統(tǒng)水平主管路和豎向管路均采用同程式系統(tǒng)。 ③為防止系統(tǒng)的水力失調(diào),在一級(jí)集水器的各回水分支處、每棟樓每層進(jìn)豎井的回水管分支處設(shè)置靜態(tài)平衡閥。 ④ 高區(qū)各水系統(tǒng)設(shè)置高位膨脹水箱定壓。低區(qū)水系統(tǒng)在地下二層設(shè)置落地式膨脹水箱定壓。 ⑤高區(qū)各水系統(tǒng)設(shè)置高壓自動(dòng)加藥裝置。低區(qū)水系統(tǒng)為防止系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前由勘察公司對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘察,并打了2口測(cè)試井,土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.84 W/m·℃,意味著有較強(qiáng)的地下?lián)Q熱能力,適合做地源熱泵系統(tǒng)。地埋管報(bào)告結(jié)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(biāo) 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(biāo) 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(biāo) 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(biāo) W/m井深
冬季單孔取熱量 W
115
53.6
6164
根據(jù)以上熱響應(yīng)測(cè)試報(bào)告結(jié)合項(xiàng)目的投資費(fèi)用,地埋管采用雙U形式并聯(lián)設(shè)計(jì),井深100m,孔間距4m。每根U型管外徑d25。地埋管數(shù)量按照空調(diào)熱負(fù)荷結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)熱量計(jì)算,冬季需向土壤吸熱量接近7200KW,需井總數(shù)1340個(gè),考慮到其它不確定因素留些余量,共設(shè)井?dāng)?shù)1640個(gè)。輔助冷源經(jīng)計(jì)算選用4臺(tái)閉式冷卻塔,置于E樓四層屋頂,每臺(tái)循環(huán)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(zhì)為水。
4.3空調(diào)系統(tǒng)投資
投資項(xiàng)
總投資,萬(wàn)
地埋管及井
1600
水環(huán)熱泵機(jī)組
1830
其它(包括安裝、冷卻塔、水泵、新風(fēng)機(jī)等)
3190
投資匯總,萬(wàn)
6620
5.結(jié)論
土壤源水環(huán)熱泵與常規(guī)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比,節(jié)能效果顯著。但由于系統(tǒng)投資較常規(guī)空調(diào)高,對(duì)地埋管系統(tǒng)施工質(zhì)量有一定要求,選用施工隊(duì)時(shí)要考慮隊(duì)伍的施工能力,設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)勘察資料在有利的自然條件地質(zhì)構(gòu)造下,經(jīng)軟件模擬分析、在有適合條件的前提下選用此系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[1]馬最良,姚楊,等.水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005
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[3]宋應(yīng)乾,龍惟定.吳玉濤水環(huán)熱泵應(yīng)用于大型商業(yè)裙房的模擬與分析[J].暖通空調(diào),2010
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