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土壤源水環(huán)熱泵在空調系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)能技術已經成為社會發(fā)展的必然趨勢。水環(huán)熱泵結合淺層地熱能的土壤源水環(huán)熱泵技術得到了較快的發(fā)展,其不僅進一步提高了水環(huán)熱泵系統(tǒng)的性能,也擴大了水環(huán)熱泵的適應范圍,是今后水環(huán)熱泵技術的
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)路吸收的熱量經過循環(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
2.1回收余熱、節(jié)能
土壤源水環(huán)熱泵是通過一個循環(huán)水系統(tǒng)將不同區(qū)域的各機組有效地組織起來,冬季會把有的區(qū)域熱量轉移到另外需要熱量的地方,從而達到回收余熱、節(jié)能的目的。
2.2靈活性
安裝的靈活性�？梢哉麠澊髽且淮瓮瓿砂惭b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(huán)熱泵用戶可以按照戶、層、樓、區(qū)域等運行并收取運行費用,不同區(qū)域設備故障檢修時并不影響其他區(qū)域使用。
調節(jié)的靈活性。水環(huán)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(tǒng)的效果。
2.3水環(huán)熱泵系統(tǒng)的主機房占地面積較常規(guī)中央空調系統(tǒng)要小很多。
2.4地埋管水環(huán)熱泵系統(tǒng)冬季運行工況穩(wěn)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(tǒng)設備分散,維修量稍大,系統(tǒng)投資稍多,應根據具體工程情況選用。
3.土壤源水環(huán)熱泵的應用范圍
土壤源熱泵系統(tǒng)應用在有內外區(qū)的地方時節(jié)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(guī)四管制空調系統(tǒng)。
4.水環(huán)熱泵結合地埋管的空調系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)設計
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:
① 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所,單層面積都超過2000m2,進深較大,近40~50m,存在較大內區(qū),比較適合水環(huán)熱泵系統(tǒng)。
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。
�、芸照{使用時不受室外環(huán)境溫度影響太大,保證冬季供暖的舒適性。
4.2.2空調水系統(tǒng)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�？照{總冷指標149W/m2,總熱指標79W/m2。
空調冷熱源由水環(huán)熱泵提供,分體水環(huán)熱泵主機設置于走道或噪音要求不高區(qū)域吊頂內,整體式水環(huán)熱泵置于空調機房內。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,冬季吸收的熱量由地埋管系統(tǒng)承擔。
4.2.4空調風系統(tǒng)設計
�、� 辦公、行政中心等小開間區(qū)域采用分體水環(huán)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(qū)域采用整體機全空氣水環(huán)熱泵機組。
�、诘跹b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(tǒng)設計
①水系統(tǒng)均為閉式系統(tǒng)。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(huán)水系統(tǒng),解決系統(tǒng)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(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,且為了便于進冷卻塔和地埋管系統(tǒng)的水量控制,低區(qū)設置二級泵系統(tǒng),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。
�、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,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(tài)平衡閥。 ④ 高區(qū)各水系統(tǒng)設置高位膨脹水箱定壓。低區(qū)水系統(tǒng)在地下二層設置落地式膨脹水箱定壓。 ⑤高區(qū)各水系統(tǒng)設置高壓自動加藥裝置。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)設計
本系統(tǒng)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(tǒng)。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(tǒng)運行時發(fā)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(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,傳熱介質為水。
4.3空調系統(tǒng)投資
投資項
總投資,萬
地埋管及井
1600
水環(huán)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(huán)熱泵與常規(guī)水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)相比,節(jié)能效果顯著。但由于系統(tǒng)投資較常規(guī)空調高,對地埋管系統(tǒng)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(tǒng)。
參考文獻
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[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(huán)熱泵應用于大型商業(yè)裙房的模擬與分析[J].暖通空調,2010
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