水源熱泵在商業(yè)建筑中應(yīng)用相關(guān)水源的問(wèn)題

1、水源熱泵在商業(yè)建筑中應(yīng)用相關(guān)水源的問(wèn)題大連景垣建設(shè)工程項(xiàng)目管理有限公司 張瑞文 朱 建 大商集團(tuán) 趙 磊 摘要：水源是應(yīng)用水源熱泵的前提。文中闡述了影響水源熱泵運(yùn)行工效的水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性等因素。介紹了各類水源、取水構(gòu)筑物、水處理技術(shù)、回灌技術(shù)，指出了水源方案設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。關(guān)鍵詞： 水源熱泵 運(yùn)行工效 取水 回灌水源熱泵系統(tǒng)是21世紀(jì)能源利用的最優(yōu)方式之一。適合、可靠的水源是有效應(yīng)用水源熱泵的前提，推廣利用水源熱泵技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意解決好相關(guān)的水源問(wèn)題。1、水源熱泵工作原理及其系統(tǒng)構(gòu)成在我國(guó)暖通空調(diào)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)（gb50155-92）中，對(duì)“熱泵”的解釋是“能實(shí)現(xiàn)蒸

2、發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機(jī)”；在新國(guó)際制冷詞典（new international dictionary of refrigeration）中，對(duì)“熱泵”的解釋是“以冷凝器放出的熱量來(lái)供熱的制冷系統(tǒng)”。可見，熱泵在本質(zhì)上是與制冷機(jī)相同的，只是運(yùn)行工況不同。其工作原理是，由電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使工質(zhì)（如r22）循環(huán)運(yùn)動(dòng)反復(fù)發(fā)生物理相變過(guò)程，分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷得到交換傳遞，并通過(guò)閥門切換使機(jī)組實(shí)現(xiàn)制熱（或制冷）功能。在此過(guò)程中，熱泵的壓縮機(jī)需要一定量的高位電能驅(qū)動(dòng)，其蒸發(fā)器吸收的是低位熱能，但熱泵輸出的熱量是可利用的高位熱能，在數(shù)量上是其所消耗的高位熱能和所吸收低

3、位熱能的總和。熱泵輸出功率與輸入功率之比稱為熱泵性能系數(shù)，即cop值（coefficient of performance ）。熱泵有多種，以水作為熱源和供熱介質(zhì)的熱泵稱為水源熱泵。水源熱泵性能系數(shù)（即cop值）高于空氣源熱泵，系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定。 水源熱泵工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，一般由水源系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)房系統(tǒng)和末端散熱系統(tǒng)三部分組成。其中，水源系統(tǒng)包括水源、取水構(gòu)筑物、輸水管網(wǎng)和水處理設(shè)備等。 2、水源熱泵對(duì)水源系統(tǒng)的要求水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性是影響水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要因素。應(yīng)用水源熱泵時(shí)，對(duì)水源系統(tǒng)的原則要求是：水量充足，水溫適度，水質(zhì)適宜，供水穩(wěn)定。具體說(shuō)，水源的水量，

4、應(yīng)當(dāng)充足夠用，能滿足用戶制熱負(fù)荷或制冷負(fù)荷的需要。如水量不足，機(jī)組的制熱量和制冷量將隨之減少，達(dá)不到用戶要求。水源的水溫應(yīng)適度，適合機(jī)組運(yùn)行工況要求。水源的水質(zhì)，應(yīng)適宜于系統(tǒng)機(jī)組、管道和閥門的材質(zhì)，不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕損壞。水源系統(tǒng)供水保證率要高，供水功能具有長(zhǎng)期可靠性，能保證水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)期和穩(wěn)定運(yùn)行。 3、水源原則上講，凡是水量、水溫能夠滿足用戶制熱負(fù)荷或制冷復(fù)荷的需要，水質(zhì)對(duì)機(jī)組設(shè)備不產(chǎn)生腐蝕損壞的任何水源都可作為水源熱泵系統(tǒng)利用的水源，既可以是再生水源，也可以是自然水源。 4、水質(zhì)應(yīng)用水源熱泵時(shí)，除應(yīng)關(guān)心水源水量外，還應(yīng)關(guān)注水的溫度、化學(xué)成分、渾濁度、硬度、礦化度和腐蝕性等因素

5、。但是，目前對(duì)水源熱泵所用水源的水質(zhì)尚無(wú)有關(guān)規(guī)定，本文所提數(shù)據(jù)參考了冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和某些地下水回灌水質(zhì)的有關(guān)規(guī)定。 4.1 溫度 地表水水溫 隨季節(jié)、緯度和高程不同而變化。長(zhǎng)江以北和高原地區(qū)，冬季地表水結(jié)冰，無(wú)法利用于制熱供暖。夏季水溫一般低于30，可用于制冷空調(diào)。 4.2 含砂量與渾濁度 有些水源含有泥沙、有機(jī)物與膠體懸浮物，使水變得渾濁。水源含砂量高對(duì)機(jī)組和管閥會(huì)造成磨損。含砂量和渾濁度高的水用于地下水回灌會(huì)造成含水層堵塞。用于水源熱泵系統(tǒng)的水源，含砂量應(yīng)1/20萬(wàn)，渾濁度20毫克/升。如果水源熱泵系統(tǒng)中裝有板式換熱器，水源水中固體顆粒物的粒徑應(yīng)0.5毫米。 4.3 水的化學(xué)成分及其化學(xué)性

6、質(zhì) 自然界水中溶有不同離子、分子、化合物和氣體，使得水具有有酸堿度、硬度、礦化度和腐蝕性等化學(xué)性質(zhì)，對(duì)機(jī)組材質(zhì)有一定影響。 酸堿度 水的ph值小于7時(shí)，呈酸性，反之呈堿性。水源熱泵的水源ph值應(yīng)為6.5-8.5。 5、取水構(gòu)筑物依據(jù)水源不同，取水構(gòu)筑物可分為地表水取水構(gòu)筑物和地下水取水構(gòu)筑物兩類。 5.1 地表水取水構(gòu)筑物 按結(jié)構(gòu)形式地表水取水構(gòu)筑物可分為活動(dòng)式和固定式兩種?；顒?dòng)式地表水取水構(gòu)筑物有浮船式和活動(dòng)纜車式。較常用的是固定式地表水取水構(gòu)筑物，一般都包括進(jìn)水口、導(dǎo)水管（或水平集水管）和集水井，地表水取水構(gòu)筑物受水源流量、流速、水位影響較大，施工較復(fù)雜，要針對(duì)具體情況選擇施工方案。 5.

7、2 地下水取水構(gòu)筑物地下水取水構(gòu)筑物有管井、大口井、結(jié)合井、輻射井和滲渠等類型，表1列出了地下水取水構(gòu)筑物的型式及適用范圍1。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)地下水埋深、含水層厚度、出水量大小、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件不同選取不同形式。 5.3 管井 地下水取水構(gòu)筑物中最常見的型式是管井，一般由井孔、井壁管、濾水管、沉砂管組成。井孔用鉆機(jī)鉆成，井壁管安裝在非含水層處，用以支撐井孔孔壁，防止坍塌，井管與孔口周圍用粘土或水泥等不透水材料封閉，防止地面污水滲入；濾水管安裝在含水層處，除有井壁管作用外其主要作用是濾水擋砂；井管最底部為沉砂管，用以沉積水中泥沙，延長(zhǎng)管井使用壽命。 6、水源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的問(wèn)題6.1 供

8、水水源的可行性研究就商業(yè)建筑而言其特點(diǎn)明顯，建筑面積使用率高，占地面積小，多處在人口、住宅或商業(yè)建筑密集區(qū)?，F(xiàn)代商業(yè)追求高品質(zhì)、人性化趨勢(shì)增強(qiáng)，對(duì)空調(diào)要求也變的更加嚴(yán)格，空調(diào)制冷負(fù)荷相應(yīng)變大。在商場(chǎng)建設(shè)時(shí)期如考慮水源熱泵制冷，需充分計(jì)算負(fù)荷和地下水含水量是否滿足使用。但由于占地面積有限使取水和回水距離短，導(dǎo)致局部地表溫度變化快，破壞其自然溫度調(diào)節(jié)的能力，夏季溫度升高，冬季降低，在制冷期后期使地下溫度過(guò)高導(dǎo)致無(wú)法提取冷量，同樣冬季無(wú)法提取熱量。如能解決此問(wèn)題水源熱泵在商業(yè)用應(yīng)還是很優(yōu)秀的，節(jié)能和效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他形式空調(diào)。6.2 地表水源工程設(shè)計(jì)與施工 當(dāng)選用地表水源時(shí)，設(shè)計(jì)取水量要考慮水溫因素

9、和需水量的保證率，取水構(gòu)筑物標(biāo)高與洪水季節(jié)水位的關(guān)系。施工應(yīng)同時(shí)考慮供水管和排水管的布置。 6.3 管井工程設(shè)計(jì)和施工 擬選擇地下水源和管井取水方案時(shí)，對(duì)規(guī)模較大的工程，應(yīng)根據(jù)所需水量和地下水回灌需要，結(jié)合場(chǎng)地環(huán)境和水文地質(zhì)條件，按一定采灌比確定抽水井和回灌井井?dāng)?shù)、合理布置井位和井間距。井深應(yīng)大于變溫帶深度，以保證冬季水源水溫度10。為防止回灌井堵塞，確保水源系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定供水，抽水井和回灌井應(yīng)互相切換使用，因此各個(gè)井的井深和井身結(jié)構(gòu)應(yīng)相近。井中濾水管和濾網(wǎng)應(yīng)有一定強(qiáng)度，能承受抽灌往復(fù)水流的壓力變換。 6.4 管井施工質(zhì)量 必須十分重視管井質(zhì)量問(wèn)題。應(yīng)找專業(yè)隊(duì)伍施工，做好每一工藝環(huán)節(jié)，建成優(yōu)質(zhì)井

10、，才能獲得較大出水量和優(yōu)質(zhì)水。表1. 地下水取水構(gòu)筑物的形式及適用范圍 形式尺 寸深 度(m)適 用 范 圍出水量 (m3/d)地下水類型地下水埋深含水層厚度水文地質(zhì)特征管井井徑501000mm150600mm井深201000m,常用300m以內(nèi)潛水，承壓水，裂隙水，溶洞水200m以內(nèi),常用在70m以內(nèi)大于5m或有多層含水層適用于任何砂、卵石、礫石地層及構(gòu)造裂隙、巖溶裂隙地帶單井出水量500-6000m3/d,最大可達(dá)2-3萬(wàn)m3/d大口井井徑210m,常用48m井深在20m以內(nèi),常用615m潛水，承壓水一般在10m以內(nèi)一般為5-15m砂、卵石、礫石地層，滲透系數(shù)最好在20m/d以上單井出水量

11、500-1萬(wàn)m3/d,最大為2-3萬(wàn)m3/d輻射井集水井直徑46m,輻射管直徑50-300mm，常用75150mm集水井井深312m潛水，承壓水埋深12m以內(nèi),輻射管距降水層應(yīng)大于1m一般大于2m補(bǔ)給良好的中粗砂、礫石層，但不可含有飄礫單井為50005萬(wàn)m3/d,最大為3.1萬(wàn)m3/d滲渠直徑為4501500mm,常用為6001000mm埋深10m以內(nèi)，常用46m潛水，河床滲透水一般埋深8m以內(nèi)一般為46m補(bǔ)給良好的中粗砂、礫石、卵石層一般為1030m3/d.m,最大為50-100m3/d.m7、水質(zhì)處理如果水源的水質(zhì)不適宜水源熱泵機(jī)組使用時(shí)，可以采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行水質(zhì)處理，使其符合機(jī)組要

12、求。8、地下水人工補(bǔ)給（俗稱回灌）28.1 人工回灌及其目的 所謂地下水人工補(bǔ)給（即回灌），就是將被水源熱泵機(jī)組交換熱量后排出的水再注入地下含水層中去。這樣做可以補(bǔ)充地下水源，調(diào)節(jié)水位，維持儲(chǔ)量平衡；可以回灌儲(chǔ)能，提供冷熱源，如冬灌夏用，夏灌冬用；可以保持含水層水頭壓力，防止地面沉降。所以，為保護(hù)地下水資源，確保水源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，水源熱泵系統(tǒng)工程中一般應(yīng)采取回灌措施。 8.2 回灌類型 根據(jù)工程場(chǎng)地的實(shí)際情況，可采用地面滲入補(bǔ)給，誘導(dǎo)補(bǔ)給和注入補(bǔ)給。 注入式回灌一般利用管井進(jìn)行，常采用無(wú)壓（自流）、負(fù)壓（真空）和加壓（正壓）回灌等方法。無(wú)壓自流回灌適于含水層滲透性好，井中有回灌水位和

13、靜止水位差。真空負(fù)壓回灌適于地下水位埋藏深（靜水位埋深在10米以下），含水層滲透性好。加壓回灌適用于地下水位高，透水性差的地層。對(duì)于抽灌兩用井，為防止井間互相干擾，應(yīng)控制合理井距。 8.3 回灌量 回灌量大小與水文地質(zhì)條件、成井工藝、回灌方法等因素有關(guān)，其中水文地質(zhì)條件是影響回灌量的主要因素。一般說(shuō)，出水量大的井回灌量也大。在基巖裂隙含水層和巖溶含水層中回灌，在一個(gè)回灌年度內(nèi)，回灌水位和單位回灌量變化都不大;在礫卵石含水層中，單位回灌量一般為單位出水量的80%以上。在粗砂含水層中，回灌量是出水量的50-70%。細(xì)砂含水層中，單位回灌量是單位出水量的30-50%。采灌比是確定抽灌井?dāng)?shù)的主要依據(jù)。

14、 8.5 回?fù)P 為預(yù)防和處理管井堵塞主要采用回?fù)P的方法，所謂回?fù)P即在回灌井中開泵抽排水中堵塞物。每口回灌井回?fù)P次數(shù)和回?fù)P持續(xù)時(shí)間主要由含水層顆粒大小和滲透性而定。在巖溶裂隙含水層進(jìn)行管井回灌，長(zhǎng)期不回?fù)P，回灌能力仍能維持；在松散粗大顆粒含水層進(jìn)行管井回灌，回?fù)P時(shí)間約一周12次；在中、細(xì)顆粒含水層里進(jìn)行管井回灌，回?fù)P間隔時(shí)間應(yīng)進(jìn)一縮短，每天應(yīng)12次。在回灌過(guò)程中，掌握適當(dāng)回?fù)P次數(shù)和時(shí)間，才能獲得好的回灌效果，如果怕回?fù)P多占時(shí)間，少回?fù)P甚至不回?fù)P，結(jié)果管井和含水層受堵，反而得不償失?；?fù)P持續(xù)時(shí)間以渾水出完，見到清水為止。對(duì)細(xì)顆粒含水層來(lái)說(shuō)，回?fù)P尤為重要。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在幾次回灌之間進(jìn)行回?fù)P與連續(xù)回灌不進(jìn)行回?fù)P相比，前者能恢復(fù)回灌水位，保證回灌井正常工作。 9、應(yīng)用水源熱泵的限制條件水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品，但并不是在任何條件下都可以應(yīng)用。其制約條件是電源和水源。目前，我國(guó)電力供