水源熱泵技術在泵站中應用

1、水源熱泵技術在泵站中應用論文摘要：泵站工程是基礎性大型工程，對水泵和泵站值班人員的關懷和愛護十分必要，同時節(jié)能降耗也是必須考慮的問題，因此本次設計水源熱泵系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的電能利用有較大的實際應用價值。水利工程一般為重大基礎設施工程，一旦建成不可輕易更改最初設計，因此能耗問題往往不是被排在第一位。本文主要探究針對目前現(xiàn)有泵站中，冬季采暖夏季降溫往往采用電力設施，造成能耗過大的現(xiàn)象進行分析，并提出建立水源熱泵系統(tǒng)來降低能耗。一、水源熱泵系統(tǒng)的基本原理水源熱泵技術是利用地球表面淺層地熱資源（如地下水等吸收的太陽能和地熱能而形成的低品位熱能），基于熱泵原理，通過輸入少量的高品位電能，實現(xiàn)低品位熱能向高

2、品位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是一種既可供熱又可供冷的高效節(jié)能型系統(tǒng)。它是由用戶系統(tǒng)、熱泵主機系統(tǒng)、水源系統(tǒng)三部分組成。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)組成示意見圖1。用戶系統(tǒng)（室內(nèi)空氣處理末端等）：由用戶側水管系統(tǒng)，循環(huán)水泵，水過濾器，靜電水處理儀，各種末端空氣處理設備，膨脹定壓設備及相關閥門配件組成。熱泵主機系統(tǒng)：由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、各種制冷管道配件和電器控制系統(tǒng)等組成。水源系統(tǒng)：由水源取水裝置、取水泵、水處理設備、輸水管網(wǎng)和閥門配件等組成。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)冬季供熱、夏季供冷多功能工況。（1）在冬季，為用戶供熱時，水源中央空調(diào)系統(tǒng)從水源中提取低品位熱能，通過電能

3、驅(qū)動的水源中央空調(diào)主機“泵”送到高溫熱源，以滿足用戶供熱需求（圖2）。（2）在夏季，水源中央空調(diào)將用戶室內(nèi)的余熱，通過水源中央空調(diào)主機轉(zhuǎn)移到水源中，以滿足用戶制冷需求。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)冬夏運行工況示意見下圖。二、水源熱泵系統(tǒng)建立重要環(huán)節(jié)的設計與計算1、鉆遇井深、水溫、水量預測本次選取第含水組作為開采目的層，底界埋深為250280m，設計取水段（170280m）平均溫度依據(jù)下式進行推算：式中：Tg-取水段平均溫度（）；D1-取水段中點埋深（設計取220m）；Gi-蓋層平均地溫梯度（設計井取2.6/100m）；D2-常溫層埋深（30m）；T0-常溫層溫度（13.5）。經(jīng)計算，設計井熱儲溫度為1

4、7.1420，設計井取水段平均溫度為18.44，利用部分取18。水量預測主要采用富水性分區(qū)情況、同含水組開采井水量進行比擬確定。因此預測單井出水量為60100m3/h，考慮到該區(qū)的回灌效果，回灌量約30m3/h，根據(jù)天津市地下水源熱泵工程以灌定采對井開發(fā)模式，允許開采量為30m3/h（以后計算中按30m3/h計）。2、單井換熱功率計算采用地下水量折算法計算，表達式為：式中：為單井換熱功率，單位為千瓦（kW）；為地下水循環(huán)利用量，單位為立方米每天（）；為地下水利用溫差，單位為度（），本次冬季選8，夏季選13。為水的密度，單位為千克每立方米（kg/m3），取1000kg/m3；為水的比熱容，kJ/

5、（kg），取4.18kJ/（kg）。經(jīng)計算，該區(qū)第含水組單井換熱功率為279kW453.5kW（冬季/夏季）。3、項目總換熱量計算夏冬季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向地下水排放的熱量和冬季從地下水吸收的熱量?？梢杂上率龉接嬎悖簁W （1）kW （2）其中夏季向土壤排放的熱量，kW；夏季冷負荷，kW；冬季從土壤吸收的熱量，kW；冬季熱負荷，kW；設計工況下熱泵機組的制冷系數(shù)，6.2；設計工況下熱泵機組的供熱系數(shù)，5。則夏冬季地下?lián)Q熱量計算如下：=374.7×（1+1/6.2）=435.1kW=240.7×（1-1/5）=192.6kW根據(jù)水務局的有關規(guī)定和“以灌定采”的原則，開鑿

6、1對井互為采灌即可解決建筑冬夏供熱制冷問題。4、采灌井間距回灌水到達抽水井的時間（熱短路時間）可用下式表示：式中：n含水層的有效孔隙度，本次取30%；圓周率；d抽水井和注水井距離（m）；B含水段厚度（m），本次取50m；Q穩(wěn)定的注水量（m3/h），本次取30m3/h。根據(jù)上式可確定發(fā)生熱短路的抽、灌井間距臨界值為：按熱泵運行周期，制冷期熱泵運行時間120d，根據(jù)以上公式的計算，地下水地源熱泵井的采灌井距為38m。水源熱泵井間距的確定不能僅僅以熱突破作為依據(jù)，而應該考慮其回灌水影響范圍內(nèi)水溫的變化能否滿足熱泵系統(tǒng)運行要求以及運行的經(jīng)濟性。但在條件允許的情況下應盡量滿足井間距要求，以減少熱突破影響

7、，保證系統(tǒng)運行效率。在實際工程中回灌量和含水層厚度差別較大，結合本次對已有水源熱泵系統(tǒng)運行效果的調(diào)查情況及抽灌試驗成果，建議中細砂顆粒地層中抽灌井間距不宜小于50m，因此，本次采灌井間距50m為宜，實際工程應用中可根據(jù)具體情況調(diào)整。三、泵站防凍降溫系統(tǒng)運行模式1.地下水源熱泵系統(tǒng)的運行模式：（1）冬季采暖；（2）夏季供冷。運行模式與地下水源利用關系見表1。2.冬夏運行方式地下水源熱泵系統(tǒng)工藝流程。工藝流程與運行模式相匹配，冬季供熱流程示意見圖4夏季供冷流程示意見圖5。由圖4可見，冬季工況運行時，以地下水作為熱源，通過熱泵主機向建筑用戶提供采暖用熱水。水源水系統(tǒng)工作時，采用一抽一灌、同抽同灌的運

8、行方式，保持地下水位穩(wěn)定。由圖5可見，夏季工況運行時，以地下水作為冷源，通過熱泵主機向建筑用戶提供空調(diào)用冷水。水源水系統(tǒng)工作時，采用一抽一灌、同抽同灌的運行方式，保持地下水位穩(wěn)定。四、建立水源熱泵系統(tǒng)后的安全防護1、制定切實可行的安全操作規(guī)程和工藝規(guī)程，按照中華人民共和國勞動法的有關規(guī)定，制定切實可行的勞動保護措施。2、運轉(zhuǎn)設備的傳動部分均應加防護罩，所有用電設備應可靠接地，并指派專人定期檢查接地狀況。3、為了防范雷電和暴雨，要求按規(guī)定設防雷接地裝置，同時站房內(nèi)的地面應高出室外地面，防止暴雨造成的積水進入。4、對有危險的機械設備加裝防護裝置，所有電氣設備的安全距離、漏電保護設施的設計均應符合相關標準、規(guī)范的要求。5、建立健全安全技術規(guī)程、工藝操作規(guī)程，并上墻明示。6、按工作崗位的性質(zhì)，配備勞保用品和各種防護器材。7、機房前設置入場須知和安全警示牌。五、結束語泵站工程是基礎性大型工程，對水泵和泵站值班人員的關懷和愛護十分必要，同時節(jié)能降耗也是必須考慮的問題，因此本次設計水源