水源熱泵設(shè)計應(yīng)用問題

水源熱泵設(shè)計應(yīng)用問題水源熱泵設(shè)計應(yīng)用問題1引言水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水，如地下水、地表水、海水江水及湖泊水中蘊(yùn)含的低位能源作為熱泵的低溫側(cè)熱源，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。它利用水源熱泵機(jī)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制冷機(jī)組和鍋爐或風(fēng)冷熱泵機(jī)組，以自然界的水體作為熱泵機(jī)組冷卻水系統(tǒng)的冷卻源，以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的．通常水源熱泵COP值在5左右。水源熱泵機(jī)組運行時對大氣沒有廢熱污染，不需要使用帶來飄霧的冷卻塔，供熱時可代替低溫?zé)崴仩t，沒有燃燒過程，避免了排煙污染，因此可以建造在居民區(qū)內(nèi)。水源熱泵系統(tǒng)可以只作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，也可以作為空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水的制冷與供熱設(shè)備?，F(xiàn)有的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置系統(tǒng)可以由一套水源熱泵系統(tǒng)替換，特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵的優(yōu)越性更加顯著。賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑均可以采用水源熱泵，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。但水源熱泵應(yīng)用中有些技術(shù)問題應(yīng)該引起重視的[1]。2水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計2.1水源熱泵空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計一般的空調(diào)水系統(tǒng)，可采用單次泵系統(tǒng)或復(fù)式泵系統(tǒng)（一次泵系統(tǒng)與二次泵系統(tǒng)）。系統(tǒng)流量控制可采用定流量控制或變流量控制。復(fù)式泵系統(tǒng)中的一次泵、二次泵皆可以采用定流量或變流量控制。為了節(jié)約運行費用，二次泵運行應(yīng)該采用變流量控制技術(shù)。深井泵也應(yīng)采用變流量控制，且最好采用變頻控制的方式。北京某公寓閉式地下水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行測試表明[2]，在冬季供暖期二次循環(huán)泵耗電量為水泵耗電總量的80%，夏季供冷也有同樣趨勢。冬季一次泵與深井泵耗電量非常接近，但夏季一次泵的能耗大于深井泵。如果二次泵24h不間斷定流量運行，無論環(huán)路中有多少臺熱泵運行，二次泵總處于滿負(fù)荷工況，影響整個系統(tǒng)的節(jié)能。2.2水源熱泵用深井水系統(tǒng)設(shè)計min。在停用期,20～30天回?fù)P1次。對于一般輕度堵塞的回灌井,可直接用連續(xù)回?fù)P的方法處理,直至井的單位開采量和動水位恢復(fù),方可繼續(xù)進(jìn)行回灌。在回?fù)P過程中需按時測定井的回?fù)P量、靜動水位,取水樣分析化學(xué)成分等。對于堵塞嚴(yán)重的回灌井,可用回?fù)P與間歇停泵反沖的處理方法,或用回?fù)P與壓力灌水相結(jié)合的處理方法。為了清除濾水管的沉淀物和鐵細(xì)菌,一般對水進(jìn)行化學(xué)處理。用ＨＣｌ(濃度10%,加酸洗抗蝕劑)處理濾水管的沉淀物,通過水中加藥或提高ｐＨ值(加石灰)使之變?yōu)閴A性水,以抑制鐵細(xì)菌的生長。回?fù)P和清洗處理都是非常專業(yè)化的工作,大大增加了用戶的維護(hù)工作量。另外,這種操作對井的損害也很大,會造成系統(tǒng)壽命的降低。2.3空調(diào)與生活熱水同時使用的設(shè)計時的系統(tǒng)運行設(shè)計現(xiàn)在有人看好空調(diào)與生活熱水聯(lián)用的水源熱泵應(yīng)用方式，并大力推廣。據(jù)筆者了解，一般冷水機(jī)組運行時，只能控制蒸發(fā)器側(cè)水溫或冷凝器側(cè)水溫，二者很難同時控制。市場上的常規(guī)水源熱泵機(jī)組(高溫機(jī)組除外)，其制冷工況下的冷凝器側(cè)水溫一般為35℃左右，難以達(dá)到60℃水溫，要達(dá)到60℃水溫，必然需要降低機(jī)組的COP值，其下降程度不低。制熱工況下的冷凝器側(cè)水溫，當(dāng)采用R134a時一般為55℃左右。因此，兩者共用時，將會存在下述問題。在夏季，當(dāng)常規(guī)水源熱泵機(jī)組工作于制冷工況時，熱水出水溫度就會偏低。隨著空調(diào)負(fù)荷與熱水負(fù)荷的變化，二者之間存在不同步現(xiàn)象，導(dǎo)致空調(diào)的除熱量不等于熱水系統(tǒng)的需熱量，而二者水溫又必須同時控制，這造成了水系統(tǒng)運行管理上的許多麻煩，如加輔助熱源，固定一側(cè)負(fù)荷等控制措施。在冬季，當(dāng)常規(guī)水源熱泵機(jī)組工作于制熱工況時且無冷負(fù)荷時，所有空調(diào)設(shè)備皆需供應(yīng)熱水，空調(diào)水與生活水變成一個系統(tǒng)，這樣空調(diào)系統(tǒng)的供水溫度必為熱水溫度，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的放熱量就偏大。為了節(jié)能，冬季空調(diào)水流量應(yīng)當(dāng)設(shè)計成不等于夏季空調(diào)水流量的變流量系統(tǒng)。這一要求導(dǎo)致水泵的初投資增加以及水溫差的變化。在過渡季，空調(diào)系統(tǒng)停止工作，熱水系統(tǒng)依然要工作。因為環(huán)境水溫度的變化，熱水系統(tǒng)的需熱量比較小，當(dāng)熱水循環(huán)所需的熱量不到熱泵主機(jī)制熱量的10%時，極可能引起機(jī)組的自我保護(hù)而停機(jī)，造成機(jī)組系統(tǒng)頻繁啟動。分析過渡節(jié)、夏季、冬季時水溫、冷熱負(fù)荷、不同的水路連接等因素，可以看出，空調(diào)與熱水聯(lián)供的系統(tǒng)水路的工況轉(zhuǎn)換是比較麻煩的，甚至需要很高的自動控制水平，對轉(zhuǎn)換閥門與主機(jī)的使用壽命可能產(chǎn)生不利的影響。如武漢某大廈，選用二臺上海開利生產(chǎn)的350A-HP2雙螺桿水源熱泵機(jī)組作為空調(diào)冷熱源，首期工程投入一臺。該機(jī)組名義制冷量為1135kw,名義制熱量為1288kw，輸入電源為三相交流電，制冷工況下工作電流為486A,制熱工況下工作電流為649A,總運行重量為5553kg,采用R134a為制冷工質(zhì)。制熱工況下熱水最高溫度達(dá)60度，一般為55度，溫差為5度。機(jī)組同時作為生活熱水的熱源。為了減少成本，提高能量利用系數(shù)，系統(tǒng)采用空調(diào)與熱水分供的方式，在夏季空調(diào)運行時，熱水加熱系統(tǒng)停止，生活熱水靠熱水箱的水供應(yīng)，當(dāng)熱水溫度偏低時，關(guān)閉空調(diào)，主機(jī)切換至制熱工況，15分鐘后切換回制冷工況，切換相應(yīng)閥門后，進(jìn)入空調(diào)模式?？梢?，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換頻繁，溫度必產(chǎn)生波動。水流程圖如圖1。2.4水源熱泵系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障調(diào)查水（地）源熱泵系統(tǒng)在工程中的常見有冷天氣問題、舒適性抱怨、裝置問題、頻繁自動保護(hù)、泄漏、噪聲、運行費用、回水井堵塞溢出、裝置不合適、防凍問題、建筑密封、控制、地源換熱器設(shè)計、地源換熱器安裝、熱泵壓縮機(jī)、熱泵換熱器、熱泵內(nèi)部控制、水流泵、系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計共19項[5]。通過對29個實例工程調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)冷天氣問題占1.1%,舒適性抱怨0.18%,裝置問題0.18%,頻繁自動保護(hù)1.45%,泄漏0.9%,噪聲0.9%,運行費用1.45%,回水井堵塞溢出0.18%,裝置不合適0.36%,防凍問題0.54%,建筑密封1.1%,控制問題1.63%,地源換熱器設(shè)計0.72%,地源換熱器安裝0.54%,熱泵壓縮機(jī)0.36%,熱泵換熱器0.36%,熱泵內(nèi)部控制0.72%,水泵1.1%,系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計2.18%?？梢姡刂茊栴}、頻繁保護(hù)、系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量問題比較突出。3結(jié)論水源熱泵是一種高效節(jié)能的設(shè)備，用它組建的系統(tǒng)，初投資與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相差不大[7]，標(biāo)準(zhǔn)煤能耗與火電及水電相比耗量少[6]，是一個值得大力推廣的技術(shù)。應(yīng)該從水系統(tǒng)設(shè)計上充分發(fā)揮它的技術(shù)優(yōu)勢，采用變流量控制技術(shù)減少運行費用，針對不同的水源特點進(jìn)行不同的處理。當(dāng)采用深井水時，水質(zhì)處理與回灌帶來的影響不可忽略。同時提供生活熱水時，一定要詳細(xì)了解熱泵不同狀態(tài)下的溫度參數(shù)與調(diào)節(jié)能力，否則將會導(dǎo)致系統(tǒng)運行管理不善，問題多多。圖1水系統(tǒng)流程圖參考文獻(xiàn)[1]田剛,李曉東,陳申迅.水源熱泵在空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2004.20(2):230-233[2]陳超,倪真,李小軍,等.住宅建筑中閉式水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用研究.暖通空調(diào)，2004.34(6):72-77[3]薛玉偉,李新國,趙軍,等.地下水水源熱泵的水源問題研究.能源工程，2003(2):10-13[4]鄔小波.地下含水層儲能和地下水源熱泵系統(tǒng)中回路與回灌技術(shù)現(xiàn)狀.暖通空調(diào),2004.34(1):19-23[5]張群力,王晉.地源和地下水源熱泵的研發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用過程中的總是分析.流體機(jī)械，2003.31(5):50-54[6]姚鏑,王建華,李波.水源熱泵供冷（供熱）系統(tǒng)的能量