水源熱泵系統(tǒng)方案

1、某學(xué)院住宅區(qū)水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案1工程概況本工程為2棟節(jié)能型住宅建筑,位于北京市海淀區(qū)某學(xué)院住宅區(qū)內(nèi)?？偨ㄖ娣e18744m2,層高2.8m,建筑總高度20.7m,地下1層,地上6層半(6層為復(fù)式結(jié)構(gòu)),頂層北半部為露臺(tái),小區(qū)共有167戶。本工程采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng),室內(nèi)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管,送回風(fēng)方式為側(cè)送側(cè)回和側(cè)送上回。2001年3月空調(diào)工程開(kāi)始施工,2001年11月底完工,2001年12月初空調(diào)調(diào)試運(yùn)行。2室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)2.1空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)1(見(jiàn)表1)2.2風(fēng)機(jī)盤(pán)管選擇計(jì)算風(fēng)機(jī)盤(pán)管為臥式暗裝,易與裝修配合,在客廳,安裝在局部吊頂內(nèi);在臥室,與衣柜相結(jié)合安裝。考慮到房間同時(shí)使用率較低,容易造成空調(diào)

2、房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱面增加,因此,風(fēng)機(jī)盤(pán)管在選擇計(jì)算時(shí),將常規(guī)負(fù)荷計(jì)算值上浮30%左右。面積較大的房間(尤其是臥室),采用2臺(tái)小型號(hào)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管以滿足房間噪聲控制的要求。2.3分戶計(jì)量應(yīng)建設(shè)單位的要求,在每戶的入口端均安裝有分戶冷熱計(jì)量表,通過(guò)檢測(cè)用戶的流量和進(jìn)出水溫,求得用戶所消耗的冷熱量。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意冷熱計(jì)量表所測(cè)流體的溫度范圍、工作壓力及安裝間距,冷熱計(jì)量表安裝示意圖見(jiàn)圖2。設(shè)計(jì)流量不應(yīng)小于冷熱計(jì)量表的標(biāo)準(zhǔn)流量,否則,會(huì)降低冷熱計(jì)量表的測(cè)量精度。3水源水系統(tǒng)3.1地下水經(jīng)有關(guān)專業(yè)部門(mén)實(shí)地勘測(cè),建筑所在地區(qū)可用地下水為第四系水,第四系以卵礫石層為主,夾黏性土層,出水量較大,水質(zhì)較好,有利于回灌

3、。3.2水井本工程設(shè)計(jì)了3眼結(jié)構(gòu)完全相同的水井,每眼井既可以作為抽水井,又可以作為回灌井,這樣在運(yùn)行時(shí),可以做到一抽兩灌,有利于地下水回灌和延長(zhǎng)水井的使用壽命。水井自2001年8月16日開(kāi)鉆,至2001年9月21日完成抽水試驗(yàn),3眼井具體情況見(jiàn)表2。3.3潛水泵本工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中,始終以節(jié)約地下水為原則,因此,選用了變頻潛水泵,即開(kāi)啟不同的主機(jī)臺(tái)數(shù),潛水泵提供不同的水量。潛水泵技術(shù)參數(shù)如下:流量140m3/h,揚(yáng)程60m,功率40kW。4機(jī)房設(shè)計(jì)住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定,水泵房不應(yīng)設(shè)在住宅建筑內(nèi),所以,機(jī)房和水泵房設(shè)在2棟建筑之外小區(qū)綠化帶的下面(地下機(jī)房位置見(jiàn)圖3)。地下機(jī)房面積175m2(含

4、生活熱水部分)。4.1冷熱源選擇空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源為2臺(tái)水源熱泵空調(diào)機(jī)組。單臺(tái)機(jī)組技術(shù)參數(shù)如下:夏季制冷量583kW,電功率120kW,供回水溫度7/14;冬季制熱量667kW,電功率168kW,供回水溫度50/40。4.2混水泵井水溫度為16,而水源熱泵空調(diào)主機(jī)要求夏季最低進(jìn)水溫度為18,所以在系統(tǒng)中設(shè)置混水泵來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí),設(shè)置混水泵可以減小水源水泵的抽水量。混水泵共計(jì)2臺(tái),單臺(tái)流量22.3m3/h,揚(yáng)程20m,功率2.2kW。4.3其他主要設(shè)備冷熱水循環(huán)泵3臺(tái)(2用1備),流量93.5m3/h,揚(yáng)程28m,功率11kW;補(bǔ)水泵2臺(tái)(1用1備),流量6.5m3/h,揚(yáng)程32m,功率15

5、kW;落地膨脹水箱(PN1000)1臺(tái);除砂器1臺(tái),額定處理水量160m3/h。5系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)5.1季節(jié)轉(zhuǎn)換閥門(mén)設(shè)有8個(gè)季節(jié)轉(zhuǎn)換閥門(mén)以保證系統(tǒng)夏季供冷、冬季供熱,8個(gè)季節(jié)轉(zhuǎn)換閥門(mén)采用手動(dòng)蝶閥3。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),為保證主機(jī)有較高的換熱效率,水源水、冷熱水進(jìn)出主機(jī)的流向應(yīng)和轉(zhuǎn)換前的流向相同。5.2混水泵吸入點(diǎn)水源水系統(tǒng)是開(kāi)式系統(tǒng),容易發(fā)生虹吸現(xiàn)象,為保證機(jī)房系統(tǒng)和混水泵吸入點(diǎn)始終有水,在設(shè)計(jì)時(shí)采取了一些必要的措施,即回灌管高出吸入點(diǎn)1m左右。5.3混水泵混水點(diǎn)混水點(diǎn)是兩股有壓力的水流的匯聚點(diǎn),在混水點(diǎn)設(shè)置1個(gè)DN400的混水器,來(lái)保證混水順暢、均勻。5.4井口裝置在井口設(shè)計(jì)了3根水管:抽水管、回灌管

6、、回?fù)P管(參見(jiàn)圖5),水井由回灌井轉(zhuǎn)為抽水井前,應(yīng)先回?fù)P?；毓喙軕?yīng)引至水井的靜水位以下,避免回灌時(shí)帶入大量的空氣,影響回灌井的回灌量,空氣中的氧氣會(huì)對(duì)地下厭氧微生物帶來(lái)危害。6自動(dòng)控制6.1為減少水源水量和節(jié)省能源,潛水泵為變頻水泵(變頻控制器根據(jù)壓力變送器測(cè)得的壓力,控制變頻潛水泵的供水量),并在每臺(tái)主機(jī)水源水側(cè)的進(jìn)水管上設(shè)有電動(dòng)兩通閥。水源熱泵空調(diào)主機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的冷熱水溫度自動(dòng)啟停,當(dāng)1臺(tái)主機(jī)中的所有壓縮機(jī)停止工作時(shí),水源側(cè)的電動(dòng)兩通閥關(guān)閉,變頻潛水泵自動(dòng)調(diào)小供水量;當(dāng)主機(jī)需要開(kāi)啟時(shí),電動(dòng)兩通閥先打開(kāi),30s后,變頻水泵自動(dòng)調(diào)大供水量。在以上過(guò)程中,冷熱水側(cè)的電動(dòng)兩通閥不關(guān)閉,以便主機(jī)檢測(cè)

7、冷熱循環(huán)水水溫。6.2混水泵與水源熱泵空調(diào)機(jī)組一一對(duì)應(yīng),當(dāng)主機(jī)關(guān)閉時(shí),相應(yīng)的混水泵自動(dòng)關(guān)閉;當(dāng)主機(jī)開(kāi)啟時(shí),相應(yīng)的混水泵自動(dòng)開(kāi)啟。6.3每眼水井中有3個(gè)電動(dòng)兩通閥門(mén),當(dāng)水井輪換或定期回?fù)P時(shí),在機(jī)房可以控制閥門(mén)的啟閉和潛水泵的啟停。6.4為防止井水外溢,每眼水井在距井口2m深處,設(shè)有回灌自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警裝置,當(dāng)回灌井回灌不暢、井水水位上升至距井口2m深處時(shí),自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警裝置將自動(dòng)報(bào)警。6.5補(bǔ)水泵和落地膨脹水箱是系統(tǒng)定壓、補(bǔ)水裝置,根據(jù)檢測(cè)到的系統(tǒng)壓力,補(bǔ)水系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水或泄水。6.6每臺(tái)水源熱泵空調(diào)機(jī)組的冷熱水進(jìn)水管和水源水進(jìn)水管上分別設(shè)有1個(gè)與機(jī)組聯(lián)鎖的水流開(kāi)關(guān)。當(dāng)進(jìn)水量低于機(jī)組要求的最低水量時(shí),機(jī)

8、組將自動(dòng)關(guān)閉。7系統(tǒng)投資及運(yùn)行費(fèi)用7.1系統(tǒng)投資空調(diào)系統(tǒng)總投資約為540萬(wàn)元,其中水井、潛水泵、水源水外網(wǎng)及控制系統(tǒng)約為60萬(wàn)元,機(jī)房設(shè)備、系統(tǒng)安裝及控制系統(tǒng)約為150萬(wàn)元,冷熱水外網(wǎng)及室內(nèi)系統(tǒng)約為330萬(wàn)元。如果系統(tǒng)壽命按15年計(jì),每年2個(gè)運(yùn)行季,則每個(gè)運(yùn)行季每m2投資分?jǐn)傄?jiàn)表3。7.2運(yùn)行費(fèi)用本工程自投入運(yùn)行以來(lái),經(jīng)過(guò)了3個(gè)運(yùn)行期:第一個(gè)供暖季,2001年12月初開(kāi)始供暖,至2002年3月底停止供暖,共計(jì)118天;第一個(gè)供冷季,2002年5月底開(kāi)始供冷,至2002年9月中旬停止供冷(含每天24h供生活熱水消耗的電量,約占總耗電量的1/4),共計(jì)114天;第二個(gè)供暖季,2002年10月底開(kāi)始

9、供暖,至2003年3月底停止供暖(含每天24h供生活熱水消耗的電量,約占總耗電量的1/6),共計(jì)145天。3個(gè)運(yùn)行季的運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表4。8空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)價(jià)8.1在實(shí)際運(yùn)行中,只有1臺(tái)水源熱泵空調(diào)機(jī)組工作,另1臺(tái)機(jī)組僅在較冷的幾天內(nèi)開(kāi)啟過(guò)1臺(tái)或2臺(tái)壓縮機(jī)(每臺(tái)主機(jī)有4臺(tái)壓縮機(jī)),對(duì)于節(jié)能型建筑的冷熱負(fù)荷、住宅建筑的同時(shí)使用率及機(jī)組選型仍有待于進(jìn)一步的研究。8.2水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意系統(tǒng)COP值,系統(tǒng)COP值不宜過(guò)低。本系統(tǒng)主機(jī)設(shè)計(jì)COP值如下:COP夏=4.86,COP冬=3.97;系統(tǒng)設(shè)計(jì)COP值:COP夏=3.8,COP冬=3.32。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明系統(tǒng)比較節(jié)能。8.3風(fēng)機(jī)盤(pán)管在夏季供

10、冷時(shí),室內(nèi)溫度均能達(dá)到或低于設(shè)計(jì)值;在冬季供熱時(shí),個(gè)別房間溫度在某些時(shí)間為18左右。經(jīng)分析,是由于節(jié)能型建筑僅對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)作了保溫要求,內(nèi)墻和樓板的保溫沒(méi)有要求,又由于風(fēng)機(jī)盤(pán)管的調(diào)節(jié)比較靈活,所以某一房間在某一時(shí)間內(nèi)可能各圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面均為冷表面,從而消耗大量的熱量,夏季居室之間傳熱相對(duì)較少。建議采用分戶計(jì)量的建筑,應(yīng)對(duì)傳熱系數(shù)較大的樓板作適當(dāng)?shù)谋靥幚怼?.4第一個(gè)供暖季期間,沒(méi)有提供生活熱水,當(dāng)時(shí)北京電價(jià)為0.393元/(kWh);從第一個(gè)供冷季開(kāi)始,北京電價(jià)調(diào)整為0.44元/(kWh)時(shí)。從3個(gè)運(yùn)行季可以看出,夏季的運(yùn)行費(fèi)用最低,說(shuō)明北方住宅以冬季供暖為主,冬季節(jié)能應(yīng)為華北、東北地區(qū)主要研究的方向。9結(jié)語(yǔ)9.1水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于多戶住宅建筑時(shí),應(yīng)以節(jié)能、節(jié)水為設(shè)計(jì)原則。因此,在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)綜合考慮住宅及空調(diào)方案的各種因素,如:住宅每戶建筑面積、住戶同時(shí)使用率、居室同時(shí)使用率;潛水泵是否采用變頻技術(shù);水源熱泵空調(diào)機(jī)組是否選擇數(shù)臺(tái)小型號(hào)的機(jī)組,避免只有一兩臺(tái)壓縮機(jī)開(kāi)啟時(shí),