千島湖庫區地表水地源熱泵系統的應用簡介

佟娜娜,何良軍,王啟善,朱正勇,陸長華,徐紅軍

(浙江省工程物探勘察院,杭州 310005)

0 引言

20世紀30年代,地表水地源熱泵系統問世,是地源熱泵中最早使用的熱泵系統形式之一,也是最為簡單、可靠、初投資成本最低的系統.該系統利用江水、河水、湖水、海水、工業廢水及城市污水作為冷熱源,為建筑提供熱量或冷量[6].地表水地源熱泵空調系統也是可再生能源的一種利用方式.

1 千島湖庫區水文、水質特征

千島湖風景區以碧湖千島為特色,是以會展休閑、觀光旅游、水上運動為主要功能的國際湖泊型風景區.其庫區同時還非常適合建設地表水地源熱泵系統.

(1)千島湖庫區水文特征

千島湖水質達到國家I 類地面水標準,正常高水位108m,庫容178.4 億m3,平均深度34m,最深處100m.

圖1 千島湖水水溫隨深度變化曲線

千島湖水水溫實測試結果見圖1.在夏季,5～10m淺表水層的溫度與室外氣溫密切相關,水深10m以下水溫急劇下降,水深27m時,水溫降為11.8℃.在冬季,水深0～10m水層溫度受到室外氣溫的影響,10m以下,水溫基本穩定在9℃左右,27m水深時,水溫為9.1℃.水溫隨深度變化還與季節有關,當水深達到20m時,水溫基本穩定,因此取水樣點設在水面下20m為宜.

(2)千島湖庫區水質優良

根據對千島湖12個國控、省控監測斷面,18個監測點,27個理化項目的水質監測結果,按2000 年1月 1日起實施的《國家地表水環境質量標準》進行了水質評價.千島湖地表水完全符合地表水一類標準,水質狀況良好.

2 千島湖庫區應用水源熱泵系統可行性分析

地表水地源熱泵系統水量充足、水溫適度、水質良好、供水穩定滿足地表水地源熱泵系統要求.

通過水溫測試,千島湖的水溫完全適合水源熱泵系統要求,水質穩定,達到國家I 類地表水標準,只需進行簡單過濾處理即可達到飲用水標準.在換熱過程中,水體對管道的腐蝕、結垢影響很小,可大大延長管道和換熱系統的使用壽命;不需要增加板換,降低了投資.

我國目前地表水源熱泵系統取水方案呈現多樣化模式:武當山丹江口水庫水源熱泵工程使用浮船取水方式[8];湘潭市中心水源熱泵工程使用人工湖湘江引水方式[9];千島湖庫區選用兩種取水方案:在湖中作浮箱式取水泵站,吸水管伸至水下滯溫層;或在湖邊設置岸邊式取水泵站,在穩定的邊坡上開挖吸水井.

浮箱式取水泵站優點是吸水管頭部隨著水位漲落而升降,保證取水的溫度恒定.但其管道連接部位極易破損,維修頻繁,同時浮箱難以固定,對水體有一定的污染,影響景觀效果.岸邊取水泵站容易維護.但其取水溫度波動較大,枯水年份水位降低大,其初期投資較高.

3 杭州普天碧水華庭別墅地源熱泵工程簡介

(1)地表水地源熱泵工程概況

杭州普天碧水華庭別墅位于千島湖大橋之北約3km,共26套別墅和1套會所.工程總用地面積為44020m2,建筑面積為24560 m2.工程采用地表水地源熱泵中央空調系統,部分別墅空調已調試完成,效果良好,業主很滿意.

1#(F戶型),17#(C1戶型)和會所的空調包括風機盤管水系統、新風系統、地板輻射采暖系統以及生活熱水系統.

(2)取水系統設計概述

系統直接從水庫取水,引水端位置設計在游艇碼頭,取水深度為黃海高程80m,取水量為30m3/h.取水由潛水泵經旋流除砂器直接引水至各幢別墅的機房,經機組換熱后由雨水管道排出.

別墅群采用岸邊取水泵站集中引水方式,直接從千島湖引水.引水端位置設計在距游艇碼頭200m,黃海高程80m處,經旋流除砂器過濾除砂后,由清水離心水泵送至山頂水塔,水量為250m3/h.水從水塔自重流入室外管網,分戶進空調機房,與水源熱泵機組換熱后直接排入雨水井.

(3)運行效果分析

地表水源熱泵系統于2010年4月開機試運行,7月正式調試運行.調試運行數據見圖2、圖3所示.

圖2 7月18日空調系統運行數據(夏季)

圖3 4月2日空調系統運行數據(冬季)

依據美國制冷學會ARI320 標準,開式系統水源熱泵水溫要求是5～38℃,在水溫10～22℃之間運行時能效比較高.而由圖2、3可見,湖水工況較為理想, 7月18日湖水進出水溫度為13/18℃,而室內溫度可保持在21℃,空調效果非常好.經過計算,機組在該工況下能效比標準工況高,熱泵機組的能效比達到了4.9,與傳統的空調系統相比,節能明顯.4月2日湖水進出水溫度為11/7℃.

(4)運行費用分析分析

表1對地表水地源熱泵系統和VRV空調+電熱水器系統的運行費用,進行了分析比較.

計算均依據:(1)夏季運行時間120d,每日10h; (2)冬季運行時間90d,每日10h;(3)電費為0.60元/kWh;(4)空調使用季節系數NPLV為0.51[10].

兩套系統費用情況列入表1.

表1 兩套系統運行費用比較表

采用地表水地源熱泵中央空調系統全年運行費用35.3萬元;VRV空調+電熱水器系統全年運行費用87.5萬元;地表水地源熱泵系統比VRV空調+電熱水器系統全年運行節約費用52.2萬元,節能效果明顯.

4 結語

千島湖水資源豐富,工程采用的地表水地源熱泵空調系統不會造成污染.

千島湖深水溫度穩定,冬季比環境空氣溫度高,夏季比環境空氣溫度低,是很好的熱泵冷、熱源.水源熱泵比傳統空調系統運行效率要高,全年可節省50%以上運行費用,適宜推廣.

[1] Watanabe Choyu.Super heat pump system using river water as a heat source[C]//ASME/JSME Thermal Engineering Joint conference Proceeding,1995.

[2] Energy Information Administration.Internationalenergy outlook 1999[EB/OL].DOE/EIA-0484(99).http://www.eiadoe.gov.

[3] 章 欣,劉 宣,周昭茂.地下水源熱泵技術應用及發展[J].電力需求側管理,2008,10(4):37～41.

[4] 龔偉申,王琴明.地源熱泵的特點及發展前景[J].電力需求側管理,2009,11(1):41～43.

[5] 胡江溢,賈俊國,林弘宇.地下水源熱泵應用調研與分析[J].電力需求側管理,2007,9(3): 38～40,43.

[6] 馬凱文.風冷熱泵與水源熱泵制冷供暖方案比較[EB/OL].(2008-01-17)[2009-05-13].http://www.zhileng.com/jszt/syrb/syrb009.htm.

[7]陳廣朋.淺議地表水水源熱泵系統在千島湖景區的運用.民營科技,2008,12,26～28.

[8]張銀安,李 斌.開式地表水地源熱泵系統的應用分析.暖通空調,2007 ,37 (9):992104.

[9]劉婷婷,彭建國,張國強等.地表水源熱泵在湖南地區的應用分析.暖通空調,2004 ,22 (5) :14216.

[10]蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組工業用.GB/ T18430.1-2001,北京:中國建筑工業出版社.