地水源熱泵在某大廈空調(diào)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

摘 要：隨著環(huán)保要求的提高和能源的匱乏，環(huán)保節(jié)能型空調(diào)的應(yīng)用越來越迫切。此前曾經(jīng)完成的一大批普通的空調(diào)工程都不能適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的要求，本文就某大廈用地水源熱泵系統(tǒng)替代蒸汽吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)的改造進(jìn)行了研究和探索。

關(guān)鍵詞：地水源熱泵 空氣調(diào)節(jié) 節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：TU831.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0071-01

某大廈總建筑面積為38986 m2，裙房1～3層共12174 m2；4層1677 m2；標(biāo)準(zhǔn)層5～27層共25136 m2；有標(biāo)準(zhǔn)客房174間。原設(shè)計(jì)選用三臺(tái)（兩用一備）1450 kW蒸汽溴化鋰機(jī)組實(shí)現(xiàn)夏季制冷空調(diào)，冬季采用蒸汽鍋爐供暖，同時(shí)蒸汽鍋爐一年四季供應(yīng)客房和餐廳的生活熱水，熱水需求量約每天80 t。空調(diào)冷負(fù)荷為3200 kW。從環(huán)保和節(jié)能的角度，需要對冷熱源進(jìn)行改造，地水源熱泵系統(tǒng)是首選。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 地水源熱泵空調(diào)現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢

我國地水源熱泵從技術(shù)引進(jìn)到大規(guī)模推廣，發(fā)展了十余年。近幾年來，能源短缺，價(jià)格猛漲，國家大力支持地源熱泵的發(fā)展，并在政策上給予優(yōu)惠。1997年我國科學(xué)技術(shù)部和美國能源部簽署政府合作協(xié)議共同開發(fā)和推廣地源熱泵技術(shù)。我國的空調(diào)界在我國科技部和美國能源部的直接指導(dǎo)和幫助下，從國外引進(jìn)了最先進(jìn)的地源熱泵技術(shù)，并結(jié)合我國的氣候、水文地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)水平、生活習(xí)慣，進(jìn)行了創(chuàng)新和優(yōu)化，開發(fā)出了一系列適合我國國情的地源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)品，供熱制冷效果符合國家標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在地源熱泵技術(shù)已成為供暖制冷領(lǐng)域利用可再生能源實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、供熱費(fèi)用低廉的重要技術(shù)手段。

到2008年年底，全國大多數(shù)省市區(qū)都在推廣地源熱泵技術(shù)。2005年我國地源熱泵應(yīng)用面積3000萬平方米，2007年應(yīng)用面積7000萬平方米，地源熱泵系統(tǒng)在城市示范工程中單體規(guī)模達(dá)80萬平方米。年銷售額已超過72億元，并且每年以20%以上的速度增長。

1.2 本項(xiàng)目研究開發(fā)的可行性

位于海安縣某大廈原有的空調(diào)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的溴化鋰制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的冷熱源的組成為：制冷機(jī)組、鍋爐、冷卻塔，具有能耗高、有排煙、有噪聲污染、有較多的廢棄物、需要較大的設(shè)備及耗材廢料堆積場所、制冷運(yùn)行時(shí)冷卻要消耗水資源等缺點(diǎn)。

地水源熱泵是利用地下地表水作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時(shí)不需要燃煤鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時(shí)省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染和水資源消耗。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵。有利于保護(hù)環(huán)境。

擬采用的地水源熱泵機(jī)組利用地下水的溫度冬季比環(huán)境空氣的溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；夏季水體的溫度比環(huán)境空氣溫度低，制冷時(shí)的冷凝溫度降低，冷卻效果好于原來的冷卻塔式，機(jī)組效率提高。根據(jù)美國環(huán)保署EPA的測算，設(shè)計(jì)安裝良好的水源熱泵，可以節(jié)約40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)可以提供生活熱水，尤其是夏季，利用回?zé)崂孟到y(tǒng)，生活熱水消耗的熱量，全是需要排放的廢熱。節(jié)能效果明顯。

地下水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣溫度的波動(dòng)，使得制冷熱泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定可靠；系統(tǒng)組成簡單，部件和熱交換的環(huán)節(jié)少，機(jī)組運(yùn)行簡單可靠，運(yùn)行時(shí)的值班人員數(shù)量和素質(zhì)可以大幅度降低，維護(hù)費(fèi)用低，機(jī)組壽命長。經(jīng)濟(jì)效益好。據(jù)了解海安地下120～140 m的水層常年水溫19 °C，該層水源十分豐富，但含氯較高，近似于海水，其它的開發(fā)利用價(jià)值較低，完全可以用來為水源熱泵提供能源。

大廈周邊的可以鉆井的綠化帶周長約1400 m，完全可以滿足空調(diào)改造用水的鉆井需要。

大廈配電室原有兩臺(tái)1000 kVA的變壓器，可以同時(shí)投入使用，用電負(fù)荷能夠滿足改造后水源熱泵的需要。

2 改造方案

2.1 與水利部門協(xié)調(diào)，對大廈周邊的地下水資源的情況進(jìn)行研究，找出可以用來制冷和制熱的地下水層

開挖該可以抽取和回灌的水井，安裝水泵，用合適的管道把地下水送入機(jī)房進(jìn)行熱交換后再通過合適的管道送到回灌井，用適當(dāng)?shù)幕毓噢k法回灌。對現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行更換，選擇合適的水源熱泵機(jī)組取代現(xiàn)有的溴化鋰制冷機(jī)組。對電氣系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

對地下水質(zhì)進(jìn)行研究，找到合適的水源；選擇合適的取水和回灌方法；選擇合適的制冷制熱機(jī)組和合適的供水回水材料；對熱水系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)；對電氣系統(tǒng)進(jìn)行合理的改造。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新之處

大規(guī)模的地?zé)崂迷诤０驳貐^(qū)尚無先例；抽水及100%回灌技術(shù)在國內(nèi)的水源熱泵行業(yè)還屬于疑難問題，要根據(jù)各地的具體情況進(jìn)行研究；采用廢熱回收進(jìn)行夏季的生活熱水的生產(chǎn)是節(jié)能環(huán)保的一個(gè)新方法；據(jù)了解海安當(dāng)?shù)氐牡叵滤愃朴诤Ｋ祟愃从脕碜鳛橹评浜筒膳乃矗彩且粋€(gè)新的課題，無論是材料還是機(jī)組都要進(jìn)行細(xì)致的研究和改進(jìn)后才能使用。

2.4 主要技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)：采用水源熱泵機(jī)組，為大廈提供冷熱源，提供生活熱水。其中冷源：3200 kW，熱源2800 kW，50 °C生活熱水每天80 t。機(jī)組功耗不大于900 kW，制冷時(shí)能效比不小于4.6，制熱時(shí)能效比不小于5.8。

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：節(jié)約能源不小于30%，節(jié)省空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用不小于40%，節(jié)約1000 m2的鍋爐房用地，節(jié)約120 m2的地下設(shè)備用房。

3 具體實(shí)施

3.1 地下水系統(tǒng)

地下水鉆探水源分析—水井開挖—抽水和回灌試驗(yàn)—水管材料選擇—檢查井砌筑—管溝開挖—管線安裝—水泵安裝—回灌方法研究—試壓沖洗—地下水系統(tǒng)調(diào)試—系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試—交驗(yàn)。

3.2 水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)

負(fù)荷計(jì)算—方案選擇—方案論證—圖紙?jiān)O(shè)計(jì)—圖紙會(huì)審—協(xié)作單位選擇合同簽訂—進(jìn)場安裝設(shè)備—單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)—系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試—交驗(yàn)。

3.3 電氣系統(tǒng)

原有系統(tǒng)勘查—改造方案選擇—方案論證—方案設(shè)計(jì)—方案實(shí)施協(xié)作單位選擇合同簽訂—方案實(shí)施—檢查驗(yàn)收—與設(shè)備連接—絕緣和接地?fù)u測—點(diǎn)動(dòng)試機(jī)—單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)—聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試—驗(yàn)收。

在冬季時(shí)把溴化鋰制冷機(jī)組拆除，安裝地水源熱泵機(jī)。系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)完成驗(yàn)收后，舊有的鍋爐房、采暖熱交換系統(tǒng)、生活熱水熱交換系統(tǒng)拆除。

4 結(jié)果

大廈空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過4個(gè)月改造完成，開挖150 m深的水井15口（3口供水井，12回水井）。采取兩臺(tái)1600 kW的海水源熱泵型制冷機(jī)替代了原有的溴化鋰吸收式制冷機(jī)和鍋爐。消除了污染，節(jié)約機(jī)房120 m2，大廈空調(diào)采暖的費(fèi)用也從原來0.32元/平米.日降到0.20元/平米·日，節(jié)約能耗約40%。

參考文獻(xiàn)

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