江水水源熱泵空調系統設計及應用的幾個關鍵問題

李銘銘，于同山

（大連奧德空調集團有限公司公司，遼寧　大連　116000）

江水水源熱泵空調系統設計及應用的幾個關鍵問題

李銘銘，于同山

（大連奧德空調集團有限公司公司，遼寧大連116000）

摘要：水源熱泵技術是一種可再生能源利用技術，具有高效節能、經濟環保、一機多用、運行靈活、維護方便等特點。本文以柳州市劉三姐文化娛樂中心工程（又名“雙漁匯”）江水（柳江）水源熱泵空調系統工程為例，介紹了江水水源熱泵空調系統的設計及在實際工程中應用江水源熱泵空調技術應該注意的幾個關鍵問題。

關鍵詞：水源熱泵；柳江；空調設計；關鍵問題

0　引言

水源熱泵空調系統，是一種以水體（如地下水、地表水、再生水）為低位熱源，利用水源熱泵機組為空調系統制備與提供冷/熱水，再通過空調末端設備實現房間空氣調節的系統形式。

1　工程實例

1.1工程概況

柳州市劉三姐文化娛樂中心工程位于廣西壯族自治區柳州市沿江路（柳江江畔），是柳州文化建設十大工程，工程緊鄰柳江以兩條立勢躍起的巨型鯉魚為外觀造型，是柳州的城市標志性建筑物，該工程空調系統采用的是江水源熱泵中央空調系統。

工程主體為鋼筋混凝土框架結構，建筑外掛玻璃幕墻，占地1.6萬平方米，總建筑面積4萬平方米，共有兩棟樓，分別為1#樓及2#樓：1#樓建筑層數為地上3層，地下2層，建筑高度31.900米，2#樓建筑層數為地上5層，地下2層，建筑高度為26.600米。

1.2氣象與水文地質條件

柳州市地處廣西中北部，屬中亞熱帶季風氣候，夏半年盛行偏南風，高溫、高濕、多雨，冬半年盛行偏北風，干燥、少雨。夏長冬短、雨熱同季，光、溫、水氣候資源豐富，但地區差異較大，北部各縣具有較明顯的山地氣候特征。柳州氣候溫和，年平均氣溫20.5℃。一年中氣溫以7～8月最高，平均氣溫在29℃左右，極端最高氣溫39℃；1～2月氣溫最低，平均氣溫在10℃左右，但也曾出現過低于零度的極端最低氣溫。

柳江是珠江水系西江左岸重要支流。上游在貴州省境稱都柳江，至廣西三江侗族自治縣拉堡稱融江，過柳城后始稱柳江。柳江屬雨源型河流，水量豐富，年均徑流深876毫米。4～8月為汛期，占全年徑流總量的80％，柳州站最大流量2.59萬立方米/秒，最小枯水流量85立方米/秒，洪枯流量最大變幅達281倍。但年際變化小，徑流變差系數僅0.20。泥沙含量低，僅0.11千克/立方米，為中國少沙河流之一。

2　空調系統設計

2.1設計計算參數

2.1.1夏季室外計算參數

空調干球溫度：33.9°C空調濕球溫度： 27°C

空調日平均溫度：30.5°C通風干球溫度： 32.0°C

最熱月月平均相對濕度：70％大氣壓力： 986.1hPa

2.1.2夏季室內空調設計參數

夏季室內空調設計參數

2.2江水水源熱泵空調系統設計

江水水源熱泵中央空調系統由水源取水處理系統、水源熱泵主機系統、末端空調系統三部分組成。

2.2.1水源取水系統

水源取水方式是否合理是保證江水源熱泵空調工程是否能夠安全平穩運行的關鍵要素之一。

根據本工程實際現場考察知，本建筑建在柳江江畔離柳江僅100米左右，有得天獨厚的水資源可以利用，經當地水文站提供的水文資料知柳江水量充足，泥沙含量低僅0.11千克/立方米，水質基本保證三類以上完全滿足水源熱泵系統對江水水量水質的使用要求。因此本工程采用江水源熱泵空調系統（開式系統），水源水取自離建筑約100米的柳江，采用在岸邊建筑固定式取水泵房，江水首先經過濾水管初過濾后滲入江水提升水池，江水在水池內沉淀穩流后再由安裝在泵房內的5臺潛水泵將柳江水通過PE管道泵送給熱泵機組進行換熱。每臺熱泵機組對應一臺潛水泵（一臺備用），熱泵機組與潛水泵聯動控制，根據建筑實際使用負荷的大小靈活調整熱泵機組與潛水泵的開啟臺數以便降低能耗，從而實現了利用柳江水的低位熱能資源進行供熱與空調。

2.2.2水源熱泵主機系統

主機選用大連奧德江水水源熱泵機組，自帶PLC智能控制系統，機組冷凝器均采用耐磨耐腐蝕的鎳白銅材質換熱器。系統共選配四臺江水水源熱泵機組，其中一臺帶全熱回收制備生活熱水的功能，夏季制冷的同時可以免費制備生活熱水，冬季則獨立制備生活熱水；另外三臺無熱回收功能，夏季供冷，補充熱回收機組冷量不足，冬季供暖。

江水源熱泵空調系統工藝原理圖

2.2.3末端空調系統

客房、辦公室均采用風機盤管+新風機組系統。風機盤管暗裝在吊頂內，氣流組織為客房：側送上回；辦公室：上送上回。另設新風處理機組，室外新風經過濾、盤管降溫除濕、風機加壓后直接送入室內；商場、影劇院等大空間房間采用吊頂風柜+全熱交換新風機組系統。吊頂風柜暗裝在吊頂內，氣流組織為上送上回。另設全熱交換式新風處理機組，室外新風經過濾、與室內排風換熱、風機加壓后直接送入室內。

3　應用江水水源熱泵技術的幾個關鍵問題

如前文所述江水源熱泵中央空調系統是由水源取水處理系統、水源熱泵主機系統、末端空調系統三部分組成，就機組和末端設備而言，基本是成熟的技術，在國外和國內的應用已得到證明。系統能否正常高效的運行關鍵在取水及水質處理上，不同地理氣候條件、不同水源的水質情況各不相同，針對如何處理江水的砂石，采用什么樣的取水及水質處理技術能既科學合理，又經濟高效，是保證推廣應用江水水源熱泵技術的關鍵問題。針對于上述問題我們簡述在本工程中的具體做法。

3.1柳江水汛期含沙量大的處理措施

根據當地水文站提供的水質報告可知，柳江水每年的6-8份為汛期，其他月份水質較好。其他月份的渾濁度均低于10度，滿足水源熱泵機組對渾濁度的要求（水源熱泵機組對渾濁度的要求為小于20度即可），汛期時的水質比較差，渾濁度可達201度，所以，在汛期時，需要采取特殊措施。

本工程一是在岸邊建筑固定式取水泵房江水首先經過濾水管初過濾后滲入江水提升水池，江水在水池內沉淀穩流后再由提升泵輸送給熱泵機組；二是在江水進入冷凝器之前，采用高效自動反沖洗過濾器，而不是普通的Y型水過濾器，因為Y型水過濾器采用濾網，容易堵塞，需要經常拆卸清洗，而自動反沖洗過濾器則可以自動進行清洗或者手動排污，這是應對汛期的第一道措施；三是每臺熱泵機組的冷凝器均采用耐磨耐腐蝕換熱器。這樣通過從源頭上減少砂石的進入在過程中處理流入的少量砂石最后再使用耐磨耐腐蝕換熱器成功解決了柳江水汛期含砂量大的問題。

3.2水質硬度及藻類生物處理

根據當地水文站提供的水質報告可見，柳江水質的硬度在許可直接進機組的范圍內，不需要加裝軟水裝置，只需要加裝電子除垢儀器即可滿足水處理的需要；江水的藻類生物生長屬于允許范圍，不用對江水進行特殊滅藻處理，對于水質不能滿足熱泵運行要求的江水可以可以加裝德國進口的“梅魯斯環”針對水中的物質發出能夠改變其物理特征的振波，以水來作傳輸和儲存這種作用振波的介質，使管網中每個角落的水都能載上振波能量。環形的梅魯斯處理器發出的振波穿過管壁進入水中，以遠遠高于水流本身的速度擴散到下游十公里之外，使振波在整個管網系統中發揮阻蝕、除垢、殺菌、滅藻等作用。

3.3江水溫度過低處理方式

為保證機組在柳州的各種低溫天氣條件下還能正常工作，不至于影響到娛樂中心的正常運營，本系統所用的熱泵機組是專門為此項目量身設計定做的水源熱泵機組，加大機組蒸發器換熱面積，并且改變換熱器的流道設計提高水的流速，根據夏天和冬天的負荷差，結合機組制熱工況下的合理能量級，讓低溫江水直接進機組，使蒸發器的出口溫度維持在3℃，蒸發溫度維持在2℃，制熱量為額定工況下的90％，這樣設計使機組運行更經濟更節能同時能夠較好的保證機組使用的安全性及使用效果。

4　結束語

柳州市劉三姐文化娛樂中心工程（又名“雙漁匯”）江水（柳江）水源熱泵中央空調系統，自2012年投入使用至今，系統運行平穩，節能效果顯著，成功的實現了利用柳江水作為冷熱源進行空調的目的，取代了傳統的冷水機組+電鍋爐空調方式，雖然在初投資上有所增加，但是極大的降低了項目的運行費用，減少了二氧化碳、二氧化硫、粉塵的排放污染。在國家節能減排政策的背景下，具有相當典型的借鑒意義。

參考文獻：

[1]《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》[Z].GB 50736-2012.

[2]《地源熱泵系統工程技術規范》[Z].GB 50366-2009.

[3]陸耀慶.《實用供熱空調設計手冊》[M].中國建筑工業出版社.