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井水温差对地下水源热泵水井方案的影响

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发表于 2018-9-2 13:22:41 |显示全部楼层
  地表岩土层蕴藏了无穷无尽的低位热量,常温带的土壤/地下水温度相对恒定。水源热泵机组在电能的驱动下,将地下可循环再生但不可直接利用的低位能量开发利用,成为可利用的高位能。热泵可以满足冬季供暖、夏季供冷的需要,又能用来制取卫生热水,充分显示了其一机三用的优越特性,广泛应用于各类建筑物。
  地下水供应系统是水源热泵中央空调的关键部分之一,它是整个系统的能量来源,与传统中央空调系统对比,它取代了锅炉供热系统和冷却塔,是水源热泵系统的重中之重。空调系统从井水中提取的能量(Q=C.M.t)与井水流量M和井水供回温差t的乘积成正比。当空调系统设计值Q确定后,井水流量M变小,井水温差t就需加大,压缩机耗能增大,潜水泵耗能减小;反之,井水流量M变大,井水温差t减小,压缩机耗能减小,潜水泵耗能增大。那么,对于一个水源热泵系统而言,井水温差取多大,系统的能效比最高、投资最节省?本文将根据不同的工况对此作详细的计算分析。
  以郑州市某个建筑面积为12000m2的办公楼项目为例,夏季冷负荷1200kw ,冬季热负荷900kw。选配二台名义制冷量550kw的单螺杆式水源热泵机组。水井井深150米,单井出水量可达到70吨/小时,此时潜水泵扬程为60米。夏季井水出水水温为18℃,冬季井水出水水温为16℃。
  制冷时:M =(制冷功率+ 输入功率)×860÷?T(井水利用温差);制热时:M =(制热功率―输入功率)×860÷?T(井水利用温差)
  在上述公式中,设计人员容易产生分歧的是 ?T 到底应该取多少。为此我们先了解一下水冷系统中的冷却塔。按照暖通空调设计规范,冷却塔的理论进出水温度为30/35 ℃,实际运行工况进出水温度为32/37 ℃ ,?T为5 ℃ ,它是指主机排出的35-37℃冷却水经冷却塔冷却为30-32 ℃再进入主机,如此周而复始地循环,建筑物的热量最终靠塔内的水蒸发而带走。?T能否再增大呢,不能,因为冷却塔是靠塔内水的蒸发(通过中央空调主机)而带走建筑物中的热量,再大就不经济了,主机也会自动保护停机。
  水源热泵主机在夏季既可以利用井水制冷,也可利用冷却塔制冷。如采用冷却塔,?T为5 ℃,机组冷却水的进水是30-32 ℃,排出水温是35-37 ℃ ,冷却水的平均温度为32.534.5℃。如果采用井水,假如井水的进水是18 ℃,温差?T是16℃,此时排出水温是34 ℃,井水的平均温度为26℃,冷却效果远优于冷却塔标准工况。
  实际上,在空调系统运行中出现设计最大负荷的时段所占的比例只有4-5% ,即使温差?T取18℃计算井水量,在流量不变的前提下,实际运行温差在绝大多数时段为10--12℃ 。因此,在实际应用中,可以将水源热泵井水温差扩大到16℃ 。
  依据台湾汉钟RC520 H-CR的参数表以及上述计算公式,可得出单台主机夏季运行各参数下表:
  根据上表计算可知:井水进出水温差t设定值变化时,热泵的能效比COP(输出量/压缩机+潜水泵耗电量)如下:
  冬季,依据台湾汉钟RC520 H-CR的参数表以及上述计算公式,可得出单台主机运行各参数下表:
  根据上表计算可知:井水进出水温差t设定值变化时,热泵的能效比COP(输出量/压缩机+潜水泵耗电量)如下:
  注:上述分析适合于地下水温较高的寒冷地区和夏热冬冷地区,东北地区浅层地下水出水水温只有8℃左右,冬季t最大值也只能取7℃ ,应区别对待。
  第一种方案:当夏季t =8℃ ,冬季t =6℃时 ,该系统夏季井水需求量为142吨/小时,冬季井水需求量为146吨/小时,工程施工时取最大值146吨/小时。按照该项目所在地的地质条件,需要深150米的出水井2口,潜水泵2台,回水井4口,共六口井。水井及附属设备部分投资50万元。
  第二种方案:当夏季t =16℃ ,冬季t =12℃时 ,该系统夏季井水需求量为68吨/小时,冬季井水需求量为58吨/小时,工程施工时取最大值68吨/小时。按照该项目所在地的地质条件,需要深150米的出水井1口,潜水泵1台,回水井2口,共三口井。水井及附属设备部分投资25万元。
  由于出回水井之间须保持一定的间距,该项目建筑物周边位置有限,只具备4口水井位置,所以第一种方案不能实施。最后采取了第二种方案。
  水源热泵系统设计水井方案时,确定最佳的井水进出温差t是关键因素。设计时必须考虑井水出水水温、热泵的能效比、水井部分投资额、水井施工所需场地限制等综合因素。必要时应根据项目的具体情况和主机型号进行详细计算,以提供科学的设计依据。
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