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水源熱泵在人防工程中的利用

浏览次数:767日期:2019-11-30

摘要: 本文出力分析了冷卻塔水源式熱泵空調係統的技術障礙,並通過工程實例,論證地下水源熱泵空調係統在人防工程中利用的的可行性,提出了應把握的幾個題目,供工程治理和設計職員參考。

關鍵詞: 人防工程 空氣源 地下水源 熱泵

目前,人防工程通常采用的冷卻塔水源式熱泵空調係統,是以冷卻塔的定量循環水為中間介質 ,與室外空氣進行熱交換 ,通過熱泵技術,將室外空氣中的低位能量轉化為高位能量,用於人防工程的防潮除濕,實質上屬於空氣源熱泵(air source heat pump.ASHP)係統,致命弱點是受天氣條件製約,夏季製冷效率隨室外大氣溫度的升高而降低,冬季由於室外大氣溫度過低而無法實現製熱,整體效率較低。采用地下水源熱泵(ground water heat pump.GWHP)係統,取消冷卻塔,工程通過熱泵直接與地下水換熱,避免大氣溫度的影響,做到一機兩用,高效節能,不僅可以滿足夏季人防工程的除濕題目,而且還可以引進地麵工程,解決地麵工程冬夏兩季的采熱和降溫題目,具有良好的利用遠景。

1 技術論證

冷卻塔水源式熱泵空調係統,實質上屬於空氣源熱泵空調係統。空氣源熱泵空調係統 ,低位能量來自於室外空氣,在夏季製冷工況下,熱泵需要用溫度較低的空氣介質冷卻冷凝器 ,把熱量傳給室外空氣,達到製冷的目的,滿足降溫 。在冬季製熱工況下,熱泵需要溫度較高的空氣介質,帶走蒸發器的冷量,達到製熱的目的,滿足采熱。然而,大氣溫度的季節變化自然規律恰恰與熱泵的季節期看值相反,夏季室外溫度高,不利於冷卻冷凝器,製冷效率降低;冬季室外大氣溫度低,不利於帶走蒸發器的冷量,製熱效率降低,整體運行效率較低,這就是空氣源熱泵空調係統無法克服的技術障礙。人防工程是一個密閉的地下空間,熱泵空調係統無法直接與室外空氣換熱,隻有以定量循環水為介質,通過地麵冷卻塔與室外空氣換熱,實現製冷,滿足除濕。但由於夏季室外大氣溫度較高,冷卻塔定量循環水的溫度也隨之升高,導致熱泵的製冷效率降低。到了冬季,即使選用水-水熱泵機組,也無法實現製熱 ,局限性很大,所以,冷卻塔水源式熱泵係統仍然無法克服大氣溫度影響的技術障礙 。

地球是一個巨大的恒溫體,地下水蘊躲著無窮無盡的能量 。據測試,30米以下淺層地下水的溫度常年穩定在18℃擺布,遠高於冬季室外大氣溫度,又遠低於夏季室外大氣溫度,假如人防工程的熱泵空調係統采用地下水作為低位能源,就可以克服空氣源熱泵的技術障礙,大大進步了係統的整體效率。此外,夏季,通過熱泵技術把地下水的低位冷量轉化為高位冷量,同時把人防工程的餘熱通過回灌技術傳給地下水;冬季又通過熱泵技術,把地下水的低位熱量轉化為高位熱量 ,同時通過回灌技術把冷量傳給地下水 ,如許,冷量冬存夏用,熱量夏存冬用,地下水就起到蓄能器的感化,保證空調係統的常年使用。所以,地下水源熱泵係統,低位能源取之於地下水,熱泵直接與溫度常年穩定的地下水換熱,不受大氣溫度的影響,克服了空氣源熱泵係統的技術障礙,實現一機兩用,節約投資,綜合運行用度低,適用於地下水資本豐富地區的人防工程空調係統。

2 工程實例

開封市某附建式人防工程,采用地下水源熱泵空調係統,取消冷卻塔,以豐富的地下水作為低位能源,直接與熱泵機組進行能量交換,實現夏季製冷,冬季製熱,取得滿足的效果。根據地質勘探報告,本工程所處位置,0-3米為沙土,3-15米為亞沙土,15-60米為沙土,60-90米為粉沙,90米以下為沙土。常年地下水位負3米。由於受黃河地下潛流的影響,地下水由西北流向東南,水源豐富,水質良好,易於成井,蘊躲著豐富的地能資本 。具備采用地下水源熱泵空調係統的基本條件。本工程地下水源熱泵係統由熱泵主機循環水係統和熱源係統三部分構成。根據工程的熱濕負荷計算,熱泵主機選用螺杆式水-水熱泵機組,使用環保製冷劑HFC-134a,工作壓力低 ,夏季最大製冷量為582KW,冬季最大製熱量為634KW;循環水係統選用兩台揚程為50米的立式循環泵,用一備一,冷水閉路循環流量77t/h,熱水閉路循環流量84t/h;地下水係統設給水井一眼,井深84米,井徑0.3m,回水井兩眼,井深76m,井徑0.3m,井距20m,封井和埋管深度為1 m,潛水泵揚程50m,流量46t/h。地下水溫17.5℃。 經測試,夏季製冷工況冷水溫度7-12℃,冬季製熱工況熱水溫度47-56℃,工程內溫度和相對濕度均達到設計要求。

3 利用上風

實踐證實,地下水源熱泵係統與冷卻塔水源熱泵係統相比 ,具有以下利用上風:(1) 本係統取消冷卻塔,有益於工程防護,保證戰時空調係統的正常運行,進步工程的整體防護效能。(2) 地下水均勻溫差推動力,比冷卻塔水源式高1-2倍,傳熱效率高。(3) 地下水溫冬夏季基本恒定,避免了室外大氣溫度對機組的影響。(4)夏季製冷能效比(COP值)為1:5,冬季製熱能效比(COP值)為1:4,與其他空調係統相比,節能30%-60%.(5)全部係統采用水作為傳熱介質,熱容大,密度高,熱損小 。 (6)低位能源水取之於地下,又等量回灌地下, 沒有大氣汙染,具有良好的環保效益 。(7)本係統不僅可以解決人防工程的夏季除濕,平時 ,還可以將冷熱水引進地麵工程,解決地麵工程的降溫順采熱題目,實現一機兩用,節約投資。

4 應把握的幾個題目

4.1 重視水文地質調查。采用地下水源熱泵技術時,必須先進行水文地質情況調查,要有豐富的地下水資本, 適用原則是:水量充足,水溫適宜,水質良好,供水穩定,回灌可靠,成井用度適中。

4.2 優化係統設計。要嚴格計算熱濕負荷,活動阻力,公道確定主機功率和循環泵揚程,利用變頻裝配進步地下水的利用率,減少常規循環係統的動力消耗。

4.3 重視水井設計。(1)根據水文地質情況,公道確定給水井和回水井的井深、井徑、井距,可以一給多回,保證熱源水全部回灌,不得汙染。(2)給水井要設在地下水流向的上方,回水井設在地下水流向的下方。對於地下水流速緩慢的地區,回水井要設在給水井降水漏鬥曲線影響範圍以內。(3)為了延長水井壽命,給水井和回水井可以互換使用。

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