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永嘉縣良邦泵閥有限公司
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永嘉縣良邦泵閥有限公司
閱讀：208發布時間：2014-4-3
水源熱泵技術是通過利用地表淺層水源吸收的太陽能和地熱能而形成的低位熱能資源，輔以少量電能，冬季，從相對高溫的水源中提取熱能，由熱泵機組通過空氣或水作載體，為建筑物供暖；夏季利用水體的相對低溫帶走建筑物中的熱量。風冷熱泵則利用用空氣和電能來完成這一切。根據多方面的考察和當地的水文地理情況和未來的經濟、環保、節能的措施的綜合考慮，嘗試采用水源熱泵系統進行這方面的設計，獲得了較好的效果，現總結如下，供大家參考，有不足之處，肯請各位指正。
1 工程概況
金源煤礦行政辦公區以及干警、犯人生活區占地面積3萬m2,礦區內建筑分辦公樓、宿舍樓、醫院樓和教學樓四種。
2 經濟分析
由建筑工程學院設計院初步設計了四種方案，由于各種考慮，否決了其中的兩種，要求在余下的水源熱泵*空調和風冷熱泵*空調兩種方案中進行分析選擇。
對兩方案初投資和運行費進行了初步經濟分析。初投資費用比較見表3，運行費用比較見表4。
3 設計方案的確定
空調設計標準
3.1 設計參數（見表1 表2）
空調室內設計參數
干球溫度/℃ 相對濕度/﹪ 新風量/m3 人 h 噪音/dB（A聲級)
夏季 24~28 50~70 20 ≯60
冬季 18~20 / 20 ≯60
空調室外設計參數
干球溫度/℃ 濕球溫度/℃ 相對濕度/﹪ 大氣壓力kPa
夏季 33.5 27.7 83 100.45
冬季 5 / 70 101.95
3.2 負荷計算
冷負荷：礦區空調場所負荷包括圍護結構傳熱、設備散熱、人體散熱、照明散熱。圍護結構傳熱根據《實用供熱空調設計手冊》中的計算方法計算，通過大量計算與其它散熱源相結合，得出此空調冷負荷指標：2676W/m2,熱負荷為2072W/m2。
從表3、4可知，風冷熱泵*空調整體費用要高于水源熱泵*空調，而且風冷熱泵的制冷熱系數隨著外界的溫度不斷的發生變化，從而導致制冷系統運行的不穩定、資源浪費嚴重。而且水源熱泵機組與風冷熱泵機組比，有以下優勢：
a)水源為深井水，水體溫度較恒定，機組運行更可靠、穩定，保證了系統性和經濟性，且無須專人維護或操作，運行維護費用極少。
b)室外機組無須除霜設備，設備簡單。
c)由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達3.5～4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通*空調的50～60％。
d)屬可再生能源利用技術
水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。
e)節能
水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據美國環保署EPA估計，設計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節約用戶30～40％的供熱制冷空調的運行費用。
f)運行穩定可靠
水體的溫度一年四季相對穩定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
g)環境效益顯著
水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發電時，消耗一次能源并導致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節能的設備本身的污染就小。設計良好的水源熱泵機組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當于減少30％以上，與電供暖相比，相當于減少70％以上。
水源熱泵技術采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質。
水源熱泵機組的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。
h)一機多用，應用范圍廣
水源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優點。不僅節省了大量能源，而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。水源熱泵可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。
i)自動運行
水源熱泵機組由于工況穩定，所以可以設計簡單的系統，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，使用壽命長可達到15年以上。
當然，象任何事物一樣，水源熱泵也不是十全十美的，其應用也會受到制約。
⑴ 可利用的水源條件限制
水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區是否有合適的水源成為水源熱泵應用的一個關鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統一般成本較高。而開式系統，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。
⑵ 水層的地理結構的限制
對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質的結構，確保可以在經濟條件下打井找到合適的水源，同時還應當考慮當地的地質和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現。
⑶ 投資的經濟性
由于受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統的空調制冷取暖方式相比，在不同地區不同需求的條件下，水源熱泵的投資經濟性會有所不同。
從表1、表2可知，風冷熱泵*空調整體費用高于水源熱泵*空調。經分析比較，并與建設方充分協商，zui后決定采用水源熱泵*空調，解決金源煤礦的夏季空調和冬季采暖問題。
表3 初投資費用比較 （數據與本工程無關）
水源熱泵*空調 風冷熱泵*空調
序號 項目 初投資（元） 項目 初投資（元）
1 水源熱泵機組（1臺） 42000 風冷熱泵機組（1臺 89800
2 風機盤管（14臺） 13300 風機盤管（14臺 13300
3 立式管道泵（1臺 1980 立式管道泵（1臺） 1980
4 電子水處理儀（1個） 4500 電子水處理儀（1個） 4500
5 方形膨脹水箱（1個） 1500 方形膨脹水箱（1個） 1500
6 管道、閥門等制安費 37600 管道、閥門等制安費 27340
7 風管、風口等制安費 24500 風管、風口等制安費 24500
8 保溫材料費及安裝費 19700 保溫材料費及安裝費 21300
9 旋泥除沙器（1個 4620 配電系統（1套 7450
10 配電系統（1套） 8700
合計 158400 191670
注：水源熱泵*空調系統初投資中未計土建打井費用。
表4 年運行費用比較 （數據與本工程無關）
水源熱泵*空調 風冷熱泵*空調
序號 項目 運行費用/元 項目 運行費用/元
1 水源熱泵機(12kW) 11880 風冷熱泵機(16.8kW) 16632
合計 11880 16632
注：1） 按表1設備中兩系統用電量不同項進行比較。
2） 所有設備按年運行180天，每天運行18小時，電費0.55元/（kWh）計算。
4 空調系統設計
4.1因為設計時尚未決定裝修方案，無法獲知各房間的裝修方式，只能先考慮采用風機盤管側吹風的安裝方式。（后按裝修格局采用不同室內機形式，盡量作到美觀大方。）
4.2冷熱源設備：
冷水機組：水源熱泵機組三臺，制冷量/制熱量=63.6/69.8kW
冷水系統配套水泵：臥式離心泵五臺，流量15t/h,揚程20m.
冷卻水用潛水泵：八臺，本工程由甲方根據實際需要設置。
4.3系統形式
冷凍水采用雙管制風機盤管閉式系統，室內機掛于室內樓板下方，水源熱泵機組和冷水循環用臥式離心泵和其他設備設于空調機房內。冷卻水采用地下水作為水源循環使用。
1— 循環水泵 2—電子水處理儀
3—方形膨脹水箱 4—旋流除沙器
圖1 系統流程圖
4.4 井水回灌
本設計采用有壓回灌的方式，抽水井和回灌井間隔分布的方式，使井水全部回灌，從而也保證了水井不會被破壞。并且在成井過程中，采用在上部封閉止水，井室采用混凝土澆灌并且井壁處比井室相差1米深度，在此基礎上井水回灌再次加大有壓回灌的力度，保證了井水的100%回灌。同時不影響建筑物基礎，保證了地面建筑物的安全。系統流程圖見圖1。
4.5井水量的保證措施
本設計的水源采用的是深井水，水溫恒定。水井結構采用含水層是橋式濾管，巖石層是螺旋鋼管，螺旋鋼管以保證井壁的結構不受影響。zui重要的一點是含水層與濾管之間的濾料，本設計的濾料多邊形的石子（質地堅硬的豆沙也可），這樣才能保證地下水的順利流通和回灌。
4.6系統控制流程圖
本系統選用清華同方的主機（SGH－1000）三臺，主機的壓縮機負荷控制根據溫差大小采用無級調節（25％、50％、75％），減少了一般壓縮機從開機到停機都是100％工作所造成的不必要的資源浪費。冷卻水采用變頻自動控制，根據壓力調節水泵所投入的工作頻率及數量。現在*不足是冷凍水水泵、冷卻水水泵、主機沒有實現聯動和遠程控制，即以主機為核心帶動水泵工作，以zui大限度的節約資源，zui終將真正做到*空調機房無人值班的目的。
4.7 減震、節能措施
為防止設備震動噪聲，水管出入水口、水泵進出口設橡膠軟接頭，水泵基礎設減震墊。機組設在砼基礎上，并加減震墊。
為了節能降耗，本系統冬季充分利用冬季室外環境溫度低的特點，把經自然冷卻后的水灌入深井，實現了“冬灌夏用”；供、回水管均采用離心玻璃棉以及福樂斯保溫，減低冷熱量的消耗。
5 運行效果
系統自2004年冬季投入使用以來，冬夏總體運行情況良好，沒有出現井水不能*回灌現象及大面積的熱力失調現象，建造商和業主都較為滿意。
6 結語
當今人類對環保的要求越來越嚴，同時各種能源隨著使用的增加日漸枯竭，迫使人們不斷采用更*節能的環保空調設備和更*、節能的運行方案。水源熱泵系統是利用地下水或地下土壤常年溫度保持恒定的特點，進行能量轉換的冷暖空調系統，是環保、節能、“零”污染、“零”排放的一種空調設備。它無須冷卻塔等裝置，初投資和運行費都比傳統冷暖方式低，而且地下水水溫穩定，受外界影響小，機組的制冷和制熱功能發揮的更好。隨著空調的日益普及，水源熱泵系統必將受到各界更大的關注與支持，應用會更加廣泛
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