深井水源熱泵+風機盤管供暖系統在西藏地區集中樓群的應用及實例分析

曹軍

（山西建筑職業技術學院，山西 太原 030006）

深井水源熱泵+風機盤管供暖系統在西藏地區集中樓群的應用及實例分析

曹軍

（山西建筑職業技術學院，山西 太原 030006）

論文介紹了西藏地區深井水源熱泵+風機盤管供暖系統的應用情況，通過實際工程敘述深井水源熱泵系統+風機盤管供暖系統的工作原理、工藝流程及系統特點，指出應用該供暖系統應考慮的問題及需要掌握的關鍵技術，并結合實際運行進行經濟分析，表明在西藏地區集中樓群供暖采用深井水源熱泵+風機盤管相結合的系統具有很大的優勢。

深井水源熱泵；風機盤管；工作原理；經濟分析；系統優勢

西藏地區位于高原地帶，地形復雜，受季風氣候影響，夏季溫暖，冬季寒冷而干燥，所以搞好供暖工作十分重要。由于西藏地區煤和石油及天然氣缺乏，而地下水資源比較豐富，拉薩市地下水溫常年在10-15℃之間，地下水位偏高。那么，供暖應充分利用地下水作為熱源，盡量緩解常規能源短缺的壓力，并且力求降低供暖成本及費用，這已經成為大家的共識。

近幾年隨著供暖技術的不斷發展，水源熱泵技術作為一種低耗能新型空調技術，被不斷地應用到供暖系統中。而深井水源熱泵供暖系統是利用地下水作為低位熱源，通過電驅動制冷系統做逆制冷循環，吸收地下水的熱量通過熱媒經房間散熱裝置向房間供暖。我國深井水源熱泵從1997年開始學習和引進歐洲產品，出現了大規模的深井水源熱泵采暖工程項目。到1999年底，全國大約有100套深井水源熱泵供熱或制冷系統。與傳統風冷式、水冷式和蒸發式制冷機組相比較，水源熱泵具有較高的制冷效率且能實現制熱功能，我國大的城市如北京、上海和廣州等高密度民用住宅小區采用深井水源熱泵系統，作為新型空調方式已成為當今空調發展的一種趨勢。

一、深井水源熱泵、風機盤管供暖系統在西藏地區集中供暖樓群的應用現狀

由于西藏當地常規能源缺乏，若從其他能源產地調用煤、石油等則運輸費用高，而且高原氣候條件限制，燃燒效率偏低，則使得供暖成本及費用大大增加，況且冬季交通的不便利，無法保證常規能源的穩定供給，所以要利用西藏地下水及太陽能資源豐富的特點，采取更適合本地的供暖方式尤為迫切重要。隨著水源熱泵技術在我國的不斷發展，深井水源熱泵系統具有節約能源、運行安全、可靠的特點，并不斷地被應用到各地采暖或空調工程項目中。

西藏地區于2001年首次將深井水源熱泵機組、風機盤管系統用于拉薩市政府辦公樓及附屬樓群中，隨后又在這幾年當中，分別在西藏武警總隊辦公樓及家屬區、西藏軍區大院內部辦公樓及營房、西藏武警總醫院辦公樓及住院部等多個工程中應用此系統。

由于水源熱泵機組適用性與使用地區的地下水溫、水質和室外氣象資料有關，深井水源熱泵機組工況參數的確定及性能的適用性直接關系到水源熱泵系統的正常運行和能量消耗。

筆者參加了某駐藏部隊營區供暖工程建設項目實施過程。以該工程為例，對深井水源熱泵機組+風機盤管供熱系統的工作原理、實際工程應用及技術經濟性進行介紹。

二、深井水源熱泵系統工作原理及工藝流程

（一）深井水源熱泵系統組成

它由深井水源水系統、水源熱泵機組和用戶末端三部分組成。

水源熱泵機組是一種高效、節能、環保的冷熱源設備，其工作原理是在夏季將建筑物中的熱量轉移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取能量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗1Kw的能量，用戶可以得到4Kw以上的熱量或冷量。

（二）深井水源熱泵系統分類

根據用戶末端散熱裝置不同，可分為深井水源熱泵機組+散熱器系統、深井水源熱泵機組+風機盤管系統、深井水源熱泵機組+地板輻射供暖系統。

根據地下水源水系統的循環方式，又可以分為開式環路系統和閉式環路系統。

地下水開式環路系統是利用井水直接進入水源熱泵機組進行換熱，此時井水的水質要求較嚴格，需要加裝過濾裝置。而地下水閉式環路系統是指采用板式換熱器把地下水和通過水源熱泵機組的循環水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質對熱泵機組的影響。在地下水質較差的情況下應用該系統，由于地下水供回水溫差小而使的系統需要的地下水供水量增大。

（三）地下水源熱泵機組+風機盤管供暖系統

1.工作原理

深井水源熱泵+風機盤管系統利用深井水作為熱源，抽取地下的深井井水的水溫相對恒定。

在開式系統中，深井水通過潛水泵提取經水源熱泵機組蒸發器進行熱量交換，熱交換后的深井水回灌到地下，水源熱泵機組對供暖循環水的回水進行再加熱，通過循環水經室內風機盤管將熱量傳遞到房間內。

在閉式系統中，深井水通過潛水泵提取經板式換熱器進行熱量交換后回灌到地下，這個過程稱為一次水熱交換。二次水通過板式熱交換器和水源熱泵機組蒸發器之間進行循環，將深井水熱量轉移到水源熱泵機組中制冷劑，這個過程稱為二次水熱交換。最后通過水源熱泵機組對供暖循環水回水進行再加熱，經各個房間風機盤管將熱量傳遞到供暖房間內。

2.工藝流程

（1）工程特點

以某駐藏部隊營區供暖工程項目為例，該營區原來一直沒有設置供暖系統，現增加采暖系統，它采用深井水源熱泵+風機盤管系統形式。采暖建筑為31棟，其中辦公樓有3棟，其余均為住宿樓，采暖面積共計11685m2，采暖管網最大距離為430m。每棟樓側設閥門井一座以備檢修，供暖采用機械循環方式，樓房內供熱管道采用同程式系統，外網采用異程式系統，通過分支處平衡閥來調節供暖壓力。除供暖外水源熱泵機組還提供生活洗澡室的熱水供應。經計算總熱負荷為1153kW,在機房內設2臺制熱量為600kW的螺桿式水源熱泵機組，在機房附近打兩眼深井作為機組熱源，分別為供水井和回水井，兩井可進行互換，間距38m，兩井井深為70米，采用深井潛水泵，井徑750mm。供暖系統熱水采用機械循環，供暖房間內設置明裝立式風機盤管，機房內設3臺管道循環泵，兩用一備。補水系統采用隔膜式氣壓罐自動供水系統。地下水進水溫度為11℃，溫差5℃，系統工作壓力為0.65MPa。供暖系統工況：供暖循環水回水溫度55℃,供暖循環水供水溫度60℃。供暖水系統由密閉式隔膜式氣壓罐及補水泵定壓補水至集水器，后經電子水處理儀處理后進入循環水泵。

（2）深井水源熱泵系統循環工藝流程

深井水循環過程：供水井→潛水泵→漩流式除砂器→水源熱泵機組蒸發器→回水井1和回水井2；

供暖水循環過程：由供暖房間風機盤管→集水器熱水循環泵→水源熱泵機組冷凝器→分水器→建筑物內各個房間風機盤管→集水器；

補水系統：自來水管→軟水器→軟水箱→全自動補水機組→集水器；

生活熱水系統：供暖水和蓄熱水箱不斷通過板式換熱器換熱，同時通過不斷的補自來水保證蓄熱水箱的水位。

3.系統特點

（1）可再生能源利用技術。它是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。

（2）高效節能。水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為11—22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以水源熱泵機組循環的蒸發溫度提高，能效比也提高，COP值達3.5以上。

（3）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，也保證了系統的高效性和經濟性，不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

（4）環境效益顯著。水源熱泵是靠電能來做動能，電能是一種最清潔的能源，對環境污染極小。

（5）室內溫度容易控制，滿足不同人的需求，而且對暫無住人的房間較多時更使系統節能。

（6）自動運行。水源熱泵機組由于工作穩定，系統部件較少，機組運行可靠，維護費用低，自動控制程度高，使用壽命可達15年以上。

三、應用該系統應考慮的問題及需要掌握的關鍵性的技術

（一）應考慮的問題

1.在設計之前應先鉆井取樣察看水溫水質情況是否適合機組要求，根據水質情況，確定水處理方案。

2.建筑樓群的使用功能是否統一，了解供暖時間是否大致相同，考慮機組是群控還是分別控制。

3.考慮偏高的地下水位對外網埋地管道的保溫影響，考慮好施工方案及造價等。

（二）需掌握的關鍵技術

1.首先是打井。地下水井的質量是首要問題，出水量的多少直接關系到整個水源熱泵系統是否能產生出滿足建筑物內空調系統正常使用的冷熱負荷，而井的壽命也會影響到今后的使用，所以確定技術過硬、經驗豐富的打井隊伍非常重要。

2.其次是優選主機設備。水源熱泵主機的質量也將影響到整個空調系統的使用，其中的關鍵在于壓縮機，所以選擇采用進口壓縮機、水源熱泵主機質量優良而且售后服務好的品牌很重要。

3.最后是要清楚水源熱泵機組的COP值的影響因素，對設計及以后運行效率都很重要。

四、技術經濟分析

該部隊營區原有一個鍋爐房內設1臺1t的燃油熱水鍋爐，用于新建辦公樓（3100m2）的供暖。新增機房內設置的水源熱泵機組輸入功率是158KW，輸出功率為603KW。從運行情況看，運行參數穩定，換熱能力和系統出力符合設計要求。深井水供水溫為9-11℃，回水溫為5-7℃。循環水供水溫度為60℃，回水溫為54-56℃,系統每天運行10h。實際耗電情況：2005年1月份最低溫度零下16℃，每天耗電量在5500kW·h，平時每天耗電在4200-4800kW·h。若按西藏工業用電費為0.65元/kW·h，則在最冷時，每日“燃料”成本為3575元，平常為2730-3120元之間。由此可以推斷出，水源熱泵系統單位面積運行成本約為0.23-0.27元之間，而往年燃油鍋爐每天的燃料成本在1120-1260元左右，單位面積運行成本約為0.36-0.41元之間。

常用的地下水源熱泵系統有兩種形式即地下水源熱泵+風機盤管，地下水源熱泵+地板輻射系統。由于此工程是在原有老建筑中新增供暖系統，地板輻射系統需要在室內地板敷設管道后在其上面澆混凝土墊層，所以需要居住人員搬出去后施工，施工給生活和工作造成一定的影響，鑒于營房的特殊情況不適合應用該系統，沒有對其進行比較。以下筆者對地下水源熱泵+風機盤管與燃油鍋爐+散熱器系統進行一些比較。

該項目經濟對比表

從上表可知，深井水源熱泵機組+風機盤管系統雖然初投資比另一個系統高出77萬，增容費高出35萬，但其每月運行費則低了3.7萬元，一個供暖季可以節約18萬元。從長期來看，該系統更加經濟安全，而且水源熱泵機組是根據負荷的變化進行分級變功率運行，實現自動節能控制，操作簡單，大大節約人員成本。

五、結論

從工作原理即可得出，深井水源熱泵供暖系統具有效率高、節能、環保的優點；同時，水源熱泵供暖系統技術和產業化已經成熟，在我國西藏地下水資源豐富的地方應大力推廣，并且結合太陽能的利用共同來解決西藏地區供暖難的問題。

通過對西藏的一個具體實際工程進行分析且與燃油鍋爐供暖系統進行比較，表明水源熱泵供暖系統運行費用大大低于燃油鍋爐供暖系統的費用，因此從長期來看，地下水源熱泵+風機盤管供暖系統經濟效益更加明顯。

深井水源熱泵供暖系統的廢水、廢氣、固體廢棄物的排放均較少，是真正的節能環保型供暖方式。

就如何將該系統進行如何優化以達到最大化的節能，并且結合西藏的實際情況，實現最優供暖方式，筆者愿與大家致力于實現這個目標。

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［3］曠玉輝，王如竹，于立強等.太陽能熱泵供熱系統的實驗研究［J］.太陽能學報，2002，（4）.

［4］徐恒力等.水資源開發與保護［M］.北京：地質出版社，2002.

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1673-0046（2010）12-0177-03