淺談地表水源熱泵系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

摘要：地表水源熱泵系統(tǒng)，是指以地表水作為空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱源，通過水源熱泵機(jī)組，給給建筑物提供冷、熱量的空調(diào)系統(tǒng)。地表水源熱泵是淺層低溫能的一種，是一種可再生資源，利用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：地表水源熱泵 換熱過程 水體

1 地表水源熱泵系統(tǒng)的介紹

地表水源熱泵系統(tǒng)主要由地表水取水系統(tǒng)、水源熱泵主機(jī)、室內(nèi)管網(wǎng)系統(tǒng)等三部分組成。通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。如果建筑附近有可利用的海水、河流、湖泊或者水庫等水體，地表水源熱泵系統(tǒng)可以說是最具有節(jié)能優(yōu)點(diǎn)且最經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。地表水包括江水、湖水、海水、水庫水、工業(yè)廢水、污水處理廠排出的達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水、熱電廠冷卻水等。根據(jù)不同的地表水水源，系統(tǒng)可分為污水源熱泵系統(tǒng)、海水源熱泵系統(tǒng)和淡水源熱泵系統(tǒng)。根據(jù)傳熱介質(zhì)是否與大氣相通，系統(tǒng)又可分為開式地表水換熱系統(tǒng)和閉式地表水換熱系統(tǒng)。

2 地表水換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

①可利用人工營造的大型水體（人工湖、池塘、水庫等）作為換熱體；但必須確保水體具有水質(zhì)良好、溫度適宜、水量充沛的特點(diǎn)。

②可利用地表水體在夏季能夠提供的水體儲(chǔ)水量或水體的釋熱量；在冬季能夠提供足夠的低位熱源；根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)榈卦礋岜每照{(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，給整個(gè)地表水體所帶來的溫差變化，不得超過2℃/天。

③由于地表水熱泵的進(jìn)水溫度，主要取決于取水構(gòu)筑層所在水層的平均溫度，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)水體的溫度垂直分層情況進(jìn)行勘測，以確定最終的取水換熱深度。

3 開式系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

當(dāng)?shù)乇硭|(zhì)較好、水體溫度、深度到那個(gè)不適宜采用閉式地表換熱系統(tǒng)，并經(jīng)環(huán)境影響評(píng)估負(fù)荷要求時(shí)，宜采用開式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其基本要求如下：

3.1 開式地表水換熱系統(tǒng)的取水口，應(yīng)選擇水位較深、水質(zhì)較好的位置，同時(shí)應(yīng)位于回水口的上游且遠(yuǎn)離回水口，避免取水與回水短路；取水方式可根據(jù)水體情況選用直接式、沉井式或者船塢式等，但是取水口均應(yīng)設(shè)置污物沉淀、過濾、和保護(hù)裝置，取水口流速不宜大于1m/s。

3.2 開式地表水換熱系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水質(zhì)條件和水質(zhì)分析結(jié)果采取相應(yīng)的過濾、滅藻、防腐蝕等可靠的水處理措施，同時(shí)選用適應(yīng)水質(zhì)條件的材質(zhì)制造的制冷劑-水換熱器或中間水-水換熱器，并選擇合適的換熱器污垢系數(shù)；經(jīng)過處理的排放水不應(yīng)污染本體。

3.3 開式地表水系統(tǒng)中間的換熱器宜選擇板式換熱器，且進(jìn)換熱器的地表水溫度與出換換熱器的熱泵側(cè)循環(huán)水溫度之差≤2℃，中間換熱器的阻力在70~80KPa之間，不應(yīng)大于100Kpa；換熱器地表水側(cè)宜設(shè)反沖洗裝置。

4 閉式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求

當(dāng)?shù)乇硭w環(huán)境要求較高或水質(zhì)復(fù)雜，且水體面積較大、水位較深時(shí)，宜采用閉式地表水熱泵系統(tǒng)：即將封閉的換熱盤管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水中，傳熱介質(zhì)通過換熱盤管管壁與地表水進(jìn)行換熱的系統(tǒng)成為閉式系統(tǒng)。

4.1 其優(yōu)點(diǎn)如下：

①閉式系統(tǒng)將地表水和管路內(nèi)的循環(huán)水相隔離，保證了地表水的水質(zhì)不影響管路系統(tǒng)，防止管路系統(tǒng)的阻塞，也省掉了額外的地表水處理過程。

②由于不需要考慮從取水點(diǎn)到熱泵機(jī)組的高度水頭，閉式系統(tǒng)一般可以有效降低水源側(cè)泵耗。

③閉式系統(tǒng)受室外溫度影響較小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

4.2 閉式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：

①閉式地表水的換熱系統(tǒng)由換熱器、連接換熱器的環(huán)路分集水管、供回水干管及循環(huán)水泵組成。

②宜采用同程式，每個(gè)環(huán)路集管內(nèi)的換熱數(shù)宜相同，且宜并聯(lián)連接，供回水管應(yīng)分開設(shè)置。

③當(dāng)?shù)乇硭疁囟鹊陀?℃時(shí)，應(yīng)采取防凍措施。

④換熱單元之間要保持一定的距離，供回水集管之間要保持不小于2m的間距。

⑤換熱單元的阻力不應(yīng)大于100Kpa。環(huán)路集管比摩阻不大于100~150Pa/m，流速不大于1.5m/s。系統(tǒng)供回水管比摩阻不宜大于200Pa/m，流速不大于3m/s。

⑥閉式系統(tǒng)水下管道應(yīng)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕、比摩阻小、強(qiáng)度高的非金屬管材與管件。

如果能夠把地表水源熱泵用好就可以使建筑在具備“不用煤、不用油、不用燃?xì)?；不排煙、不排渣、零污染”既可以為建筑物供冷供熱，又可以提供生活熱水。近十年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美、歐盟等發(fā)達(dá)國家去得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場日趨活躍，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的供冷和供熱空調(diào)技術(shù)。

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