地水源熱泵在某大廈空調系統改造中的應用

摘 要：隨著環保要求的提高和能源的匱乏，環保節能型空調的應用越來越迫切。此前曾經完成的一大批普通的空調工程都不能適應節能環保的要求，本文就某大廈用地水源熱泵系統替代蒸汽吸收式制冷空調系統的改造進行了研究和探索。

關鍵詞：地水源熱泵 空氣調節 節能環保

中圖分類號：TU831.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0071-01

某大廈總建筑面積為38986 m2，裙房1～3層共12174 m2；4層1677 m2；標準層5～27層共25136 m2；有標準客房174間。原設計選用三臺（兩用一備）1450 kW蒸汽溴化鋰機組實現夏季制冷空調，冬季采用蒸汽鍋爐供暖，同時蒸汽鍋爐一年四季供應客房和餐廳的生活熱水，熱水需求量約每天80 t。空調冷負荷為3200 kW。從環保和節能的角度，需要對冷熱源進行改造，地水源熱泵系統是首選。

1 現狀分析

1.1 地水源熱泵空調現狀、水平和發展趨勢

我國地水源熱泵從技術引進到大規模推廣，發展了十余年。近幾年來，能源短缺，價格猛漲，國家大力支持地源熱泵的發展，并在政策上給予優惠。1997年我國科學技術部和美國能源部簽署政府合作協議共同開發和推廣地源熱泵技術。我國的空調界在我國科技部和美國能源部的直接指導和幫助下，從國外引進了最先進的地源熱泵技術，并結合我國的氣候、水文地質、經濟水平、生活習慣，進行了創新和優化，開發出了一系列適合我國國情的地源熱泵系統產品，供熱制冷效果符合國家標準。現在地源熱泵技術已成為供暖制冷領域利用可再生能源實現節能、環保、供熱費用低廉的重要技術手段。

到2008年年底，全國大多數省市區都在推廣地源熱泵技術。2005年我國地源熱泵應用面積3000萬平方米，2007年應用面積7000萬平方米，地源熱泵系統在城市示范工程中單體規模達80萬平方米。年銷售額已超過72億元，并且每年以20%以上的速度增長。

1.2 本項目研究開發的可行性

位于海安縣某大廈原有的空調系統采用傳統的溴化鋰制冷系統，該系統的冷熱源的組成為：制冷機組、鍋爐、冷卻塔，具有能耗高、有排煙、有噪聲污染、有較多的廢棄物、需要較大的設備及耗材廢料堆積場所、制冷運行時冷卻要消耗水資源等缺點。

地水源熱泵是利用地下地表水作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。供熱時不需要燃煤鍋爐房系統，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染和水資源消耗。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵。有利于保護環境。

擬采用的地水源熱泵機組利用地下水的溫度冬季比環境空氣的溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高；夏季水體的溫度比環境空氣溫度低，制冷時的冷凝溫度降低，冷卻效果好于原來的冷卻塔式，機組效率提高。根據美國環保署EPA的測算，設計安裝良好的水源熱泵，可以節約40%的供熱制冷空調的運行費用。同時可以提供生活熱水，尤其是夏季，利用回熱利用系統，生活熱水消耗的熱量，全是需要排放的廢熱。節能效果明顯。

地下水體的溫度一年四季相對穩定，其波動范圍遠遠小于空氣溫度的波動，使得制冷熱泵機組運行穩定可靠；系統組成簡單，部件和熱交換的環節少，機組運行簡單可靠，運行時的值班人員數量和素質可以大幅度降低，維護費用低，機組壽命長。經濟效益好。據了解海安地下120～140 m的水層常年水溫19 °C，該層水源十分豐富，但含氯較高，近似于海水，其它的開發利用價值較低，完全可以用來為水源熱泵提供能源。

大廈周邊的可以鉆井的綠化帶周長約1400 m，完全可以滿足空調改造用水的鉆井需要。

大廈配電室原有兩臺1000 kVA的變壓器，可以同時投入使用，用電負荷能夠滿足改造后水源熱泵的需要。

2 改造方案

2.1 與水利部門協調，對大廈周邊的地下水資源的情況進行研究，找出可以用來制冷和制熱的地下水層

開挖該可以抽取和回灌的水井，安裝水泵，用合適的管道把地下水送入機房進行熱交換后再通過合適的管道送到回灌井，用適當的回灌辦法回灌。對現有的空調系統進行更換，選擇合適的水源熱泵機組取代現有的溴化鋰制冷機組。對電氣系統進行相應的改造。

2.2 關鍵技術

對地下水質進行研究，找到合適的水源；選擇合適的取水和回灌方法；選擇合適的制冷制熱機組和合適的供水回水材料；對熱水系統進行全面設計；對電氣系統進行合理的改造。

2.3 技術創新之處

大規模的地熱利用在海安地區尚無先例；抽水及100%回灌技術在國內的水源熱泵行業還屬于疑難問題，要根據各地的具體情況進行研究；采用廢熱回收進行夏季的生活熱水的生產是節能環保的一個新方法；據了解海安當地的地下水類似于海水，此類水源用來作為制冷和采暖的水源，也是一個新的課題，無論是材料還是機組都要進行細致的研究和改進后才能使用。

2.4 主要技術指標、經濟指標

技術指標：采用水源熱泵機組，為大廈提供冷熱源，提供生活熱水。其中冷源：3200 kW，熱源2800 kW，50 °C生活熱水每天80 t。機組功耗不大于900 kW，制冷時能效比不小于4.6，制熱時能效比不小于5.8。

經濟指標：節約能源不小于30%，節省空調運行費用不小于40%，節約1000 m2的鍋爐房用地，節約120 m2的地下設備用房。

3 具體實施

3.1 地下水系統

地下水鉆探水源分析—水井開挖—抽水和回灌試驗—水管材料選擇—檢查井砌筑—管溝開挖—管線安裝—水泵安裝—回灌方法研究—試壓沖洗—地下水系統調試—系統聯合調試—交驗。

3.2 水源熱泵機組系統

負荷計算—方案選擇—方案論證—圖紙設計—圖紙會審—協作單位選擇合同簽訂—進場安裝設備—單機試運轉—系統聯合運轉調試—交驗。

3.3 電氣系統

原有系統勘查—改造方案選擇—方案論證—方案設計—方案實施協作單位選擇合同簽訂—方案實施—檢查驗收—與設備連接—絕緣和接地搖測—點動試機—單機試運轉—聯合運轉調試—驗收。

在冬季時把溴化鋰制冷機組拆除，安裝地水源熱泵機。系統聯合運轉完成驗收后，舊有的鍋爐房、采暖熱交換系統、生活熱水熱交換系統拆除。

4 結果

大廈空調系統經過4個月改造完成，開挖150 m深的水井15口（3口供水井，12回水井）。采取兩臺1600 kW的海水源熱泵型制冷機替代了原有的溴化鋰吸收式制冷機和鍋爐。消除了污染，節約機房120 m2，大廈空調采暖的費用也從原來0.32元/平米.日降到0.20元/平米·日，節約能耗約40%。

參考文獻

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