水源熱泵的工程應(yīng)用探討

沈 艷 張曉瓊

（西南電力設(shè)計院，四川 成都 610021）

水源熱泵的工程應(yīng)用探討

沈 艷 張曉瓊

（西南電力設(shè)計院，四川 成都 610021）

本文通過分析水源熱泵系統(tǒng)的工作原理、主要優(yōu)點及應(yīng)用的限制條件，結(jié)合其在工程中的應(yīng)用，對水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用要點進行探討，總結(jié)歸納水源熱泵技術(shù)應(yīng)用中的技術(shù)特點，了解水源熱泵技術(shù)的節(jié)能性。

水源熱泵 主要特點 技術(shù)思路 節(jié)能

1 序言

水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源的低溫?zé)嵩礊槟茉矗⒉捎脽岜迷恚ㄟ^高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。所以，開發(fā)、推廣應(yīng)用水源熱泵技術(shù)對建筑節(jié)能和環(huán)保工作都有著非常重要的意義。

2 工作原理

如圖 1[1]所示，在夏季制冷模式下，熱泵機組遵循卡諾循環(huán)原理，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機出來后，進入水/制冷劑，經(jīng)壓縮機壓縮后，進入冷凝器，放出凝結(jié)潛熱后,變成液態(tài)，再經(jīng)蒸發(fā)器調(diào)整閥,進入蒸發(fā)器，吸收用戶水汽化潛熱，最后流回壓縮機中，這樣，周而復(fù)始地循環(huán)，使客戶端循環(huán)水系統(tǒng)的水溫降低20～24℃，達到空調(diào)制冷的目的。制熱原理與制冷原理相同，只是將用戶水循環(huán)切換成在冷凝器流過，將水源水循環(huán)切換成在蒸發(fā)器流過，達到制熱目的，如圖2[1]所示：

圖1 制冷原理

圖2 制熱原理

3 主要性能優(yōu)點及應(yīng)用限制

3.1 水源熱泵機組的主要性能優(yōu)點[2]

水源熱泵具有高效、節(jié)能、運行費用低、無任何污染、機房占地面積小、維護費用低、運行維護十分簡便、屬可再生能源利用技術(shù)的優(yōu)點。

3.2 水源熱泵機組的應(yīng)用的限制條件

當(dāng)然，和所有事物一樣，水源熱泵也并非是十全十美的，其應(yīng)用也會受到制約。由于可利用的水源條件限制、水層的地理結(jié)構(gòu)的限制及投資的經(jīng)濟性等方面的原因，水源熱泵的應(yīng)用也受到相應(yīng)限制。

4 技術(shù)思路

對于工程地點是否適合采用水源熱泵系統(tǒng)，首先得了解工程所在地的水文數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，包括水溫、水量、水質(zhì)、取水點與工程地點的位置等參數(shù)[3]。因此，在進行系統(tǒng)設(shè)計之前，需要對取水點的水溫與水量進行詳細的現(xiàn)場測試。

4.1 水溫與深度的關(guān)系

圖3和圖4為某水庫在過渡季節(jié)和夏季的不同深度的實地測試水溫情況[2]。

圖3 過渡季節(jié)不同深度與溫度的變化關(guān)系圖

從上圖中可知：水溫隨著深度的變化出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，水下1米處的溫度在21℃～22℃范圍內(nèi)波動，在水下2米，3米，4米的溫度分別在19℃～20℃，16℃～17℃，15℃～16℃的范圍內(nèi)波動。很顯然，如果將水源熱泵機組的取水口放在這些深度范圍內(nèi)，水溫分層的現(xiàn)象很容易引起機組的運行工況很不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓縮機不斷地載入和卸載，從而使機組的運行效率降低，機組的使用壽命縮短。在5m以下的水溫受氣溫的影響很小，波動不是很明顯，大都在 13℃～14℃的范圍內(nèi)變化，在這種深度下的水體很適合作為水源熱泵的冷卻水，從而帶來巨大的節(jié)能效益。

圖4 夏季不同深度與溫度的變化關(guān)系圖

從圖 4[2]可以看出：相對于過渡季節(jié)來說，由于太陽輻射強度的增加從而導(dǎo)致夏季的氣溫和水溫都有明顯地上升。在夏季，該地區(qū)的氣溫都在35℃左右變化，而水面的溫度則達到了30℃以上，比過渡季節(jié)的水面溫度升高了將近10℃。夏季由于雨水充沛，水庫的水位也有1米左右的升高。水面以下3米范圍內(nèi)的水溫也比較高，都在30℃左右變化。而3米以下的水溫隨著深度的增加而降低，且降低幅度很明顯。到水下7米時，其溫度在17℃左右，與大氣的溫差高達18℃。很顯然，在夏季采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相對于風(fēng)冷熱泵來說存在著巨大的節(jié)能優(yōu)勢。

4.2 水質(zhì)要求

水源熱泵系統(tǒng)對水質(zhì)的基本要求是：水質(zhì)澄清穩(wěn)定、不腐蝕、不滋生微生物和不結(jié)垢等。水源中對水源熱泵機組的有害成分有：鐵、錳、鈣、鎂、二氧化碳、溶解氧、氯離子、酸堿度等[2]。目前我國對水源熱泵所用水源的水質(zhì)尚無明文規(guī)定。參考國家冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50050-1995)[4]及某些水質(zhì)的有關(guān)規(guī)定，提出水源熱泵用水水質(zhì)參考標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 水源熱泵用水水質(zhì)參考標(biāo)準(zhǔn)

對于系統(tǒng)的取水處理應(yīng)進行仔細的考慮。除要選取合理的取水構(gòu)筑物外，還應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置除砂器和高效過濾器，用以除砂、降低水體濁度等，并設(shè)置綜合水處理器，用以實現(xiàn)防垢、除銹、殺菌、滅藻、過濾等作用，從而使水經(jīng)過初步處理后進入空調(diào)熱泵機組。

4.3 取水構(gòu)筑物

取水點與工程地點的相對位置直接決定了地表水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的取水方式，它是影響系統(tǒng)投資經(jīng)濟性和運行可靠性的重要因素。取水構(gòu)筑物按結(jié)構(gòu)形式可分為活動式和固定式兩種。取水構(gòu)筑物受水源流量、流速、水位影響較大，施工較復(fù)雜，要針對具體情況選擇施工方案。

5 結(jié)語

水源熱泵系統(tǒng)充分利用地下水儲熱量大、換熱效果好的特點，可以廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、工礦企業(yè)等領(lǐng)域，特別是火力發(fā)電廠，可極大的社會效益和經(jīng)濟效益。但是水源熱泵的推廣應(yīng)用需要更多的各個專業(yè)各個領(lǐng)域的人共同努力共同配合, 從政府政策、主機設(shè)計制造系統(tǒng)的設(shè)計和運行管理等各個方面都來共同參與, 才能使水源熱泵廣為應(yīng)用。

G322

B

1007–6344（2015）01–0350–01

女，1983.1.1，工程師，從事電力勘察設(shè)計