淺析水源熱泵機組在實際工程中存在的問題

趙述欣　林瀚　史冊

摘? 要： 本文以實際工程出發，闡述了水源熱泵機組在我集團公司運行中存在的一些問題，并提出了相應的改造方案。 關鍵詞： 水源熱泵;地下水含沙量;改造方案

1 水源熱泵運行原理

地下水源熱泵系統是利用水具有較大比熱儲能的特性，消耗少量高 品質能量（一般是電能），將水中蘊藏的低品位熱能轉換為高品位熱能和冷 能的集能系統。由于土壤的隔熱和蓄熱作用，地下水溫度隨季節氣溫的變 化較小，特別是深井水的水溫常年基本不變，是一種十分理想的熱泵熱 源”。同時地下水源熱泵技術由于符合國家節能減排的發展戰略，所以在 全國各地尤其是在北方寒冷、嚴寒氣候區得到迅速推廣。地下水源熱泵機 組的基本組成有，壓縮機、冷凝器、基發器、毛細管或腹脹閥、四通換向 閥等，地下水源神泵機組的工作原理為：制冷時，水源水進入機組冷凝 器，吸執干溫后排出空調冷水進人機組蒸發器，敢熱降溫后供到空調末端 設備、制熱時，水源水進，機組基發器放熱隆溫后排出，空調熱水進，機 組冷能器，吸執開溫后供到空調未端設備的。

2 水源熱泵系統運行概況

我集團核泵公司辦公樓空調面積約10000m2 ，采用水源熱泵空調系統 進行夏季制冷工作。水源熱泵技術是利用低品位的淺層地下水作為冷熱源， 進行冬季采暖、夏季制冷的技術。地下水源熱泵系統的低位熱源是從水井 中抽取的地下水。熱泵機組冬季從提水井提供的地下水中吸熱，提高品位 后，對建筑物供暖，把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱和加濕的地方，? 取熱后的地下水通過回灌井回到地下。夏季，則從提水井提供的地下水進 行降溫，而將室內余熱轉移到低位熱源中，達到降溫或制冷的目的。我集 團核泵公司水源熱泵機組空調系統主要由熱泵機組、循環泵系統、地下水 供應系統三部分組成，在夏季制冷時利用地下水供應系統提供的低溫地下 水（ 12℃）為空調系統提供冷卻循環用水，但長時間運行下來產生一些問 題，已嚴重影響核泵公司夏季制冷工作。

3 運行中存在的問題

（ 1 ）核泵公司辦公樓所處位置地下水水層含沙量過高。核泵公司水 源熱泵機組空調系統在夏季制冷時，由于水層含沙量過高經常造成地下水 供應系統中提水井過濾網堵塞影響供水量致使機組水流量保護停機，更為 嚴重的是已連續兩年因為含沙量過高出現地下水供應系統中提水井塌方現 象，地下水供應系統無法為空調系統提供冷卻水造成空調系統無法正常運 行，嚴重影響夏季制冷工作。同時地下水供應系統在夏季運行時將水井周 圍大量沙子抽走，在地下形成空洞并且水井所處位置距離核泵辦公樓較近 存在嚴重的安全隱患。（ 2 ）地下水供應系統中水層存在大量沙子，經過 濾、除沙后仍有一定量沙子進入機組由此造成管道堵塞，能耗增加，主機 的正常運行受到影響，制冷效果降低，設備使用壽命縮短等。（ 3 ）每年 需要大量資金對地下水供應系統的2提水井、 ?4回水井共6 口井進行維護，? 近2年由于出現提水井塌方還需花費大量資金重新打井造成資金、資源浪 費。（ 4） 2106年夏季制冷時，由于提水井塌方致使空調系統無法正常工 作長達半個月之久。針對上述原因，考慮到為了不影響夏季制冷工作，保 證空調系統正常穩定運行以及安全等因素決定對空調系統進行局部改造。?? 4 改造方案

核泵公司水源熱泵機組原有空調系統由地下水供應系統提供冷卻水循 環用水，地下水供應系統是水源熱泵中央空調的關鍵部分之一，它是整個 系統的能量來源，是水源熱泵系統的重中之重。空調系統從井水中提取的 能量（ Q =C. M.Δ t）與井水流量M和井水供回溫差Δt的乘積成正比。? 當空調系統設計值Q確定后，井水流量M變小，井水溫差Δt就需加大;反 之，井水流量M變大，井水溫差Δt減小。此次改造將地下水供應系統改為 冷卻塔系統，要保證空調制冷量Q不變，? Q =C. M.Δ t其中C為常量影響 空調制冷量Q主要因素為水流量M和供回水溫差Δt。此次改造將由地下水 供應系統中供回水溫差Δt約為28℃-12℃=16℃左右變為冷卻塔系統中供回 水溫差Δt約為35℃-30℃=5℃左右，? 供回水溫差Δt減小，? 為要保證空調制 冷量Q不變，水流量M勢必增加。此次改造技術難點主要解決水流量M增 加的問題，為解決此問題在核泵頂樓增加1臺冷卻塔，冷卻塔的選型是此次改造的重中之重。由于冷卻塔種類繁多，不同冷卻塔在中央空調工程中 的應用效果及影響各不相同，與此次改造相關的主要因素：

4.1? 冷卻塔容量選擇

此次改造主要解決水流量的問題，所以冷卻塔冷卻水量一定滿足系統 水流量的增加。同時要考慮冷卻塔能耗的問題，冷卻塔啟動后，勢必是增 加系統阻力，影響水泵的功耗。研究表明，當選用小容量的冷卻塔時，運 行時間會增加，影響了機組的能耗。當選用大容量的冷卻塔時，冷卻塔的 運行時間可以縮短，但同時卻增加了成本跟冷卻塔能耗。

4.2? 冷卻塔形式（閉式、開式）的選擇

閉式冷卻塔是由外循環和內循環組成。無需填料，紫銅管表冷器是 其核心部位，設備與內循環對接，形成封閉的循環系統（介質為軟水）。? 為設備進行冷卻，將設備中的熱量帶出到冷卻機組。而外循環是在冷卻塔 中，為塔本身進行降溫。與內循環水相互不接觸，經過冷卻塔的紫銅管表 冷器完成散熱、換熱工作。根據進塔水溫自動設置冷卻塔工況。閉式冷卻 塔被冷卻介質由于不與空氣接觸，不會產生藻類或者鹽類的結晶，且被冷 卻介質在密閉管道中流動，介質一般都是軟化水，不會影響被冷卻設備的 工作效率。開式冷卻塔是通過將循環水以噴霧方式，噴到PVC填料上，與 空氣、水接觸，進行換熱，然后再由風機帶動冷卻塔內循環，把熱氣流帶 出，從而達到冷卻。被冷卻介質在塔內不斷的循環，當使用時間多長時，? 其介質會蒸發、濃縮。因此開式冷卻塔需要常年補水，并且介質在在與空 氣長時間接觸后，逐漸會被污染，產生藻類或者鹽類等結晶，從而影響 其使用性能。如果使用開式冷卻塔與地源熱泵聯合，由于污垢、結晶的 存在，很有可能造成冷卻水系統的水管堵塞，從而引起事故。綜合以上 兩點因素和現場環境因素以及經濟等因素，決定在核泵辦公樓頂樓增加 LBCM—150型冷卻塔1臺，同時為滿足冷卻塔的正常運行增加KQL125/160- 22/2型冷卻水循環泵2臺

5 改造后效果

系統改造后經過今年一個夏季的檢驗達到了改造目的，今年夏季核泵 公司制冷情況與往年相比有了明顯改善，核泵公司辦公人員對今年夏季制 冷工作比較滿意。新系統運行與原有系統相比：（ 1 ）新系統運行運行更 加穩定，機組不會出現因水量問題造成故障停機;（ 2 ）新系統運行效率 更高，操作人員節省了排沙所需的時間，沙子不會隨水流進入機組影響機 組換熱;（ 3 ）新系統制冷效果更好，空調系統末端風機盤管，不會因沙 子過多造成風機盤管水管路堵塞影響盤管制冷。

6 小結

通過參與此次改造對水源熱泵系統有了更進一步的認識，水源熱泵 系統具有一定優點的同時，也存在著十分明顯的缺點。地下水源熱泵系統 的優點，采用熱泵的形式為建筑物供熱可大大降低一次能源的消耗，提高 一次能源的利用率，因此地下水源熱泵系統具有高效節能的優點。地下水 源熱泵系統的缺點，這種系統需要有豐富和穩定的地下水資源作為先決條 件。由于打井的成本并不與取水量的大小成正比，因此較大系統的投資效 益比較高。地下水源熱泵系統的經濟性還與地下水層的深度有很大關系。 關于地下水源熱泵的使用建議：?? 1 ）在決定采用地下水源熱泵系統之前，? 一定要做詳細的水文地質調查，并先打勘測井，以獲取地下溫度、地下水 溫度、水質和出水量等數據，合理地配置整個系統。? 2 ）設計、施工和運 行等各個環節都要有謹慎小心的態度，確保系統不會因負荷不當、水泵功 耗過高、管理不善而降低了效率。

參考文獻：

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