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地源热泵空调系统技术分析
时间:2017-07-18 10:20:49

 

  地源热泵系统是将低品位热量转换成高品位热量进行供热、制冷的新型能源利用方式之一。与使用燃煤、燃气、燃油等常规能源方式相比,其能量利用率为3.5以上(燃煤为0.65~0.85;燃油炉为0.7~0.9;燃气炉为0.8~0.85;电锅炉电热膜的理想值也只能接近于1;空气源热泵系统可做到2.5,但在恶劣天气下效率低,甚至无法启动)。地源热泵系统以其环保、节能、一机多用、维护量小、系统运行稳定、能源重复利用等优点而得以推广。

  然而在实际工程应用中,很多地源热泵项目因设计、施工及运行管理等问题,远远没有发挥其应有的优势。下面通过对我单位实施的某地下水源热泵系统改造前后的运行数据进行对比,以及与其它地源热泵项目、与其他空调形式进行对比,说明了地源热泵系统在运行中的经济性及影响其经济性的相关因素。

  1、工程概况

  该项目位于海淀区,原地源热泵系统由北京某地源热泵施工单位承建,总建筑面积4.2万平方米,其中主楼2.8万平方米,裙楼1.4万平方米。共设LWP1800.2型水源热泵机组7台,单台标称功率123kW;凿井7眼,深井泵7台,单台标称功率37kW;抽取的地下水除沙后分别经7台板式换热器与机组进行热交换,作为机组的冷热源;井水侧二次水循环泵7台,单台标称功率15kW;末端循环泵7台,单台标称功率18.5kW。系统于2004年6月建成并部分投入使用,运行效果较差,不能满足正常的使用要求。

  2006年初由建研院空调所进行热泵系统改造设计、北京市地质矿产勘查开发总公司进行了系统改造施工、调试,并承担了空调系统的日常运行维护管理工作。改造后主楼利用原有水源热泵机组5台,钻凿抽水井3眼、回灌井3眼、水量调节池1眼,新安装深井泵3台,标称功率55kW并配ABB变频器3台,井水经除沙器及电子水处理仪处理后直接进入机组,无井水侧二次循环泵;使用原末端循环泵5台;末端设备采用新风机组加风机盘管进行冬季供暖及夏季供冷。其中新风机组17台,合计71.1kW;风机盘管542台,合计20.3kW。裙楼利用原有水源热泵机组2台;井水部分与主楼共用,使用原末端循环泵2台。

  2、地源热泵空调系统运行

  本系统运行以来,井水出水温度最高16.3℃,最低15.3℃;利用温差大多在3.5~7℃之间;单井出水量大于180m3/h;静水位30.15m、动水位约30.5m;抽水降深为0.35m±8%;水量调节池静水位为12.13m、动水位15.3m,差为3.17m;井水含沙量小于二十万分之一。依此数据判定地下水系统运行较为稳定。

  3、地源热泵空调系统与改造前系统对比

  原系统于2004年6月建成并部分投入使用。运行中地下井水能量短路及含沙量严重超标,加上板换两侧流体之间的换热效率低下、运行维护不善,致使系统井水侧水路严重堵塞。系统长期处于大流量小温差运行状态:为满足一台热泵机组的正常工作需开启深井泵4台、井水侧二次循环泵3台、末端循环泵3台,井水侧及板换侧温差均工作在2℃以下。末端温度不能有效提升,为满足末端负荷需求进而增开末端循环泵,无形之中又增加了热泵对冷热源需求。如此反复恶性循环,造成系统运行效率低下、热泵机组启停频繁、外管线土方塌陷等问题。

  通过对比,可以分析得出原系统出现高能耗的原因:

  1)系统设计不合理。单台深井泵抽水后经一台板换换热后回灌,能量利用不够充分;地下水系统存在能量短路现象。

  2)施工组织不得力,成井质量不高。井水含沙量严重超标,造成井周围抽空导致地面塌陷。提高成井质量可以解决井水含沙量过大的问题,可去除井水侧的二次循环设备能耗及板换换热的温差损失,有利于实现井水的100%回灌。

  3)运行维护不得力。运维人员未定期除沙,对系统运行原理理解不够,造成系统管路严重堵塞,增加了水阻而降低了深井泵的运行效率;在井水供应不足的条件下增开末端循环泵,造成末端系统大流量小温差运行。

  4、地源热泵空调系统与其它采暖空调系统对比

  本系统供暖季能耗折合为煤耗为9.21Kg/m2·季,与其它采暖方式相比能耗最低。与城市热网采暖相比每平方米每季少耗煤12.52Kg/m2·季,节能58%,每平方米每季少排二氧化硫326g/m2·季、氮氧化物121.7g/m2·季、烟尘34.8克/m2·季;与蓄热式电锅炉相比每平方米每季少耗煤47.89Kg/m2·季,节能83.9%;与电热膜相比每平方米每季少耗煤45.02Kg/m2·季,节能83%;与壁挂式燃气炉相比每平方米每季少耗煤11.61Kg/m2·季,节能55.8%,每平方米每季少排氮氧化物43.4g/m2·季、烟尘2.95g/m2·季;与直燃机相比每平方米每季少耗煤10.38Kg/m2·季,节能53%,每平方米每季少排氮氧化物40.8g/m2·季、烟尘2.8g/m2·季。

  从以上分析数据可以看出:

  1)地源热泵空调系统运行费用最低。其全寿命周期价值可因此而趋于最佳。系统的经济性可根据建设投资、运行成本及使用年限进行评价。

  2)对于空调系统中,系统的节能与减排具有统一性。热泵系统没有直接排放、其能耗小,间接排放相对较低,因此是日前理想的空调系统。

  5、结论

  社会的发展以及人民生活水平的提高,越来越多的人在使用地源热泵空调技术,以倡导绿色环保时尚理念,并营造健康舒适的生活环境。地源热泵系统是一种节能、环保的空调系统。(来源:暖通空调在线论坛)


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