1概述
1.1地源水環(huán)熱泵
地源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是將淺表層地?zé)崮芾眉夹g(shù)與水環(huán)熱泵空調(diào)技術(shù)結(jié)合起來的系統(tǒng)。常規(guī)水環(huán)熱泵為調(diào)節(jié)水環(huán)內(nèi)循環(huán)水的溫度需增加輔助冷源和熱源,如冷卻塔、鍋爐等。地源水環(huán)熱泵則是用可再生的淺層地?zé)崮芴娲顺Ｒ?guī)的輔助冷源和熱源,水環(huán)熱泵機(jī)組供冷時(shí)需排除的熱量通過地下環(huán)路排走,供熱時(shí)需補(bǔ)充的熱量通過地下環(huán)路補(bǔ)充,具有節(jié)能、環(huán)保的獨(dú)特優(yōu)勢。
根據(jù)低位熱源的不同又可分為土壤源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)、地表水水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)及地下水水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)三大類。
土壤源水環(huán)熱泵空調(diào)運(yùn)行可靠,效率較高,但地下埋管投資較大。地表水水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用海水、江河等地表水及污廢水等作為低位熱源,采用開式直接取水和閉式拋管換熱系統(tǒng)排熱和吸熱,投資較土壤源水環(huán)熱泵可減少,效率較之下降。地下水水環(huán)熱泵利用地下水作為系統(tǒng)冷熱源,其方式與地表水類似,但由于地下水資源開采受到限制,且回灌技術(shù)手段復(fù)雜,在一些地方采用受到一定限制。
1.2地源水環(huán)熱泵系統(tǒng)特點(diǎn)
作為一種新型的空調(diào)系統(tǒng)型式,地源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)有著其固有的特點(diǎn):
(1)高效、節(jié)能,余熱可直接回收。地源熱泵冷熱源溫度較為恒定,較之其他形式的空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)能25%～30%,水環(huán)熱泵系統(tǒng)具有熱回收的功能,能充分利用建筑物內(nèi)區(qū)的余熱,節(jié)約了能源。
(2)設(shè)計(jì)、施工方便,水環(huán)路系統(tǒng)無需保溫,無需集中機(jī)房,特別適合于舊建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的改造。
(3)水環(huán)熱泵機(jī)組還具有負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng),使用靈活、能滿足用戶的局部空間、局部時(shí)段不同的使用要求的優(yōu)勢。
(4)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)可采取計(jì)量末端機(jī)組的耗電量,循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用分?jǐn)偟霓k法來達(dá)到單戶計(jì)費(fèi)的目的,計(jì)費(fèi)方便、準(zhǔn)確度高。
2地源熱泵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵
2.1地源側(cè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵
地源側(cè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是確定換熱管內(nèi)流速,如管內(nèi)流速過慢,則容易導(dǎo)致流體處于層流過渡區(qū),換熱效果不佳,如若流速過大,比摩阻增大,導(dǎo)致泵耗過高。為掌握地源側(cè)換熱能力、流體流速與比摩阻之間的關(guān)系,本文摘取了地下環(huán)路換熱量與水流速關(guān)系試驗(yàn),同時(shí)查取相應(yīng)比摩阻。該試驗(yàn)控制機(jī)組出水溫度為17℃(上下浮動(dòng)不超過1℃),共取一組管,7根豎直埋管,集水管管徑為DN32,豎直埋管為單U,管徑為DN25,通過閥門調(diào)節(jié)管內(nèi)流速,同時(shí)觀察流量計(jì)與溫度測試探頭溫度,得到換熱量。
隨著管內(nèi)流速的增大,地埋管單位時(shí)間換熱量也隨之增加,當(dāng)流速v在0.5～0.6m/s之間時(shí),換熱量約為25kW,管徑d為25mm,液體運(yùn)行粘度μ為0.805×10-6,則雷諾數(shù)Re=(vd)/μ,計(jì)算結(jié)果為13000～15000之間,已屬于旺盛紊流狀態(tài),此時(shí)比摩阻為30Pa/m。當(dāng)流速在0.6～1.0m/s的范圍內(nèi),換熱量增加比較緩慢,換熱量在25～27kW之間,流速較之0.5～0.6m/s提高了近10%,但此時(shí)比摩阻為110Pa/m,增加了近3倍。當(dāng)流速在1.0～1.3m/s的范圍內(nèi),換熱量在27～35kW之間,換熱量曲線逐漸走平,這時(shí)繼續(xù)增加流速換熱增加效果已不明顯,且比摩阻在不斷增大。
通過以上分析,地下環(huán)路設(shè)計(jì)應(yīng)保證管內(nèi)流速保持紊流狀態(tài),流速不應(yīng)低于0.5m/s,考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,設(shè)計(jì)流速應(yīng)保持在0.5～0.7m/s。
2.2水環(huán)熱泵側(cè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵
2.2.1機(jī)組形式選擇
水環(huán)熱泵機(jī)組形式很多,按照是否集中可分為分離式和集中式,按照安裝位置可分為吊掛式和立柜式,可根據(jù)房間不同功能需求進(jìn)行選擇。
適用場合層高是否帶衛(wèi)說明
客房、辦公室、包廂低是造價(jià)較高,制冷劑易泄漏
辦公室、小會(huì)議室、大堂、商鋪/否造價(jià)較低,安裝簡便
商場、大餐廳、大會(huì)議室、舞廳、大堂高/造價(jià)較低,可不設(shè)獨(dú)立新風(fēng),做好消聲
舒適性較低或有機(jī)房的建筑//造價(jià)較低,但需要大量機(jī)房面積
2.2.2機(jī)組噪聲控制設(shè)計(jì)
由于水環(huán)熱泵壓縮機(jī)安裝在室內(nèi),噪聲控制顯得尤為重要。水環(huán)熱泵噪聲主要來源為熱泵機(jī)組內(nèi)部的壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī),機(jī)組低頻噪聲較高,通過多項(xiàng)示范工程實(shí)踐,設(shè)計(jì)應(yīng)做到以下幾點(diǎn):
(1)機(jī)組位置。機(jī)組最好布置在吊頂內(nèi),避免裸露在人員區(qū)。
(2)風(fēng)系統(tǒng)的消聲處理。機(jī)組與送風(fēng)口之間應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)成直管段,適當(dāng)?shù)膹濐^有利于消聲;盡可能采用吸聲效果好的風(fēng)道材料。
(3)機(jī)組的吊裝方法。機(jī)組的吊桿采用橡膠減振墊與機(jī)組連接,并采用減振吊架，同時(shí)需確保機(jī)組保持一定的水平度,防止壓縮機(jī)因?yàn)閮A斜而加劇振動(dòng)。
(4)風(fēng)管、水管的連接形式設(shè)計(jì)。風(fēng)管和水管與機(jī)組的連接均應(yīng)采用柔性連接以避免由于機(jī)組的振動(dòng)而引起風(fēng)管和水管的共振。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),由于帆布軟接頭不利于隔聲,建議風(fēng)管柔性接頭不采用帆布軟接頭。
2.3水環(huán)路系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵
2.3.1輔助設(shè)備選取
(1)輔助散熱設(shè)備。夏熱冬冷地區(qū)冷熱負(fù)荷極不平衡,夏季空調(diào)負(fù)荷約為冬季空調(diào)負(fù)荷的2倍以上,若按照冬季負(fù)荷設(shè)計(jì)地源側(cè),則輔助散熱裝置的選型要能負(fù)擔(dān)起供冷工況下超過地?zé)峤粨Q器能力的那部分散熱量。另外,輔助冷熱源可以防止熱力不平衡的發(fā)生。一般采用的輔助散熱裝置是冷卻塔。ASHRAE在1995年給出了其推薦的輔助散熱裝置選型設(shè)計(jì)方法(其主要是計(jì)算確定作為埋管輔助散熱設(shè)備的冷卻塔容量的),公式如下:
Q=Q1-Q22×Hours
式中:Q—輔助散熱裝置的設(shè)計(jì)放熱量;
Q1—設(shè)計(jì)供冷月散熱總量;
Q2—通過熱交換器排放到土壤或地表水中的設(shè)計(jì)供冷月散熱量;
Hours—設(shè)計(jì)供冷月的小時(shí)數(shù)。
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