水源热泵及其在高校图书馆空调系统中的应用.pdf

文章编号:100926825(2008)2720217202 水源热泵及其在高校图书馆空调系统中的应用 收稿日期:2008204230 作者简介:胡爱宇(19762 ) , 女,讲师,南京工程学院建筑工程学院,江苏 南京 211167 胡 爱 宇 摘 要:介绍了水源热泵技术的概念和工作原理,指出了水源热泵具有可再生利用、 高效节能、 运行可靠稳定、 环境效益 显著、 应用范围广的特点,并对南京江宁某高校图书信息中心应用该技术的可行性进行了分析。 关键词:水源热泵,原理,特点,可行性 中图分类号:tu831文献标识码:a 1 水源热泵技术的概念 众所周知,水往低处流动,热向低温位传递。人类可以用水 泵将水从低处泵送到高处利用,同样,热泵可将低温位热能 “泵 送”(交换传递)到高温位提供利用。水源热泵技术就是以水为载 体,在封闭自我循环的情况下,将地表水中的地位能量带出,通过 热泵配套装置对建筑物供暖制冷的一项节能技术。该技术开创 了当代无环境污染、 无能源危机的新理念。 2 水源热泵的工作原理 水源热泵工程是一项系统工程,一般由水源系统、 水源热泵 机房系统和末端散热系统三部分组成。其中,水源系统包括水 源、 取水构筑物、 输水管网和水处理设备等。地表的河流和湖泊、 海洋中,吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并且水源的温 度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑 物中的热量转移到水源中,由于水源温度低,所以可以高效地带 走热量,而冬季,则从水源中提取能量,由热泵原理通过空气或水 作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。 水源热泵根据对水源的利用方式的不同,可以分为闭式系统 和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热 套管,该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中,通过与 土壤或海水换热来实现能量转移。开式系统是指从地下抽水或 地表抽水后经过换热器直接排放的系统。 3 水源热泵的特点 由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的 来源,所以其具有以下优点: 1) 属可再生能源利用技术。水源热泵是利用了地球水体所 储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地 1) 要保证冷媒管内绝对干净、 无杂质、 无水分。解决的方法 是:a.选材要严格。b.19. 05以下的铜管采用整绑购买,尽量减 少焊口,一律采用专用弯制工具现场煨制。c.施工时应注意管内 清理,防止安装前铜管内有水分进入。d.绝对保证使用氮气保护 置换焊。e.吹污要达到要求。f.抽真空要达到要求。g.加入系统 内的氟利昂冷媒采用优质产品。 2) 冷媒管钎焊:保证钎焊条的质量标准,作好焊接设备的准 备,铜管切口表面要平整,不得有毛刺、 回凸等缺陷,缺口平面允 许倾斜,偏差为管子直径的1 %。冷媒管钎焊应采用磷铜焊条或 银焊条,焊接温度为700 845,钎焊工作宜向下或水平侧向 进行,尽可能避免仰焊,接头的分支口一定要保持水平。 3) 冷媒管的包扎十分重要,以防止水分、 脏物、 灰尘等进入管 内。冷媒管穿墙一定要将管头包扎严密。暂时不连接的、 已安装 好的管子要把管口包扎好。 4) 绝热工作需要按设计要求选材施工时先把保温套管穿好, 留出焊接口处,最后处理焊口。施工时绝对禁止绝热层断段现 象,保温套管搭接处一定要用胶带捆扎好。管道过墙处要做铁皮 套管,过楼板时要用套管。 5) 控制线全部沿冷媒管捆扎敷设,室内控制器部分穿管暗敷 设,禁止电源线和控制线捆绑在一起,当电源线与控制线平行走 时,应保证其在300 mm以上的距离防止干扰。 6) 冷凝水管道安装前必须将管内的污物及锈蚀清洁干净,安 装停顿期间对管道开口应采用封闭保护措施。冷凝水管的水平 管应坡向排水口坡度尽可能做到1/ 100 ,实在困难时也要保证 3/ 1 000以上。室内机与冷凝水管之间做软连接,且室内机冷凝 水排放应先抬高冷凝水管后,再连接干管。冷凝水系统的渗漏试 验可采用充水试验,无渗漏为合格。管道安装后应进行系统(氮 气)吹净,系统清洁后方可与空调设备连接。 7) 室内机在安装好后,由于装饰较脏,要进行塑料布包扎防 护,室外机要先吊装后拆箱就位。 8) 所有管线在未连接室内、 外机前一律采用扎口保护。 9) 为保护室内墙面及地板清洁,安装人员进行室内施工时, 必须穿干净的鞋套,在没戴手套时,手尽量不接触墙面。安装完 毕后,责任人员应使用清洁的软布将室内的地板、 墙面、 内机等全 部擦拭干净。 参考文献: 1 沈 沁.浅谈节能变风量空调系统j .山西建筑,2007 ,33 (22) :2362237. discussion on the vrvair conditioning system principle and application wang wen2yong abstract : the origin , concept , thermodynamics principle and constitution of vrv air conditioning system were simply introduced. several common control methods of vrv air conditioning system were illustrated. the merits and drawbacks of vrv air conditioning system and the problems need attention in construction process were pointed , so as to popularize the vrv air conditioning system application. key words : refrigerant , air conditioning , reverse carnot cycle , outside host machine , indoor machine 712 第34卷 第27期 2 0 0 8年9月 山 西建筑 shanxi architecture vol. 34 no. 27 sep. 2008 表的水体自然地保持能量接受和发散的相对均衡。 2) 高效节能。通常水源热泵消耗1 kw的能量,用户可以得 到4 kw左右的热量或冷量。与锅炉的供热系统相比,水源热泵 具有明显的优势。水源热泵要比电锅炉加热节省2/ 3以上的电 能,比燃料锅炉节省1/ 2以上的能量,其制冷、 制热系数可达315 414 ,与传统的空气源热泵相比,要高出40 %左右,其运行费用为 普通中央空调的50 %60 %。因此近年来,水源热泵空调系统在 世界很多国家都取得了较快的发展,中国的水源热泵技术也有了 长足的发展,市场也日趋活跃。 3) 运行稳定可靠。水源热泵机组可利用的水体温度一般为 10 25,是很好的热泵热源和空调冷源。水体的温度一年 四季相对稳定,其波动的范围远远小于空气的变动,是很好的热 泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性,使得热泵机组运行 更可靠、 稳定,也保证了系统的高效性和经济性。 4) 环境效益显著。水源热泵利用的是清洁的可再生能源和 高新技术。机组的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没 有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地, 更不用远距离输送热量。空调房间的空气是清新的,无异味,干 湿度适中给人凉爽、 舒适的感觉。 5) 一机多用,应用范围广。水源热泵系统可供暖、 空调,还可 供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的 两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物, 水源热泵有着明显的优点。可应用于宾馆、 商场、 办公楼、 学校等 建筑,小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、 空调。 4 南京江宁某高校图书信息中心工程概况 该校江宁校区图书馆设计建筑面积为40 000 m2左右,主要 为藏书、 阅览、 信息中心、 办公等功能的综合性建筑,该建筑位于 校区的中心地带,北临天印湖主湖区,最近直线距离约为200 m , 主湖区湖面面积约为20万m2,湖水最深处在10 m以上,平均贮 水深度夏季约4 m ,冬季为3 m ,根据水质分析,水质条件较好。 另外,校区内有热电厂蒸汽管网,其提供的蒸汽可供冬季空调的 热源。 5 本方案的可行性分析 1) 图书馆空调冷、 热负荷(按总建筑面积40 000 m2折合空调 面积为32 000 m2来考虑)。 夏季空调冷负荷约为4 800 kw(按单位空调面积150 w考 虑 ) , 冬季空调热负荷为2 880 kw(按单位空调面积90 w考虑)。 2) 空调对湖水的影响。 “天印湖” 湖水水域面积按20万m2, 夏季湖水的平均深度按3 m来考虑,则湖水总水量约为60万m3。 温度升高或降低1 时可吸收或排出的热量约为70万kw。考 虑到中央空调系统全年仅有5 %的时间在满负荷(设计工况下)运 行,75 %的时间尚不到设计负荷的1/ 2 ,故这里取全年平均负荷系 数(全年平均负荷与设计负荷之比值)为0. 55 ,可以得到此湖域的 湖水单独供给图书馆水源热泵空调系统时,水温改变1 所吸收 或排出的热量值是该系统冷负荷的145倍,供热量的243倍,也 就是说,热泵夏季连续制冷145 h ,或冬季连续制热243 h ,才使湖 水温度变化1。 如果考虑在夏季最热天(设计工况下)系统连续运行8 h ,则 湖水因吸收水源热泵的排热而温度升高仅为0. 055。 进一步推广如果把建筑物单位空调面积的制冷量取150 w/ m2, 单位空调面积的制热量取为90 w/ m2,全年平均负荷系数仍取为 0. 55 ,假设此湖水温度升高或降低1,热泵夏季连续制冷34 h (按我们调研的人工湖的条件 ) , 那么通过计算可以得到,现有的 湖水可供31万m2(建筑面积)的建筑同时空调。 3) 南京地区的全年地表水温度分析。据南京地区水资源资 料显示,地表水冬季水温在5. 3 30. 5 之间变化,考虑到本 工程湖域的特点,湖水全年的水温变化范围应优于以上范围,这一 条件符合于美国制冷学会ari320标准中针对水源热泵系统推荐 的水温要求5 38 的范围,尤其是夏季制冷时,其优势较大。 4) “天印湖” 湖水水质情况实例分析。由权威机构实测的湖 水水质报告可知:湖水的水质适宜,其硬度、 含氯离子量及固形杂 物浓度均属适中,均能满足要求。本方案为了提高长期运行的效 率延长使用寿命,建议在系统中增设旋转式除污器以分离出水中 的固形杂物,推荐采用离子棒水处理仪软化水质,并配反冲洗管 道系统,以清洗主机。 6 本方案设计的几点建议 1) 可以考虑采用大型的水 水型机组集中设置在主机房,冬 季供暖可以通过机房内的板式换热器集中制备热水,空调房间采 用传统的盘管式机组;也可采用小型分散的水 气机组(分体或 老体式)分设于各空调房间或区域的吊顶内,机组的盘管采用双 盘管式。如需要分区域计量收费,建议采用后者。 2) 当采用小型 分散机组时,控制机组噪声及管路系统水量平衡的问题是关键。 建议采用低噪声、 性能好的机组,重要的房间或面积大的房间建 议采用分体式,将压缩机组件设置于走廊、 卫生间等吊顶内,必要 时采取减振消声措施。水管路尽量采用同程式,或关键分环路设 平衡阀。 3) 集中取水站处(或主机房内)设旋转式水除污器和软 化水设备,并配反冲洗管道系统。 4) 取水泵站(或主机房)的设计 建议考虑整个校区建筑物的空调情况,总体规划,要有前瞻性、 可 持续性。 5) 湖域取水点的设置至关重要,建议认真考虑其位置、 做法及设置如何的取水构筑物等。 7 结语 水源热泵具有其独特的优越性,但其使用也有一定的限制条 件,经分析,南京该高校图书馆空调系统应用该技术是可行的。 参考文献: 1 程光戟.水源热泵系统的介绍j .辽宁建材,2005 (3) :762 77. 2 张 毅.水源热泵系统的相关问题j .西部探矿工程,2003 (12) :90291. 3 王淑云.水源热泵中央空调系统概述j .河北能源职业技 术学院学报,2004(3) :39240. 4 马广兴,孙德兴.城市原生污水源热泵系统设计要点探析 j .山西建筑,2007 ,33(10) :2192220. water source heat pump used in air2condition system of library hu ai2yu abstract : it is introduced that the definition and work rules of water source heatpump. it is also points out that water source heat pump is re2 cyclable , efficient ,