抛管型闭式湖水源热泵系统原理分析.doc

抛管型闭式湖水源热泵系统原理分析一、水源热泵系统的原理水源热泵系统是以水为载体进行冷热交换，通过水源热泵机组，冬季将水体中的热量“取”出来，供给室内采暖;夏季把室内热量“释放”到水体中。 根据热交换系统形式不同，可分为水环式水源热泵系统、地表水式水源热泵系统、地下水式水源热泵系统和地下环路式水源热泵系统。本文所涉及的项目采用了地表水式水源热泵系统中的抛管式。这种系统是将换热管路安装于靠近建筑物的湖水、池塘、河流等地表水中，通过地表水提供建筑物热量或散热。湖水的深度及面积非常重要，必须核定是否满足建筑物负荷的需求。根据换热的形式该系统分为取水式系统和抛管式系统。取水式系统是从地表(湖水、池塘、河流等)中抽取水后经过换热器进行热交换的系统;抛管式系统是以水为介质通过闭式循环的换热盘管与地表水(湖水、池塘、河流等)换热来实现能量转移。与开式系统相比闭式系统主要具有下列优点：1)闭式系统将地表水与管路内的循环水相隔离，保证了地表水的水质不影响管路系统，防止了管路系统的阻塞，也省掉了额外的地表水水处理过程。2)由于不必考虑从取水点到热泵机组的高度水头，闭式系统一般可以有效降低源侧泵耗。3)当地表水冬季温度低于4时，闭式系统几乎是唯一可行的选择。图1 地表水式水源热泵系统二、项目概述1.工程设计原理南京工程学院新校区图书信息中心位于南京市江宁大学城，总建筑面积为38470平方米，地上总高22.72米。夏季冷负荷为6323KW，冬季热负荷为3694KW。此项目被天印湖包围，主湖区面积约300亩，湖水最深处为10至12米，夏季平均蓄水深度约4米，冬季平均蓄水深度约3米，项目机房距离湖边150m。为了充分利用得天独厚的可再生能源，本项目利用天印湖水作为空调系统的热源/热汇，为了不影响湖水生物环境，项目选择了抛管式湖水换热器方案,用湖水换热器去间接换热，避免湖水直接进机组造成水质的污染，而且系统省去了水处理设施。南京地区为夏热冬冷地区，其冬季最低水温在6以上，比室外气温稳定，采用水源热泵系统较为适宜。因为项目中湖水面积较为宽阔，湖水换热器采用了U型盘管式。与螺旋型盘管相比，U型盘管与水域接触面积大，单位长度盘管换热量增大，因此盘管的总设计长度减少，初投资降低。通过实验，U型盘管换热能力明显大于螺旋形盘管。另外U型盘管弯头较少，阻力也相对减小、水泵能耗减少2.设计要点：1)湖水换热器设计应满足在各种工况下高效运行，湖水盘管内流体流速大到保持最小的输送功率，小到足够使管道内保持紊流状态;2)计算湖水换热器在各种工况下的换热量，设定工况;3)保证盘管的水力平衡;4)湖水换热器冬季工况的稳定性与可靠性、辅助加热的必要性;5)自动控制系统连锁的完整性、可靠性与湖水盘管的可调节性;6)湖水侧防冻结措施;7)湖水换热器的排热与取热对湖水的环境的影响;8)做详细的湖水盘管的施工与维护方案。整个湖水换热器分为6个大系统，每个大系统分为6个小系统，每个小系统分为22个单独的PE管闭式回路;即整湖水侧分为792个PE管闭式循环回路.湖水换热器为DN32的PE管，单个回路160m，PE管共计126720m。与开式地表水源热泵空调系统相比，闭式地表水地源热泵空调系统对水资源影响更少、更环保、更安全可靠，与土壤源热泵空调系统相比，投资更省、系统寿命更长、维修更简单、风险更少。因此，闭式地表水源热泵空调在长江流域等富水地区有很大的推广价值。流动的湖水带